Физик создал мини-вселенную для изучения времени

Время не является универсальной величиной, одинаковой для всех. Современная физика доказала, что оно может замедляться из-за гравитации или высокой скорости. Теперь ученые в лабораторных условиях смоделировали квантовую систему, имитирующую свойства Вселенной, чтобы исследовать, как меняется течение времени в зависимости от состояния окружающего мира. Эксперимент не позволяет управлять временем, но открывает новый способ изучения этой загадочной особенности реальности. об этом сообщает Известия.

Поводом для обсуждения стал эксперимент физика Джованни Баронтини из Бирмингемского университета. Он создал «мини-вселенную» — небольшую квантовую систему, где можно наблюдать процессы, напоминающие поведение настоящего мира. Исследователь использовал квантовую модель для изучения идеи: время не всегда является независимым фоном, а может быть связано с состоянием самой системы.

В обычной жизни человек воспринимает время как универсальную величину. Однако теория относительности Эйнштейна показала, что пространство и время образуют единую структуру — пространство-время, свойства которого зависят от движения объектов и распределения массы. В новом эксперименте ученые не пытались «остановить часы», а создали систему, где можно наблюдать, как изменяется математическое описание времени внутри квантового процесса.

Баронтини отметил, что время внутри системы ускорялось, замедлялось и даже останавливалось, и это совпадение было удивительно точным. Идея о необычном поведении времени появилась задолго до эксперимента. В рамках общей теории относительности доказано: чем сильнее гравитация, тем медленнее идет время относительно удаленного наблюдателя. Этот эффект — гравитационная дилатация времени — учитывается даже в спутниковых навигационных системах.

Новый эксперимент связан с попыткой объединить квантовую механику и теорию гравитации. Ученые 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 примеров — замедление времени при движении с огромной скоростью. Другой фактор — гравитация: чем массивнее объект, тем сильнее он искривляет пространство-время.

В повседневной жизни эти эффекты незаметны, но технологии GPS учитывают относительность времени. Новый эксперимент переносит разговор о времени из масштабов космоса в контролируемую среду. Ученые изучают не только изменение времени из-за движения или гравитации, но и связь понятия времени с квантовыми процессами. Это приближает к ответу на вопрос: является ли время фундаментальной частью Вселенной или возникает из более глубоких законов природы.

Для изучения сложных явлений физики используют квантовые симуляторы — контролируемые системы из атомов или ионов, которые воспроизводят отдельные свойства крупных процессов. В новом эксперименте ученые применили принципы квантовой симуляции. Баронтини сравнил это с игрой сына с конструкторами: «Мы играем с очень дорогими игрушками, создавая свои небольшие образцы реальности».

Особенность квантового мира — причинность и измерение 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 между частями системы. Такие исследования важны для поиска связи между квантовой механикой и гравитацией.

Главный вывод: время может быть не таким фундаментальным понятием, как кажется. В физике существуют идеи, что ощущение единого потока времени связано с изменениями состояния систем и ростом энтропии. Эксперименты с квантовыми системами помогают изучать, как из микроскопических процессов возникает привычное ощущение времени. Новый эксперимент не означает управления временем, но позволяет моделировать процессы и наблюдать изменения математического описания.

Сегодня ученые изучают время как одно из самых глубоких свойств Вселенной. Новые эксперименты приближают к ответу на вопрос, почему время существует и движется в одном направлении. Возможно, исследования квантовых «мини-вселенных» позволят создать более полную картину реальности. Физики превратили идею времени в объект эксперимента, и каждая созданная «мини-вселенная» приближает к пониманию устройства реальности.