Czym jest czas i skąd się bierze?
Od Arystotelesa po Stephena Hawkinga – ludzie od wieków zastanawiali się nad definicją czasu. Tak zrodziły się jedne z najgłębszych pytań nauki. A co, jeśli czas wynika ze zmiany, a więc nie jest fundamentalnym prawem fizyki? Czy czas mógłby być iluzją? Fizyk z Uniwersytetu w Birmingham w Wielkiej Brytanii zaproponował zaskakującą nową metodę badania tych zagadnień. Profesor Giovanni Barontini stworzył w swoim laboratorium „mini-Wszechświat”, aby zademonstrować, w jaki sposób czas może powstawać bez zegara. W ten sposób stawia on istotne pytania dotyczące natury samej rzeczywistości. Wyniki badań Barontiniego opublikowano w czasopiśmie „Physical Review Research”(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Badacz wykazał, że możliwe jest śledzenie upływu czasu bez konieczności korzystania z zegara. Schładzając chmurę 24 000 atomów do temperatury zaledwie kilku miliardowych części stopnia powyżej zera absolutnego (około –273°C), Barontini zbudował izolowany układ kwantowy, który nieustannie się rozszerza i kurczy. W tej ekstremalnej temperaturze atomy tracą niemal całą swoją energię cieplną i zwalniają do tempa pełzania, dzięki czemu mogą posłużyć jako niezakłócony model laboratoryjny maleńkiego Wszechświata.
Zobaczcie, bez zegara!
Atomy zostały następnie rozdzielone laserem na dwa obszary. Bariera ta pozwoliła Barontiniemu obserwować jedną część, podczas gdy druga pozostawała poza zasięgiem wzroku. Badacz monitorował zmiany zachodzące w atomach, aby sprawdzić, czy układ generuje własne poczucie czasu, testując w ten sposób długo rozważaną teorię grawitacji kwantowej. Ponieważ cały układ był całkowicie odizolowany, nie potrzebował zewnętrznego zegara i pozwolił, by czas odmierzała sama aktywność atomów. Gdy atomy przemieszczały się przez barierę laserową, czas wewnątrz modelu wydawał się płynąć szybciej, a gdy zwalniały, czas zwalniał wraz z nimi. Kiedy atomy przestały się poruszać i ustabilizowały się, wewnętrzny zegar zatrzymał się, dowodząc, że czas można śledzić na podstawie samych zmian zachodzących wewnątrz systemu. Innymi słowy, eksperyment dowiódł, że czas nie potrzebuje zewnętrznego zegara, by istnieć – powstaje on naturalnie w wyniku zmian zachodzących w samym układzie.
Narzędzie do badania działania czasu w świecie kwantowym
Badanie to nie wyjaśnia, jak działa czas w całym Wszechświecie. Jednak dzięki wykorzystaniu ultrazimnych atomów społeczność naukowa dysponuje teraz znacznie bardziej realistycznym narzędziem do badania fundamentalnych teorii czasu, wczesnego Wszechświata i samego czasu we własnych laboratoriach. „W niektórych teoriach Wszechświata, zwłaszcza w teorii grawitacji kwantowej, czas nie pojawia się jako cecha własna”, wyjaśnił Barontini w komunikacie prasowym(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Jednak w życiu codziennym czas płynie od przeszłości ku przyszłości – dlaczego tak jest, skoro większość podstawowych praw fizyki działa w ten sam sposób zarówno do przodu, jak i do tyłu?” Jak podsumowuje badacz: „Badanie to dostarcza jasnych dowodów eksperymentalnych na to, że »czas« można zdefiniować poprzez zmiany zachodzące w układzie, a nie jako zewnętrzny »tykający zegar«, który postrzegamy jako czas. Daje to nowe spojrzenie na naturę czasu w grawitacji kwantowej, które można wykorzystać do opisu dynamiki równie skutecznie, jak czas konwencjonalny”.
