Фізик створив міні‑Всесвіт і показав як час виникає сам

20 червня 2026 р. 19:51

20 червня 2026 р. 19:51

Уявіть собі Всесвіт без годинників, без «тік‑так» і навіть без звичного нам напрямку «минуле–майбутнє». Саме таку реальність намагався відтворити фізик Джованні Баронтіні (Giovanni Barontini) з Університету Бірмінгема, створивши у лабораторії «міні‑Всесвіт» , у якому час виникає сам із внутрішніх змін системи. Про цей незвичний експеримент розповідає ScienceAlert .

Що відомо коротко

• У квантовому світі на найменших масштабах звичний час «зникає» , а напрямок подій не заданий наперед.
• Баронтіні створив «міні‑Всесвіт» з близько 24 000 атомів рубідію , охолоджених до мільярдних часток градуса вище абсолютного нуля.
• Атоми утворили Бозе‑Ейнштейнів конденсат — «суперчастинку», де всі атоми поводяться як єдине ціле.
• Систему поділили на «яскравий» (спостережуваний) і «темний» (неспостережуваний) сектори, між якими атоми обмінювалися ентропією.
• З цього обміну вчені визначили внутрішній «ентропійний» час , який не потребує зовнішнього годинника.

Чому в квантовому світі час поводиться дивно

На рівні елементарних частинок наші інтуїтивні уявлення руйнуються. Положення й швидкість частинки стають «розмитими», а математичні рівняння квантової механіки та загальної відносності не вимагають, щоб час ішов лише вперед.

Більше того, фундаментальні рівняння, зокрема рівняння Вілера–ДеВітта, вказують: час може взагалі не мати вбудованого напрямку і навіть «зникати» на найглибшому рівні опису реальності. Це суперечить нашому повсякденному досвіду, де все старіє, ламається і розсіюється.

Тут у гру вступає другий закон термодинаміки: він говорить, що ентропія — міра безладу — з часом зростає. Саме це зростання створює «стрілу часу»: від більш упорядкованого стану (наприклад, ранній Всесвіт) до дедалі більш хаотичного.

Як з атомів зібрали «міні‑Всесвіт»

Щоб перевірити, чи може час «виникати» зсередини системи, Баронтіні побудував свій міні‑Всесвіт із приблизно 24 тисяч атомів рубідію . Їх охолодили до мільярдних часток градуса вище абсолютного нуля, перетворивши на Бозе‑Ейнштейнів конденсат — екзотичний стан матерії, який ще називають п’ятим агрегатним станом.

У цьому стані атоми втрачають індивідуальність і поводяться як одна «суперчастинка». Це схоже на те, як натовп людей раптом починає рухатися абсолютно синхронно, ніби керується єдиним розумом.

Цю «надхолодну хмару» Баронтіні помістив у дипольну оптичну пастку — систему лазерних променів, які утримують атоми. Перехрестя двох лазерів різних частот створило бар’єр, що розділив конденсат на два сектори .

Один сектор був «яскравим» — його спостерігали приладами. Інший залишався «темним» — неспостережуваним. Так дослідник змоделював щось на кшталт нашого Всесвіту, де є видима матерія і приховані компоненти — темна матерія та темна енергія.

Як з’явився «ентропійний» час

Коли система запрацювала, атоми почали ритмічно переходити через бар’єр між яскравим і темним секторами. Разом з атомами між частинами міні‑Всесвіту «перетікала» й ентропія.

Баронтіні пояснює: у цьому експерименті спостережувана частина системи обмінюється атомами та ентропією з неспостережуваною. З цього обміну можна визначити внутрішній, «ентропійний» час . Він зростає, поки триває обмін, і «зупиняється», коли обмін припиняється.

Тобто сам рух атомів став годинником. Не зовнішній прилад із циферблатом, а послідовність змін усередині системи задала порядок подій: що було «раніше», а що «пізніше».

Рух атомів через бар’єр нагадував цикли: розширення й стиснення, ніби міні‑версії Великого вибуху та Великого стискання. Це перегукується з гіпотезами про циклічний Всесвіт, який безкінечно переживає фази розширення та колапсу.

Що це означає для розуміння часу і Всесвіту

Найдивовижніше в цьому експерименті те, що міні‑Всесвіту не потрібен зовнішній параметр часу , щоб «розкласти» події по порядку. Його власний потік ентропії «розповідає», яка подія йде наступною.

Такі холодноатомні системи — ідеальний полігон для перевірки найсміливіших ідей фізики. У міні‑Всесвіті Баронтіні можна змінювати форму пастки, висоту бар’єра, силу взаємодії між атомами, їхню густину та зв’язок між різними регіонами системи.

Це дозволяє моделювати питання, пов’язані з Великим вибухом чи можливим Великим стисканням : чи поводиться колапс як справжня сингулярність, чи може перетворитися на «відскок»? Подібним чином можна наближено відтворювати й межі чорних дір, «замикаючи» атоми в одній частині міні‑Всесвіту.

Створюючи такі керовані квантові системи, фізики отримують шанс обережно «помацати» найзаплутаніші аспекти квантової гравітації — теорії, яка мала б об’єднати загальну відносність і квантову механіку. Баронтіні вважає, що його робота дає нове уявлення про природу часу в квантовій гравітації і може дозволити описувати динаміку не гірше, ніж за допомогою звичного часу.

FAQ

Це доводить, що «справжній» час не існує?

Ні. Експеримент показує, що в певних квантових системах можна визначити внутрішній час, який виникає з потоку ентропії, без зовнішнього годинника. Але це не скасовує нашого макроскопічного досвіду часу, а радше пропонує глибший рівень його розуміння.

Чи означає це, що наш Всесвіт теж має «ентропійний» час?

Робота Баронтіні узгоджується з ідеєю, що стріла часу пов’язана зі зростанням ентропії. Проте експеримент стосується штучної квантової системи, а не безпосередньо всього космосу, тому переносити висновки на реальний Всесвіт потрібно дуже обережно.

Навіщо взагалі створювати міні‑Всесвіти з атомів?

Такі системи дозволяють у контрольованих умовах перевіряти математичні моделі, які описують ранній Всесвіт, чорні діри чи квантову гравітацію. У реальному космосі ми не можемо «перемотати» події або змінити параметри, а в лабораторії — можемо.

Чи матиме це практичні застосування, чи це чиста теорія?

Найближчим часом це насамперед фундаментальна наука: спроба зрозуміти, що таке час і як працює Всесвіт на найглибшому рівні. Але історія фізики показує, що подібні дослідження згодом часто приводять до несподіваних технологій — від лазерів до GPS.

🤯 Якщо час може народжуватися просто з того, що щось у Всесвіті змінюється, то наші звичні годинники виявляються лише грубою проекцією набагато глибшого процесу. Лабораторний міні‑Всесвіт Баронтіні натякає: можливо, ми живемо не в реальності, де час «тече» сам по собі, а в реальності, де сам порядок подій і зростання безладу створюють те, що ми називаємо часом.

Наука