Fizikas laboratorijoje sukūrė „mini visatą“ ir parodė, kaip laikas gali gimti iš pačios sistemos vidaus
Birmingamo universiteto fizikas Giovanni Barontini sukūrė izoliuotą kvantinę sistemą, kuri veikia kaip supaprastintas „mini visatos“ modelis. Eksperimente naudotas maždaug 24 tūkst. ultr šaltų atomų debesis, atvėsintas iki temperatūros, esančios vos kelios milijardinės laipsnio dalys virš absoliutaus nulio. Tokia sistema buvo beveik visiškai atskirta nuo išorinio pasaulio, todėl joje nebuvo įprasto išorinio laikrodžio, pagal kurį būtų galima matuoti pokyčius.
Eksperimento tikslas buvo patikrinti idėją, kad laikas gali būti ne iš anksto duota visatos savybė, o atsirasti iš ryšių tarp pačios sistemos dalių. G. Barontini sistemą padalijo į dvi dalis: stebimą „šviesųjį“ sektorių ir nestebimą „tamsųjį“ sektorių. Atomai galėjo judėti tarp šių sričių, tačiau visa sistema išliko izoliuota nuo aplinkos.
Šis darbas paskelbtas žurnale „Physical Review Research“ birželio 11 d. Jo reikšmė nėra ta, kad įprastas laikas ar laikrodžiai būtų paneigti. Tyrimas parodė, kad tam tikroje kontroliuojamoje kvantinėje sistemoje įvykių seka gali būti aprašoma vidiniu, iš pačios sistemos pokyčių atsirandančiu laiku.
Wheelerio–DeWitto lygtis kelia klausimą, kodėl visata turi laiką, jei už jos nėra išorinio laikrodžio
G. Barontini eksperimentas susijęs su vadinamąja „laiko problema“ kvantinėje gravitacijoje. Vienas svarbiausių šios diskusijos objektų yra Wheelerio–DeWitto lygtis, kuria bandoma aprašyti visatą kaip vieną bendrą kvantinę sistemą. Tokioje formuluotėje nėra įprasto išorinio laiko parametro, nes visata neturi jokio „už jos ribų“ esančio laikrodžio.
Kasdienėje patirtyje laikas atrodo savaime suprantamas: įvykiai eina nuo praeities į ateitį, o laikrodis rodo jų seką. Tačiau daug pagrindinių fizikos lygčių veikia beveik vienodai tiek į priekį, tiek atgal laike. Dėl to fizikoje jau seniai keliama problema, iš kur atsiranda aiški laiko kryptis, jei pamatiniai dėsniai dažnai jos tiesiogiai nereikalauja.
Viena iš idėjų vadinama reliaciniu laiku. Pagal ją laikas nėra atskiras fonas, kuriame vyksta įvykiai, bet atsiranda iš santykių tarp sistemos dalių. Viena sistemos dalis gali veikti kaip laikrodis kitai daliai, nors išorinio laikrodžio visai nėra. G. Barontini eksperimentas pateikė pirmą kontroliuojamą laboratorinį bandymą tokiai idėjai patikrinti.
Ultr šalti atomai buvo padalyti į „šviesųjį“ ir „tamsųjį“ sektorius
„Mini visatoje“ atomai buvo laikomi optiniais potencialais ir padalyti lazerio sukurta pertvara. Viena sistemos dalis buvo stebima ir vadinama „šviesiuoju“ sektoriumi, kita dalis buvo sąmoningai ignoruojama ir vadinama „tamsiuoju“ sektoriumi. Būtent šis padalijimas leido patikrinti, ar laikas gali atsirasti iš informacijos, kurios stebėtojas neturi.
„Šviesusis“ sektorius eksperimente kartojo plėtimosi ir susitraukimo ciklus. Birmingamo universitetas šį elgesį palygino su supaprastintu kosmologiniu modeliu, kuriame sistema patiria kažką panašaus į Didįjį sprogimą ir Didįjį susitraukimą. Tai nėra tikros visatos atkūrimas laboratorijoje, bet analoginis modelis, leidžiantis tyrinėti tam tikras kosmologines idėjas mažoje kvantinėje sistemoje.
