物理学家用超冷原子构建"迷你宇宙"测时间

英国伯明翰大学物理学家Giovanni Barontini用超冷原子构建了一个量子"迷你宇宙"，它不需要任何外部时钟就能测量时间流逝——这是首个可控实验证据，表明时间可以从孤立系统内部涌现。

超冷原子中的小宇宙

Barontini将约24000个铷原子冷却到接近绝对零度，然后用一堵激光墙将形成的量子云分成两半。一半是"亮区"，可以观察；另一半是隐藏的"暗区"。原子在激光屏障间来回泄漏，正是这种粒子的流动充当了系统内部的时间。

亮区向外膨胀到最大，然后收缩、坍缩——一个小型大爆炸之后紧接着大坍缩——整个周期约0.1秒。当原子的扩散变化时，时间向前流动；当没有变化时，时间停止。不需要外部秒针。

熵时间的行为像真实时间

Barontini将研究成果发表在《物理评论研究》上，他指出这种"熵时间"沿一个一致方向流动，提供了从过去到未来的清晰箭头。即使在系统膨胀和收缩时，它也能正确排序事件；而且它的快慢取决于熵在两个区域间交换的速率。当激光屏障足够高时，熵交换趋近于零，迷你宇宙走向"热寂"，熵时间也随之停止。

"这项研究提供了首个可控实验证据，表明'时间'可以由系统内部变化定义，而不是我们通常认为的外部'滴答时钟'，"Barontini说。他还补充说，这种方法"可以像传统时间一样有效地描述动力学"。

量子宇宙学的新测试平台

该实验使用了与量子宇宙学中描述玩具宇宙相同的数学方法，这意味着关于时间和引力的抽象宇宙学问题现在可以在真实实验室中探索。正如New Scientist报道的那样，这项工作表明时间可能从量子相互作用中涌现，而不是作为现实的固有特征存在。这个系统是一个类比而非真实的宇宙，但它为此前纯粹理论性的设想提供了一个可控测试平台——在玻璃腔中将量子引力与实验室物理学联系起来。