Fizičar stvorio "minijaturni svemir” kako bi istražio pitanje pojma vremena

Fizičar Đovani Barontini je u okviru najnovije studije u laboratoriji stvorio "minijaturni svemir" kako bi eksperimentalno istražio pitanje da li je vreme temeljna komponenta stvarnosti, ili može da nastane iz promena unutar samog sistema, prenosi danas časopis "Physical Review Research".

Fizičar sa Univerziteta u Birmingemu napravio je studiju koja pruža prve kontrolisane eksperimentalne dokaze da u izolovanom kvantnom sistemu vreme može da se definiše njegovom unutrašnjom evolucijom, bez oslanjanja na vreme mereno u spoljnom svetu.

Sve pojave u svakodnevnom životu, poput starenja i hronološkog ređanja događaja, upućuju na to da vreme ima jasan smer, od prošlosti prema budućnosti.

Na temeljnom nivou, priroda nije, međutim, tako jednosmerna, a većina osnovnih fizikalnih zakona, uključujući Njutnove zakone, klasičnu mehaniku, Šredingerovu jednačinu kvantne mehanike, mogu jednako dobro da opisuju procese koji se odvijaju unapred i unazad.

Postavlja se onda pitanje zašto vreme teče samo u jednom smeru, a Barontinijev eksperiment postavlja još dublje pitanje, a to je - ako entropija određuje pravac vremena, može li iz nje da se definiše i sam protok vremena.

University of Birmingham

Kako se navodi, to pitanje je važno zato što dve najuspešnije teorije moderne fizike vreme tretiraju različito, a u Ajnštajnovoj opštoj teoriji relativnosti vreme je deo prostor-vremena, koje se zakrivljuje pod uticajem mase i energije. Zato vreme sporije protiče u jačem gravitacionom polju, na primer u blizini crne rupe.

U kvantnoj mehanici vreme se uglavnom javlja kao unapred zadati spoljni parametar prema kojem se kvantni sistemi menjaju.

Barontini je u svojoj studiji ispitao ideju da vreme nije nezavisna pozadina na kojoj se događaji odvijaju, nego proizlazi iz odnosa između različitih delova sistema, pri čemu jedan deo može poslužiti kao vremenska referenca drugom.

Barontini je tu ideju ispitao pomoću 24.000 atoma rubidijuma, ohlađenih na svega nekoliko milijardinki stepena iznad apsolutne nule, tačnije na minus 273,15 stepeni Celzijusa.

Na tako niskoj temperaturi nastaje Bose-Ajnštajnov kondenzat, stanje materije u kojem mnoštvo atoma počinje da se ponaša poput jedinstvenog kvantnog objekta.

Kvantno stanje celog izolovanog sistema razvija se prema Šredingerovoj jednačini, čija je dinamika u ovom slučaju vremenski reverzibilna.

Kada bismo poznavali potpuno kvantno stanje sistema i zakon njegovog razvoja, iz sadašnjeg stanja načelno bismo mogli da rekonstruišemo ranija i izračunamo kasnija stanja.

Matematički preokrenut sistem mogao bi da prođe kroz ista stanja obrnutim redosledom, ne kršeći temeljne zakone kvantne mehanike.

Kada posmatrač vidi samo jedan deo, dok drugi ostaje skriven, deo informacija iz vidljivog dela postaje mu nedostupan jer prelazi u korelacije sa skrivenim delom.

U posmatranom sektoru zato se pojavljuju rast entropije i nepovratnost, odnosno strelica vremena.

Barontini je ukazao da "vreme i strelica vremena možda jednostavno nastaju iz neznanja".

"Da bismo imali vreme i mogli da posmatramo sistem, moramo se odreći nekih stepena slobode", dodao je on.

Barontinijevo istraživanje je dokaz koncepta, a ne konačan odgovor na pitanje šta je vreme. Njegov značaj je u tome što su teorijske ideje prvi put direktno i kvantitativno ispitane u kontrolisanom laboratorijskom sistemu, kao i što je u izolovanom kvantnom sistemu zabeležena promena entropije preko koje je definisano vreme, navodi se u časopisu.

Slični sistemi ultrahladnih atoma u budućnosti bi mogli da posluže za istraživanje ranog svemira, teorije Velikog praska, hipotetičnog Velikog sažimanja i određenih svojstava crnih rupa, zaključuje se u članku.