Fizičar stvorio "minijaturni svemir” kako bi istražio pitanje pojma vremena

BIRMINGEM - Fizičar Đovani Barontini u okviru najnovije studije u laboratoriji je stvorio „minijaturni svemir“ kako bi eksperimentalno istražio pitanje da li je vrijeme temeljna komponenta stvarnosti ili može nastati iz promjena unutar samog sistema, prenio je časopis Physical Review Research.

Fizičar sa Univerziteta u Birmingemu sproveo je istraživanje koje pruža prve kontrolisane eksperimentalne dokaze da se u izolovanom kvantnom sistemu vrijeme može definisati njegovom unutrašnjom evolucijom, bez oslanjanja na vrijeme mjereno u spoljašnjem svijetu.

Sve pojave u svakodnevnom životu, poput starenja i hronološkog slijeda događaja, upućuju na to da vrijeme ima jasan smjer – od prošlosti ka budućnosti.

Na temeljnom nivou, međutim, priroda nije tako jednosmjerna, a većina osnovnih fizičkih zakona, uključujući Njutnove zakone, klasičnu mehaniku i Šredingerovu jednačinu kvantne mehanike, podjednako dobro opisuju procese koji se odvijaju i unaprijed i unazad.

Zato se postavlja pitanje zašto vrijeme teče samo u jednom smjeru, a Barontinijev eksperiment postavlja još dublje pitanje – ako entropija određuje pravac vremena, može li se iz nje definisati i sam protok vremena.

Kako se navodi, to pitanje je važno jer dvije najuspješnije teorije moderne fizike različito tretiraju vrijeme. U Ajnštajnovoj opštoj teoriji relativnosti vrijeme je dio prostor-vremena, koje se zakrivljuje pod uticajem mase i energije. Zbog toga vrijeme sporije protiče u jačem gravitacionom polju, na primjer u blizini crne rupe.

U kvantnoj mehanici vrijeme se uglavnom javlja kao unaprijed zadati spoljni parametar prema kojem se kvantni sistemi mijenjaju.

Barontini je u svom istraživanju ispitao ideju da vrijeme nije nezavisna pozadina na kojoj se događaji odvijaju, već da proizlazi iz odnosa između različitih dijelova sistema, pri čemu jedan dio može poslužiti kao vremenska referenca drugom.

Tu ideju ispitao je pomoću 24.000 atoma rubidijuma, ohlađenih na svega nekoliko milijarditih dijelova stepena iznad apsolutne nule, odnosno na minus 273,15 stepeni Celzijusa.

Na tako niskoj temperaturi nastaje Boze-Ajnštajnov kondenzat – stanje materije u kojem veliki broj atoma počinje da se ponaša kao jedinstven kvantni objekat.

Kvantno stanje cijelog izolovanog sistema razvija se prema Šredingerovoj jednačini, čija je dinamika u ovom slučaju vremenski reverzibilna.

Kada bismo poznavali potpuno kvantno stanje sistema i zakon njegovog razvoja, iz sadašnjeg stanja bismo, bar u teoriji, mogli rekonstruisati ranija i izračunati buduća stanja.

Matematički obrnut sistem mogao bi da prođe kroz ista stanja obrnutim redoslijedom, bez kršenja temeljnih zakona kvantne mehanike.

Međutim, kada posmatrač vidi samo jedan dio sistema, dok drugi ostaje skriven, dio informacija iz vidljivog dijela postaje nedostupan jer prelazi u korelacije sa skrivenim dijelom.

U posmatranom dijelu sistema zato se pojavljuju rast entropije i nepovratnost, odnosno takozvana „strelica vremena“.

Barontini smatra da „vrijeme i strelica vremena možda jednostavno nastaju iz neznanja“.

– Da bismo imali vrijeme i mogli da posmatramo sistem, moramo se odreći nekih stepeni slobode – rekao je on.

Barontinijevo istraživanje predstavlja dokaz koncepta, a ne konačan odgovor na pitanje šta je vrijeme. Njegov značaj je u tome što su teorijske ideje prvi put direktno i kvantitativno ispitane u kontrolisanom laboratorijskom sistemu, kao i što je u izolovanom kvantnom sistemu zabilježena promjena entropije na osnovu koje je definisano vrijeme.

Zaključuje se da bi slični sistemi ultrahladnih atoma u budućnosti mogli poslužiti za istraživanje ranog svemira, teorije Velikog praska, hipotetičkog Velikog sažimanja i pojedinih svojstava crnih rupa.

Pratite nas na našoj Facebook i Instagram stranici i X nalogu.