Ако ентропија одређује смер времена, може ли се из ње дефинисати и сам проток времена? Питање је важно зато што две најуспешније теорије модерне физике време третирају различито. У Ајнштајновој општој теорији релативности време је део простор-времена који се закривљује под утицајем масе и енергије. Зато време спорије протиче у јачем гравитационом пољу, рецимо у близини црне рупе. У квантној механици време се углавном јавља као унапред задати спољни параметар према којем се квантни системи мењају.Физичар Ђовани Баронтини са Универзитета у Бирмингему недавно је објавио научни чланак који описује да је у лабораторији створио својеврсни минијатурни свемир да експериментално проучи једно од најдубљих питања модерне физике: да ли је време темељни чинилац стварности или може настати из промена у самом систему? Резултати, објављени у часопису Physical Review Research, пружају прве контролисане експерименталне доказе да се у изолованом квантном систему време може дефинисати његовом унутрашњом еволуцијом, без ослањања на време мерено у спољном свету. Зашто оно тече само у једном смеру?У свакодневном животу доживљавамо га као нешто потпуно природно. Људи старе, догађаји се нижу један за другим, сећамо се прошлости, али не и будућности. Разбијено јаје неће се само поновно саставити, као што се ни листови истргнуте из књиге и бачени у ваздух неће спонтано вратити у правилан редослед. Све то упућује да време има јасан смјер – од прошлости ка будућности. Но, на темељној основи природа није тако једнозначна. Већина основних физичких закона, укључујући Њутонове законе кретања, класичну механику и Шрединдингерову једначину квантне механике, може подједнако добро описивати процесе који се одвијају унапред и уназад. Снимак судара две биљарске кугле може се пустити у оба смера, а њихово ће кретање, занемаре ли се учинци попут трења, и даље бити у складу с физикчким законима.Зашто у стварном свету време тече само у једном смеру? Најчешће прихваћено објашњење даје други закон термодинамике, према којем ентропија у изолованом систему у просјеку расте или остаје непромењена. Она се, иначе, поједностављено описује као мера нереда. Неуређена стања могу се остварити на много више начина од уређених. Постоји неупоредиво више могућих стања разбијеног јајета или разбацаних листова књиге него оних у којима су сви делови поново на правом месту. Тачније, листови књиге од 300 означених листова могу се поређати на 300! односно приближно 3,06 × 10⁶¹⁴ начина, што је број од 615 цифара и око 10⁵³⁴ пута већи од процењеног збира атома у видљивом свемиру који износи око 10⁸⁰. С друге стране, постоји само један начин на који се може сложити књига у изворном облику. Британски астрофизичар Артур Едингтон је смер пораста ентропије назвао „стрелицом времена”.Баронтинијев оглед поставља још дубље питање: ако ентропија одређује смер времена, може ли се из ње дефинисати и сам проток времена? Питање је важно зато што две најуспешније теорије модерне физике време третирају различито. У Ајнштајновој општој теорији релативности време је део простор-времена који се закривљује под утицајем масе и енергије. Зато време спорије протиче у јачем гравитационом пољу, рецимо у близини црне рупе. У квантној механици време се углавном јавља као унапред задати спољни параметар према којем се квантни системи мењају. Kада физичари покушају да повежу квантну механику и општу теорију релативности у јединствену теорију квантне гравитације, наилазе на необичну препреку: време из неких једначина нестаје. Најпознатији пример јесте Вилер-Девитова једначина, која свемир описује као јединствен квантни систем без спољашњег временског параметра. Ван свемира нема сата, ни другог система према чијим би се променама могла мерити његова еволуција. Једно од могућих решења тога јесте такозвано релацијско време. Према тој замисли, време није независна позадина на којој се догађаји одвијају, него произлази из односа различитих делова система. Један може послужити као временска референца другоме.Баронтини је ту идеју у новој студији испитао помоћу 24.000 атома рубидијума, охлађених на свега неколико милијардитих делића степена изнад апсолутне нуле (-273,15°C). На тако ниској температури настаје Бозе-Ајнштајнов кондензат, стање материје у којем се мноштво атома почиње да се понаша попут јединственог квантног предмета. Kондензат је сместио у готово потпуно изоловану замку да размену енергије и информација са спољашњим светом сведе на најмању могућу меру и тако опонашао једноставан, самосталан свемир. Након тога поделио га је на два дела танком баријером од ласерске светлости. Један је посматрао и назвао га светлим сектором, други је намерно занемарио и назвао тамним сектором. Циљ је био да покаже да се редослед догађаја може реконструисати без ослањања на спољашње време, само на темељу промена унутар система. Атоми су се кретали између два сектора, а њихов број у светлом делу ритмички се повећавао и смањивао. Физичар је тренутке њиховог надирања у светли сектор сликовито назвао „великим праском”, а повлачење „великим сажимањем”, према хипотетском завршетку свемира у којем се ширење преокреће и почиње урушавати. То не значи да је створио веран модел настанка и завршетка стварног свемира, него аналогно устројство за испитивање математичких идеја из квантне космологије.Kвантно стање целог изолованог система развија се према Шрединдингеровој једначини, чија је динамика у овом случају временски реверзибилна. Kада бисмо познавали потпуно квантно стање система и закон његовог развоја, из садашњег стања начелно бисмо могли реконструисати ранија и израчунати каснија стања. Математички преокренут систем могао би проћи кроз иста стања обратним редоследом, не кршећи темељне законе квантне механике. Kада посматрач види само један део, док други остаје скривен, део информација из видљивог дела постаје му недоступан јер прелази у корелације са скривеним делом. У посматраном сектору се зато појављују раст ентропије и неповратност, односно стрелица времена. Ђовани Баронтини је за Live Science рекао да време и стрелица времена можда једноставно настају из незнања: „Да бисмо имали време и могли посматрати систем, морамо се одрећи неких ступенаа слободе”.Та тврдња дотиче и темељно питање другог закона термодинамике. Ако су основне једначине углавном временски симетричне, одакле долази неповратни раст ентропије? Многи физичари сматрају да настаје зато што систем описујемо статистички, не пратимо све степене слободе и занемарујемо део информација. Баронтини је покушао да покаже управо тај прелаз из реверзибилне динамике целог система у неповратни ток времена у само једном његовом делу. Пратио је размену ентропије између светлог и тамног сектора док су атоми прелазили препреку. На темељу тога дефинисао је „ентропијско вријеме”, које није зависило од лабораторијског сата, него од унутрашњих промена система. Док се ентропија размењивала, унутрашње време је текло. Kада је размена била бржа, текло је брже. Чим се успорила, успорио је и ентропијски сат. Након што су сектори досегли равнотежу и размена је престала, унутрашње време се зауставило. То не значи да је физичко време у лабораторији дословно стало, него да се престала мењати унутрашња временска варијабла дефинисана разменом ентропије. Тако дефинисано време правилно је одређивало редослиед догађаја, мада није увек текло једнаком брзином као лабораторијско време.Наведено истраживање је доказ концепта, а не коначан одговор на питање шта је то време. Његова је важност у томе што су теоријске идеје први пут непосредно и квантитативно испитане у контролисаном лабораторијском систему и што је у изолованом квантном систему (у којем начелно време не постоји, односно временски је симетричан) забележена промена ентропије преко које је дефинисано време. Слични системи ултрахладних атома у будућности би могли послужити за проучавање раног свемира, Великог праска, хипотетског Великог сажимања и одређених својстава црних рупа.(Илустрација АI/University of Birmingham)(Индекс)The post НАСТАЛО JE САМО ОД СЕБЕ! appeared first on Galaksija Nova.