物理学家构建"迷你宇宙"，无需时钟即可测量时间

伯明翰大学一位物理学家用超冷原子构建了一个量子"迷你宇宙"，无需任何外部时钟即可测量时间的流逝——这是首个受控实验证据，表明时间可以从孤立系统内部自发涌现。

冷原子中的宇宙

乔瓦尼·巴龙蒂尼教授将约24,000个铷原子冷却至绝对零度以上几十亿分之一度，随后用一道激光光墙将由此形成的量子云一分为二。其中一半——"明"区——可被观测，另一半则作为隐藏的"暗"区而存在。原子不断穿越激光屏障来回漏出，正是这种粒子的往来充当了该系统的内部时钟。

明区先向外膨胀，直至达到最大值，随后收缩塌陷——犹如一次微型宇宙大爆炸，继而走向大坍缩——整个循环仅在约十分之一秒内完成。原子的分布发生变化时，时间向前流动；分布不再变化时，时间便停止。无需任何外部计时器。

熵时间的行为与真实时间一致

巴龙蒂尼将其研究结果发表在《物理评论研究》上，证明这种"熵时间"沿着一个固定方向流动，清晰地指出从过去到未来的时间箭头。即便系统在膨胀与收缩之间交替变化，熵时间也能正确排列事件的先后顺序；它的快慢取决于熵在两个子系统之间传递的速度。当激光屏障升得足够高时，熵的交换趋于零，这个微型宇宙便逐渐走向"热寂"——熵时间也随之停止流动。

巴龙蒂尼表示："这项研究首次提供了受控实验证据，证明'时间'可以由系统内部的变化来定义，而不必依赖我们通常所理解的外部'滴答时钟'。"他还补充说，这一方法"可以像传统时间一样有效地描述动力学过程"。

量子宇宙学的全新实验平台

该实验所借助的数学框架，与描述量子宇宙学中"玩具宇宙"模型所用的数学如出一辙——这意味着，关于时间与引力的抽象宇宙学问题，如今可以在真实的实验室中加以探究。据《新科学家》报道，这项研究表明，时间或许并非现实的内在属性，而是从量子相互作用中涌现出来的。该系统是一种类比模型，而非真实的宇宙，但它为迄今仍停留于理论层面的种种假说开辟了一个可控的实验平台——在伯明翰的一个玻璃腔室中，架起了量子引力理论与实验室物理学之间的桥梁。