物理學家創造了一個小宇宙，其中時間是在沒有時鐘的情況下創造的

在發表於的一項研究中 物理回顧研究喬瓦尼·巴隆蒂尼教授證明，不依賴時鐘也可以測量時間的流逝。相反，實驗表明，時間的一個版本可以從量子系統本身的行為中自然產生。

為什麼有些物理學家認為時間不是根本

現代物理學中的一些理論表明，時間可能並非作為宇宙的內在特徵而存在。惠勒-德威特方程式就是一個例子，它將宇宙描述為沒有外部時鐘的單一量子態。在這張圖中，粒子表現出波和粒子的行為，已知的時間流必須來自系統不同部分之間的關係，而不是來自獨立的時鐘滴答。

為了透過實驗研究這個想法，Barontini 教授使用冷卻至絕對零度以上十億分之一的 24,000 個超冷原子雲創建了一個簡化的量子「宇宙」。原子被密封在一個隔離系統內，並被兩束不同頻率的雷射光束形成的薄屏障隔開。這創建了兩個區域：可見區域（“亮”）和不可見區域（“暗”）。

一個有著敏感時間的小宇宙

在這個微型宇宙中，明亮的區域反覆膨脹和收縮，就像大爆炸和大擠壓的簡化版本，這是最終逆轉宇宙膨脹的假設事件。

由於該系統是完全隔離的，研究人員能夠僅使用迷你宇宙內部的資訊來重建事件序列，而無需參考外部實驗室時鐘。

結果表明，時間可能源自於量子系統的變化，而不是作為一個總是向前移動的獨立背景而存在。

熵如何創造時間

實驗表明，「時間」源自於原子在亮區和暗區之間移動時的無序或膨脹（熵）的變化。除了這個動作之外，系統仍然與外界隔離。

隨著亮區粒子分佈的增加或減少，系統有效地及時推進。當粒子的分佈停止改變時，時間本身其實就停止了。

巴隆蒂尼教授將這個概念稱為「熵時間」。在實驗中，這種時態形式：

• 它沿著一致的方向流動，創造出清晰的「時間之箭」。
• 即使小宇宙膨脹和收縮，它也能恰到好處地安排事件
• 它可以加速或減慢，這取決於熵的重新分配方式

巴隆蒂尼教授說：“在一些宇宙理論中，尤其是量子引力理論中，時間並不作為一種內在特徵出現。然而，在日常生活中，時間從過去移動到未來——當大多數物理基本定律都以同樣的方式來回運行時，為什麼會出現這種情況呢？”

「這項研究提供了第一個受控實驗證據，證明『時間』可以透過系統的變化來定義，而不是我們認為的外部『加油時鐘』。它為量子引力中時間的本質提供了新的見解，可以像傳統時間一樣有效地用來描述動力學。”

在實驗室測試量子重力

研究人員還發現，量子力學的基本方程式薛丁格方程式的一個版本可以用熵時間來表達。這意味著科學家可以預測量子系統的「機率雲」如何隨時間演變，即使時間是由內部變化而不是外部時鐘定義的。

這項工作解決了物理學中一個長期存在的問題。如果某些理論是正確的，而宇宙沒有時鐘，那麼如何才能將事件按正確的順序排列呢？實驗表明，答案可能在於系統的內部演化。

巴隆蒂尼教授表明，微型宇宙遵循量子力學的標準定律，使得有關時間本質的想法（通常僅限於描述整個宇宙的理論）可以在受控實驗室條件下進行測試。

大爆炸與黑洞實驗

迷你宇宙為檢驗量子宇宙學和量子重力的想法提供了一個有價值的實驗平台。科學家現在將能夠透過實驗室實驗研究與早期宇宙相關的概念，而不是僅僅依賴數學模型。

研究小組表示，同樣的方法最終可以擴展到更複雜的量子系統，為挑戰有關大爆炸、「大擠壓」、模擬黑洞以及時間本身如何產生的物理理論的實驗打開了大門。