В некоторых теориях современной физики, особенно в квантовой гравитации, время не входит в базовый набор свойств Вселенной. Классический пример — уравнение Уилера — ДеВитта, которое описывает Вселенную как единое квантовое состояние без внешних часов. В этой картине частицы ведут себя и как волны, и как частицы, а знакомый нам поток времени должен возникать из отношений между различными частями системы, а не из независимого тикающего механизма. Но как проверить такую идею экспериментально?

Ученые из Бирмингемского университета (Великобритания) охладили облако из 24 000 атомов до температуры всего в несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля. Атомы поместили в изолированную систему и разделили тонким барьером, созданным двумя лазерными лучами разной частоты. Так получились две области: «наблюдаемая» (светлая) и «ненаблюдаемая» (темная). Внутри этой мини-вселенной яркая область циклически расширялась и сжималась, напоминая упрощенную модель Большого взрыва, за которым следует Большое сжатие — гипотетическое событие, в котором расширение Вселенной в итоге обращается вспять.

Поскольку система была полностью изолирована, исследователи могли восстановить последовательность событий, используя только информацию изнутри самой мини-вселенной, без обращения к внешним лабораторным часам.

Результат оказался поразительным: «время» возникало из изменений в беспорядке атомов при их переходах между светлой и темной областями. Когда распределение частиц менялось, система двигалась вперед во времени. Когда оно останавливалось — время фактически замирало.

Ученые назвали это понятие «энтропийным временем», пишет Science Daily. В эксперименте такая форма времени текла в одном последовательном направлении, создавая четкую «стрелу»; правильно упорядочивала события даже при расширении и сжатии мини-вселенной; и могла ускоряться или замедляться в зависимости от того, как перераспределялась энтропия.

«Исследование впервые предоставляет экспериментально подтвержденные данные, свидетельствующие о том, что „время“ можно определять через изменения внутри системы, а не как внешнее „тиканье часов“, которое мы привыкли считать временем, — сказал Джованни Баронтини, руководитель научной группы. — Работа предлагает новый взгляд на природу времени в квантовой гравитации, позволяющий описывать динамику столь же эффективно, как и с помощью традиционного понятия времени».

Исследователи также обнаружили, что вариант уравнения Шрёдингера — фундаментального уравнения квантовой механики — можно выразить через энтропийное время. Это означает, что ученые все еще могут предсказывать эволюцию квантовой системы во времени, даже когда это время определяется внутренними изменениями, а не внешними часами. Работа решает давнюю проблему: если Вселенная не имеет встроенных часов, как можно правильно упорядочивать события? Эксперимент подсказывает: ответ может лежать в собственной внутренней эволюции системы.

В общей теории относительности пространство-время постоянно изгибается, растягивается и развивается сложным образом. Исследователи из США обнаружили, что в эволюции пространства-времени имеются скрытые геометрические законы.