Επιστήμονες δημιούργησαν ένα μικροσκοπικό σύμπαν και είδαν τον χρόνο να αναδύεται από το μηδέν

Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής αφορά την ίδια τη φύση του χρόνου. Ενώ στην καθημερινή μας εμπειρία ο χρόνος ρέει αδιάκοπα προς τα εμπρός, πολλές από τις θεμελιώδεις θεωρίες που επιχειρούν να γεφυρώσουν την κβαντομηχανική με τη γενική θεωρία της σχετικότητας περιγράφουν το σύμπαν ως μια στατική, «παγωμένη» πραγματικότητα, όπου ο χρόνος απλώς δεν υφίσταται. Μια νέα πρωτοποριακή μελέτη, ωστόσο, έρχεται να ρίξει φως σε αυτό το παράδοξο, αποδεικνύοντας πρακτικά πώς η ροή του χρόνου μπορεί να γεννηθεί μέσα από την ίδια την ύλη.

Το πείραμα με τα 24.000 υπέρψυχρα άτομα

Ο φυσικός Τζιοβάνι Μπαροντίνι και η ερευνητική του ομάδα κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα «μικροσύμπαν» στο εργαστήριο, χρησιμοποιώντας ένα κβαντικό σύστημα 24.000 ατόμων, τα οποία ψύχθηκαν σε θερμοκρασίες ελάχιστα πάνω από το απόλυτο μηδέν. Τα εντυπωσιακά ευρήματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Research, υπό τον τίτλο «Testing the problem of time with cold atoms».

Για την υλοποίηση του πειράματος, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προηγμένες δέσμες λέιζερ ώστε να διαχωρίσουν τα άτομα σε δύο διακριτές περιοχές: μία παρατηρήσιμη, «φωτεινή» ζώνη και μία «σκοτεινή». Στη συνέχεια, επέβαλαν στη φωτεινή ζώνη μια ρυθμική διαστολή και συστολή. Η διαδικασία αυτή λειτούργησε ως μια ακριβής κβαντική προσομοίωση της κοσμικής εξέλιξης, αναπαριστώντας διαδοχικά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) και τη Μεγάλη Σύνθλιψη (Big Crunch).

Η γέννηση του εντροπικού χρόνου

Το καθοριστικό στοιχείο της μελέτης ήταν η πλήρης αποφυγή χρήσης ενός εξωτερικού ρολογιού για τη μέτρηση των γεγονότων. Αντί αυτού, η ερευνητική ομάδα εστίασε στις εσωτερικές δυναμικές του συστήματος, παρακολουθώντας τη μεταβολή της εντροπίας και τη διασπορά των ατόμων καθώς αυτά μετακινούνταν ανάμεσα στις δύο ζώνες. Με τον τρόπο αυτό ορίστηκε μια αυτόνομη, εσωτερική παράμετρος: ο λεγόμενος «εντροπικός χρόνος».

Αυτός ο νεοφανής χρόνος επέδειξε τρία θεμελιώδη χαρακτηριστικά:

• Μονοκατευθυντική πορεία: Συνέχισε να κινείται σταθερά προς τα εμπρός, ακόμη και όταν το τεχνητό σύμπαν συστελλόταν κατά τη φάση της κατάρρευσης.
• Μεταβλητός ρυθμός: Η ταχύτητα ροής του δεν ήταν σταθερή, αλλά επιταχυνόταν ανάλογα με τον ρυθμό των εσωτερικών μεταβολών του συστήματος.
• Παύση: Όταν η κίνηση και η ανταλλαγή των ατόμων σταμάτησαν, ο εντροπικός χρόνος έπαψε ουσιαστικά να υφίσταται.

Νέοι ορίζοντες για την κβαντική βαρύτητα

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι οι κλασικές εξισώσεις της κβαντικής φυσικής, όπως η περίφημη εξίσωση του Σρέντινγκερ, διατήρησαν πλήρως την εγκυρότητά τους όταν εφαρμόστηκαν με βάση αυτόν τον εσωτερικό εντροπικό χρόνο, αντί για τον συμβατικό χρόνο των εξωτερικών χρονομέτρων.

Η ανακάλυψη αυτή προσφέρει ισχυρές ενδείξεις ότι ο χρόνος δεν αποτελεί απαραίτητα θεμελιώδες στοιχείο του σύμπαντος, αλλά μια αναδυόμενη ιδιότητα που γεννάται μέσα από τις σχέσεις, τις αλληλεπιδράσεις και τη θερμοδυναμική εξέλιξη της ύλης. Πρόκειται για ένα κρίσιμο βήμα που ανοίγει νέους δρόμους στους θεωρητικούς φυσικούς, παρέχοντας πολύτιμα εργαλεία για τη μελέτη ακραίων κοσμικών φαινομένων, όπως το πρώιμο σύμπαν, οι μαύρες τρύπες και η διαμόρφωση μιας ενοποιημένης θεωρίας για την κβαντική βαρύτητα.