Svarbiausia buvo tai, kad įvykių seka galėjo būti rekonstruojama iš pačios sistemos vidaus. G. Barontini nenaudojo įprasto laboratorinio laiko kaip pagrindinio eksperimento „laikrodžio“. Vietoje to jis apibrėžė vidinį laiko parametrą pagal tai, kaip tarp dviejų sektorių keitėsi entropija.
Entropinis laikas tekėjo tada, kai tarp sektorių judėjo netvarka ir informacija
Eksperimente laikas buvo susietas su entropijos mainais tarp „šviesaus“ ir „tamsaus“ sektorių. Jei tarp šių dalių vyko entropijos kaita, vidinis laikrodis „tiksėjo“. Jei entropijos mainai lėtėjo, laikas sistemos viduje taip pat lėtėjo. Kai dalys pasiekdavo pusiausvyrą ir entropija nebesikeisdavo, vidinis laikas faktiškai sustodavo.
G. Barontini šį procesą pavadino entropiniu laiku. Birmingamo universiteto pranešime nurodoma, kad toks laikas tekėjo viena kryptimi, teisingai išrikiavo įvykius net plėtimosi ir susitraukimo cikluose, taip pat galėjo greitėti arba lėtėti priklausomai nuo to, kaip sistemoje judėjo entropija. Tai buvo pagrindinis eksperimento rezultatas, nes jis leido įvykių seką nustatyti be išorinio laikrodžio.
„Live Science“ cituoja G. Barontini teiginį, kad laiko greitėjimas, lėtėjimas ar sustojimas pačioje sistemoje buvo netikėtai gerai suderintas su teorija. Jo vertinimu, tiek pats laikas, tiek laiko rodyklė gali gimti iš to, kad stebėtojas atsisako dalies informacijos apie sistemą. Kitaip tariant, kai viena sistemos dalis sąmoningai nebestebima, atsirandanti nežinomybė gali būti matematiškai susieta su laiko kryptimi.
Vidinis laikas leido atkurti kvantinės sistemos dinamiką naudojant Schrödingerio lygtį
Eksperimentas neapsiribojo filosofine idėja apie laiką. G. Barontini parodė, kad naudojant entropinį laiką galima užrašyti Schrödingerio lygties versiją ir tiksliai aprašyti matomą kvantinės sistemos evoliuciją. Tai svarbu todėl, kad Schrödingerio lygtis yra viena pagrindinių kvantinės mechanikos lygčių, nusakanti, kaip laikui bėgant kinta kvantinės būsenos.
arXiv pateiktoje publikacijoje nurodoma, kad entropinis laikas leido kiekybiškai atkurti eksperimente matuotą evoliuciją. Tai reiškia, kad vidinis laikas nebuvo vien metafora. Jis veikė kaip realus skaičiavimo parametras, pagal kurį galima nuosekliai sudėlioti duomenis ir aprašyti sistemos pokyčius.
Šis rezultatas suteikia laboratorinį pagrindą idėjoms, kurios anksčiau dažniausiai buvo aptariamos kvantinės kosmologijos ir gravitacijos teorijoje. Šaltiniai pabrėžia, kad šaltų atomų sistemos gali tapti kontroliuojama platforma, kurioje tikrinamos vidinio laiko, entropijos rodyklės ir ankstyvosios visatos analogų idėjos. Tai nekeičia kasdienės fizikos lygčių, bet atveria būdą teorinius klausimus tikrinti eksperimentais.
Tyrimas neįrodo, kad laikas yra iliuzija, bet keičia klausimą apie jo kilmę
Šis darbas nėra sensacingas teiginys, kad laikas neegzistuoja arba yra tik žmogaus vaizduotė. Tiksliau būtų sakyti, kad tam tikrose fizikos teorijose laikas gali nebūti įrašytas kaip išorinė, iš anksto duota koordinatė. Tokiais atvejais jis turi atsirasti iš pačios sistemos vidaus, iš jos dalių tarpusavio santykių ir informacijos pasiskirstymo.
Eksperimento reikšmė yra būtent šio skirtumo parodymas. Jeigu visa visata neturi išorinio stebėtojo ir išorinio laikrodžio, tada laiko kilmė tampa ne mechaninio matavimo, o vidinių ryšių problema. G. Barontini modelis parodė, kad tokia idėja gali būti ne vien matematinė spekuliacija, bet ir laboratorijoje tikrinamas procesas.
