玻璃容器内悬浮的量子云,由超冷铷原子构成,在激光囚禁下模拟宇宙演化过程
玻璃容器内悬浮的量子云,由超冷铷原子构成,在激光囚禁下模拟宇宙演化过程

时间可能不是宇宙的基本属性,而是从混乱变化中浮现的,关心基础物理的朋友看起来会更有脉络。

迷你宇宙中,时间如何诞生? 事件脉络与关键事实

长期以来,物理学家困惑于时间的本质:为何我们经历的时间单向流动,而多数基本物理定律却时间对称?惠勒-德威特方程甚至认为宇宙整体没有时间变量。为解答这一难题,英国伯明翰大学乔瓦尼·巴龙蒂尼教授团队设计了一项突破性实验,利用玻色-爱因斯坦凝聚体构建“迷你宇宙”,首次在实验室中验证了“时间从系统内部关系中涌现”的理论。

实验中,约2.4万个铷-87原子在接近绝对零度下形成量子云,被激光势垒分为“亮区”和“暗区”。通过调节势垒高度,亮区可周期性经历类似宇宙“大爆炸”与“大坍缩”的过程。研究者以亮区熵的累积变化定义“熵时间”,发现其几乎始终单调递增,且能作为参数驱动薛定谔方程,成功预测系统演化。

该实验不仅证实熵时间可为事件排序,还能支撑量子动力学,表明时间可能并非基本量,而是从子系统间的熵交换中涌现的宏观现象。研究为长期抽象的“热时间假说”提供了实验路径,并打开了用冷原子平台检验量子引力问题的新窗口。

事实

  • 2026年,英国伯明翰大学乔瓦尼·巴龙蒂尼教授在《物理评论研究》发表论文,首次在实验中验证时间可从熵变中涌现。
  • 实验使用约2.4万个超冷铷-87原子构成玻色-爱因斯坦凝聚体,模拟宇宙的膨胀与收缩循环。
  • 研究者定义‘熵时间τ’,基于亮区熵的累积变化,发现其几乎始终单调递增,具备时间的方向性。
  • 熵时间可作为参数驱动薛定谔方程,且预测结果与实验测量高度吻合。
  • 当势垒过高导致熵不再变化时,熵时间停止,系统进入类似‘热寂’的稳定态。
  • 整个系统的总熵在误差范围内守恒,符合惠勒-德威特方程中宇宙整体纯态的设定。

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