Vrijeme je nešto što svakodnevno mjerimo satovima, kalendarima i atomskim oscilacijama. No fizičari već desetljećima raspravljaju o tome postoji li ono uopće kao temeljna sastavnica svemira ili je tek posljedica drugih procesa.

Novo istraživanje profesora Giovannija Barontinija sa Sveučilišta u Birminghamu približilo je tu raspravu eksperimentalnoj provjeri. Umjesto matematičkih jednadžbi i teorijskih modela, znanstvenik je u laboratoriju stvorio mali kvantni sustav koji oponaša pojednostavljenu verziju svemira.

Rezultati su objavljeni u znanstvenom časopisu Physical Review Research.

Kako izgleda “mini-svemir” u laboratoriju?

Barontini i njegov tim koristili su oko 24.000 atoma rubidija, ohlađenih na temperaturu tek nekoliko milijarditih dijelova stupnja iznad apsolutne nule. Tako su stvorili izolirani kvantni sustav koji je mogao poslužiti kao svojevrsni model svemira.

Pomoću laserskih zraka sustav su podijelili na dva dijela – “svijetli” sektor, koji se mogao promatrati, i “tamni” sektor, koji je ostao skriven od izravnog opažanja.

Atomi su prelazili iz jednog dijela u drugi, zbog čega se promatrani dio sustava naizmjenično širio i skupljao, podsjećajući na scenarije Velikog praska i hipotetskog Velikog sažimanja svemira.

Ono što je najvažnije, redoslijed događaja mogao se rekonstruirati bez ikakvog vanjskog sata.

Vrijeme kao posljedica nereda

Eksperiment pokazuje da bi vrijeme moglo nastajati iz promjena u entropiji, odnosno iz načina na koji se čestice raspoređuju i “šire” unutar sustava.

Kada se raspodjela atoma mijenjala, sustav je imao jasan smjer razvoja – svojevrsnu “strelicu vremena”. Kada promjena nije bilo, vrijeme je, barem u okviru ovog modela, praktički prestajalo teći.

Barontini taj koncept naziva “entropijskim vremenom”.

“Eksperiment pokazuje da vrijeme može proizaći iz promjena koje se događaju unutar kvantnog sustava, umjesto da postoji kao nešto vanjsko što neovisno otkucava”, navodi se u objašnjenju istraživanja.

Pomirenje dviju teorija

Jedan od najvećih problema moderne fizike jest pomirenje kvantne mehanike i Einsteinove teorije gravitacije. Neke teorije, poput Wheeler-DeWittove jednadžbe, sugeriraju da svemir na najdubljoj razini možda uopće nema ugrađen pojam vremena.

Dosad su takve ideje uglavnom pripadale području teorijske fizike. Ovo istraživanje pokazuje da ih je moguće testirati i u kontroliranim laboratorijskim uvjetima.

Drugim riječima, pitanje “što je vrijeme?” možda više nije isključivo filozofsko. Znanost mu se, korak po korak, počinje približavati.