Tyrimas taip pat nereiškia, kad įprasti laikrodžiai, reliatyvumo teorija ar kvantinė mechanika tampa klaidingi. Laboratorinis laikas eksperimente vis dar egzistavo kaip išorinis tyrėjų matavimo fonas. Naujovė ta, kad pačios izoliuotos sistemos viduje buvo sukurtas kitas laiko aprašymas, kuris galėjo tvarkyti įvykius taip, lyg sistema turėtų nuosavą laikrodį.
„Mini visatos“ metodas gali padėti tikrinti ankstyvosios visatos ir juodųjų skylių analogus
Birmingamo universiteto ir „EurekAlert“ informacijoje pabrėžiama, kad šis metodas gali būti išplėstas sudėtingesnėms sistemoms. Šaltų atomų platformos leidžia labai tiksliai valdyti sąveikas, potencialus ir energijos kraštovaizdį, todėl jos tinkamos ne tik šiam konkrečiam entropinio laiko bandymui. Ateityje jos galėtų būti naudojamos tikrinti analoginius Didžiojo sprogimo, Didžiojo susitraukimo, kvantinio „atšokimo“ ar net laboratorinių juodųjų skylių modelius.
arXiv publikacijoje taip pat minima, kad tokia platforma gali padėti tirti skirtingų vidinių laikrodžių pasirinkimo problemą. Tai svarbu, nes kvantinėje kosmologijoje nėra savaime aišku, kuri sistemos dalis turėtų būti laikoma laikrodžiu. Skirtingas pasirinkimas gali keisti matematinį aprašymą, todėl kontroliuojamas eksperimentas leidžia palyginti šias galimybes realiais duomenimis.
Šis tyrimas todėl yra labiau pradžia, o ne galutinis atsakymas į laiko kilmės problemą. Jis parodo, kad laboratorijoje galima sukurti izoliuotą kvantinę sistemą, kurioje įvykių seka atsiranda iš entropijos mainų. Kitas žingsnis būtų patikrinti, ar panašus vidinio laiko principas veikia sudėtingesnėse, didesnėse ir arčiau tikros kosmologijos esančiose sistemose.
Šaltiniai
Live Science. (2026). ‘Time was speeding up, slowing down, or even stopping’: Physicist demonstrates a key theory of time by building a ‘mini-universe’ in his lab
https://www.livescience.com/physics-mathematics/time-was-speeding-up-slowing-down-or-even-stopping-physicist-demonstrates-a-key-theory-of-time-by-building-a-mini-universe-in-his-lab
University of Birmingham. (2026). Scientist’s ‘mini-universe’ measures time without clock
https://www.birmingham.ac.uk/news/2026/scientist-creates-miniuniverse-to-measure-time-without-a-clock
Barontini, G. (2026). Testing the problem of time with cold atoms
https://arxiv.org/html/2509.07745v3
DAO narių vertinimas
Straipsnio publikavimą patvirtino 5 iš 5 priskirtų DAO narių
Straipsnis aiškiai ir suprantamai paaiškina sudėtingą kvantinės fizikos eksperimentą, kuris gali sudominti skaitytojus, besidominčius mokslo naujienomis.
Straipsnis pateikia tikslią ir nešališką informaciją apie Giovanni Barontini eksperimentą, kuris nagrinėja laiko kilmę kvantinėje sistemoje. Jame nėra dezinformacijos, o pateikti faktai remiasi moksliniais tyrimais.
Straipsnis yra aktualus ir savalaikis, nes nagrinėja naujausius fizikos tyrimus, kurie gali turėti didelę reikšmę mūsų supratimui apie laiką ir visatą. Tokie atradimai gali sudominti tiek mokslininkus, tiek plačiąją visuomenę Lietuvoje.
Straipsnis pateikia svarbią informaciją apie naują fizikos tyrimą, kuris gali padėti geriau suprasti laiko prigimtį ir kvantinę gravitaciją. Jame aiškiai aprašoma eksperimentinė metodika ir teorinės idėjos, kas yra naudinga skaitytojams, besidomintiems mokslu.
Straipsnis pateikia mokslinę informaciją apie kvantinę fiziką ir eksperimentą, kuris nagrinėja laiko koncepciją, be emocinės manipuliacijos ar nepagrįsto nerimo. Jis yra informatyvus ir psichologiškai saugus.
