Može li vrijeme postojati bez sata koji ga mjeri? Upravo na to pitanje pokušao je da odgovori profesor Giovanni Barontini sa Univerziteta u Birminghamu, koji je od oblaka 24.000 ultrahladnih atoma napravio svojevrsni „mini svemir“ i pokazao kako se protok vremena može definisati pomoću promjena unutar samog sistema.
Rezultati istraživanja objavljeni su u naučnom časopisu Physical Review Research, a eksperiment bi mogao pomoći naučnicima da bolje razumiju jednu od najdubljih zagonetki moderne fizike – prirodu vremena i njegovo mjesto u univerzumu.
Barontini je atome ohladio na temperaturu svega nekoliko milijarditih dijelova stepena iznad apsolutne nule, stvarajući izolovan kvantni sistem koji oponaša pojednostavljeni model svemira.
Može li vrijeme nastati iz odnosa između dijelova svemira?
Pojedine teorije fizike, među kojima je i Wheeler-DeWittova jednačina, polaze od pretpostavke da se na najdubljem nivou stvarnosti vrijeme možda uopšte ne pojavljuje kao zasebna osobina.
Prema takvom pristupu, svemir bi mogao postojati kao jedinstveno, nepromjenjivo kvantno stanje, dok bi ono što doživljavamo kao protok vremena nastajalo iz međusobnih odnosa i promjena unutar tog sistema.
Upravo tu ideju istraživači su pokušali da ispitaju u laboratorijskim uslovima.
Pomoću tanke barijere formirane laserskim snopom, Barontini je podijelio oblak atoma na dva dijela: „svijetli“, koji je bio predmet posmatranja, i „tamni“, koji nije neposredno posmatran. Atomi su mogli prelaziti iz jednog dijela u drugi, dok je čitav sistem ostao izolovan od spoljašnjeg svijeta.
Atomi oponašali širenje i sažimanje svemira
Posebno zanimljivo bilo je ponašanje svijetlog dijela sistema, čija se raspodjela naizmjenično širila i skupljala, podsjećajući na modele kosmološkog širenja i hipotetičkog Velikog sažimanja.
Veliko sažimanje predstavlja teorijski scenario prema kojem bi se širenje svemira jednog dana moglo zaustaviti i preokrenuti, nakon čega bi univerzum počeo da se skuplja.
Istraživač je pratio promjene u raspodjeli atoma, odnosno njihovu raspršenost, koja se može opisati pomoću entropije. Na osnovu tih promjena definisao je takozvano entropijsko vrijeme.
U ovom modelu, vrijeme se odvija kroz promjene unutar sistema. Kada se raspodjela atoma mijenja, sistem prolazi kroz različita stanja, dok odsustvo promjena znači da se, iz perspektive tako definisanog vremena, protok praktično zaustavlja.
Na taj način istraživanje pokazuje kako se može dobiti vremenski redoslijed događaja bez oslanjanja na spoljašnji sat.
Vrijeme ne mora biti ono što smo mislili
„U nekim teorijama svemira, posebno u kvantnoj gravitaciji, vrijeme se ne pojavljuje kao ugrađena osobina. Ipak, u svakodnevnom životu vrijeme teče od prošlosti ka budućnosti“, rekao je Barontini.
Prema njegovim riječima, rezultati istraživanja pružaju eksperimentalne dokaze da se vrijeme može definisati promjenama koje se dešavaju unutar samog sistema, umjesto da se posmatra kao nešto što dolazi spolja i neprekidno otkucava.
Univerzitet u Birminghamu ističe da bi ovakvi eksperimenti mogli omogućiti testiranje pojedinih teorijskih ideja iz kvantne kosmologije i gravitacije u kontrolisanim laboratorijskim uslovima.
Iako eksperiment ne znači da su naučnici konačno riješili pitanje nastanka vremena niti dokazali da je cijeli svemir bezvremenski, on otvara zanimljiv pravac istraživanja: možda protok vremena nije osnovna osobina prirode, već pojava koja nastaje iz promjena i odnosa unutar samog univerzuma.