Физик создал мини-вселенную, чтобы проверить природу времени

Время может быть не таким фундаментальным, как кажется. Физик Джованни Баронтини из Бирмингемского университета создал в лаборатории квантовую систему — «мини-вселенную», где время ускорялось, замедлялось и даже останавливалось. Эксперимент не означает управление временем, но даёт новый способ исследовать его природу. Об этом сообщает портал Togliatti24.

Учёный использовал квантовую модель, чтобы изучить идею: время не всегда является независимым фоном, а может быть связано с состоянием системы. В обычной жизни время кажется универсальным, но теория относительности Эйнштейна показала, что пространство и время образуют единую структуру — пространство-время, свойства которого зависят от движения и распределения массы.

Баронтини отметил, что время внутри системы ускорялось, замедлялось и даже останавливалось, и это хорошо совпало с ожиданиями. Идея о необычном поведении времени возникла задолго до эксперимента: в рамках общей теории относительности доказано, что сильная гравитация замедляет время (гравитационная дилатация времени). Этот эффект учитывается в спутниковых навигационных системах.

Новый эксперимент связан с попыткой объединить квантовую механику и гравитацию. Учёные до сих пор не имеют полноценной теории квантовой гравитации, поэтому создают лабораторные модели для проверки идей о природе пространства и времени. В классической физике Ньютона время считалось абсолютным, но теория относительности изменила это представление.

Один из известных примеров — замедление времени при движении с огромной скоростью. Согласно специальной теории относительности, объект, движущийся близко к скорости света, испытывает замедление времени относительно неподвижного наблюдателя. Другой фактор — гравитация: рядом с чёрной дырой время для внешнего наблюдателя идёт значительно медленнее.

В повседневной жизни эти эффекты незаметны из-за малых скоростей и слабой гравитации. Однако современные технологии, такие как GPS, учитывают относительность времени: спутники движутся с большой скоростью и находятся выше поверхности Земли, поэтому их часы идут иначе. Без поправок система навигации выдавала бы ошибки.

Лабораторный эксперимент переносит разговор о времени из космоса в контролируемую среду. Учёные изучают не только изменение времени из-за движения или гравитации, но и связь понятия времени с квантовыми процессами. Это приближает к вопросу: является ли время фундаментальной частью Вселенной или возникает из более глубоких законов природы.

Для изучения сложных явлений физики всё чаще создают небольшие модели — квантовые симуляторы. Они не копируют всю Вселенную, но помогают проверять математические модели, которые невозможно исследовать напрямую. Баронтини сравнил это с игрой с дорогими игрушками: учёные создают свои небольшие образцы реальности.

Особенность квантового мира в том, что привычные представления о причинности и измерении работают иначе. Частицы могут находиться в состояниях, не описываемых бытовой логикой, а наблюдение становится частью процесса. Квантовые эксперименты позволяют задавать вопросы, ранее остававшиеся теоретическими: может ли время быть следствием взаимодействия частей системы.

Подобные исследования важны для поиска связи между квантовой механикой и гравитацией. Сегодня учёные имеют две успешные, но плохо совместимые теории: общая теория относительности описывает движение планет и чёрных дыр, а квантовая механика — поведение атомов и частиц. Объединить их пока не удалось.

Лабораторные «мини-вселенные» позволяют проверять идеи о фундаментальных законах без ожидания редких космических событий. Например, невозможно создать чёрную дыру для эксперимента, но можно моделировать отдельные процессы. Главный вывод: время может быть не таким фундаментальным, как кажется. В физике существуют идеи, что ощущение единого потока времени связано с ростом энтропии.

Ключевое понятие — «стрела времени». В фундаментальных уравнениях многие процессы обратимы, но в реальности время идёт только вперёд. Учёные связывают это с энтропией — мерой беспорядка. Баронтини предположил, что время и стрела времени могут рождаться из невежества: чтобы наблюдать время, нужно отказаться от некоторой степени свободы.

Эксперименты с квантовыми системами помогают изучать, как из микроскопических процессов возникает привычное ощущение времени. Возможно, время не существует как отдельная «река», а появляется из взаимодействия множества элементов. Новый эксперимент не означает, что учёные научились ускорять или останавливать время в реальном мире — речь идёт о моделировании.

Сегодня учёные изучают время как одно из самых глубоких свойств Вселенной. Новые эксперименты приближают к ответу на вопрос: почему время существует и почему движется в одном направлении. Возможно, исследования квантовых «мини-вселенных» позволят создать более полную картину реальности — от мельчайших частиц до структуры космоса. Физики пока не могут остановить время, но превратили саму идею времени в объект эксперимента.