Физик создал «мини-вселенную» и наблюдал рождение времени

Впервые в истории физик экспериментально наблюдал, как время возникает внутри изолированной квантовой системы. Для этого он создал «мини-вселенную» в своей лаборатории. Этот эксперимент ставит интригующий вопрос: если у Вселенной нет ничего «снаружи», откуда берётся время?

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Research, Джованни Баронтини из Бирмингемского университета использовал облако сверхохлаждённых атомов [1]. Система была настолько хорошо изолирована от внешней среды, что у неё не было внешнего источника для отсчёта времени. Учёный разделил систему на две части и проигнорировал одну половину — то, что он назвал «тёмным сектором». Это позволило показать, что время может возникать исключительно изнутри самой системы [2].

Результат даёт первое экспериментальное объяснение тому, почему во Вселенной вообще существует время. «Когда вы собираете всё вместе, вещи действительно начинают обретать смысл», — рассказал Баронтини. «То, как время внутри системы ускорялось, замедлялось или даже останавливалось — это было весьма удивительно. Всё сошлось очень аккуратно. А такое случается в экспериментах нечасто» [3].

Теория времени без внешних часов

Баронтини решил проверить проблему, над которой физики ломают голову почти 60 лет. Уравнение Уилера — Девитта — ключевое уравнение в квантовой гравитации — описывает Вселенную как единую систему без внешнего параметра времени. За пределами Вселенной не существует никаких космических часов. Так откуда же берётся наше восприятие времени?

Одна из влиятельных идей, называемая реляционным временем, гласит: время не является фундаментальным свойством реальности. Оно возникает из отношений внутри Вселенной, где одна часть системы служит часами для другой. Однако эту идею никогда не проверяли напрямую в лаборатории. До сих пор [4].

Вдохновение пришло к Баронтини, когда он наблюдал за игрой своего сына с конструктором. «Я подумал, что это очень похоже на то, что мы делаем в наших лабораториях, — рассказал он. — Мы играем с очень дорогими игрушками. Мы создаём свои собственные маленькие образцы реальности» [5].

Как устроена мини-вселенная

В лаборатории таким образцом стал Бозе-конденсат — особое состояние материи, которое образуется только при температуре, близкой к абсолютному нулю. В нём тысячи атомов рубидия-87 замедляются почти до полной остановки и сливаются в единый квантовый объект. Они начинают вести себя как одна «суперчастица» [6]. В эксперименте использовалось около 24 000 атомов [7].

Чтобы создать мини-вселенную, Баронтини поместил конденсат в ловушку и разделил его на две половины с помощью тонкого лазерного барьера. Он наблюдал за одной половиной — «светлым сектором», и намеренно игнорировал другую — «тёмный сектор» [5]. Атомы в светлом секторе колебались взад-вперёд, периодически перетекая через барьер. Моменты, когда атомы заполняли светлый сектор, Баронтини назвал «Большим взрывом», а когда они покидали его — «Большим сжатием» (гипотетический конец Вселенной в виде коллапса) [8].

Энтропийное время вместо лабораторных часов

Вместо использования лабораторного времени для упорядочивания событий, учёный построил «энтропийное время». Это часы, определяемые исключительно тем, сколько энтропии — меры беспорядка — перетекает между двумя половинами системы. Если энтропия перетекала — время шло. Если обмена не было — время останавливалось [9].

«Обмен энтропией между двумя системами можно преобразовать во внутреннюю временную переменную», — объяснил Баронтини [3]. Что удивило его больше всего — как чисто всё сошлось. Внутреннее энтропийное время надёжно упорядочивало события в светлом секторе. Оно совпадало с последовательностью, видимой в лабораторном времени, но текло с другой скоростью [8].

Когда энтропия активно перетекала между секторами, энтропийное время ускорялось. Когда обмен замедлялся — замедлялись и часы. А когда две половины достигали равновесия — внутренние часы полностью останавливались [5]. «Время ускорялось, замедлялось или даже останавливалось в зависимости от того, что делала система», — отметил Баронтини [3].

Рождение времени из незнания

Затем учёный пошёл ещё дальше. Используя это внутреннее время, он вывел версию уравнения Шрёдингера и показал, что оно точно воспроизводит наблюдаемое в эксперименте [9]. «Это было довольно удивительно — как хорошо всё сошлось, — сказал он. — Очень аккуратно. А такое случается в экспериментах нечасто» [3].

И время, и его стрела — почему время течёт в одну сторону, а не в другую — могут возникать из одного источника: наблюдатель отказывается от информации. Когда Баронтини решил не смотреть на тёмный сектор, он потерял знание о той половине системы. Этот акт незнания, закодированный в энтропии, и породил время в другой половине [5].

«И время, и стрела времени — возможно, они рождаются из незнания, — сказал Баронтини. — Чтобы иметь время и наблюдать, вы должны отказаться от некоторых степеней свободы» [5].

Баронтини видит в этом только начало. Та же установка с холодными атомами, которая воспроизвела Большой взрыв и Большое сжатие, может моделировать и более экзотические явления. Например, чёрные дыры, условия ранней Вселенной и момент самого Большого сжатия [8]. «Это те вещи, которые мы можем сделать очень просто, используя уже имеющиеся инструменты», — заключил он [3].

---

Список источников

1. Giovanni Barontini. Testing the problem of time with cold atoms. Physical Review Research, 2026.
2. Barontini, G. Emergence of Entropic Time in a Tabletop Wheeler-DeWitt Universe. arXiv:2509.07745, 2025.
3. Live Science. ‘Time was speeding up, slowing down, or even stopping’: Physicist demonstrates a key theory of time by building a ‘mini-universe’ in his lab, 2026.
4. University of Birmingham. Physicists created a tiny universe where time emerged without a clock. ScienceDaily, 2026.
5. Times of India. What if time isn’t real? Physicists built a tiny quantum universe with 24,000 ultracold atoms and found a shocking truth, 2026.
6. ScienceAlert. A Physicist Made a ‘Mini Universe’ in The Lab to Check Time Really Exists, 2026.
7. TechJuice. University of Birmingham Builds ‘Tiny Universe’ to Test the Nature of Time, 2026.
8. Universe Space Tech. Time is an illusion: the Universe’s clock is driven by quantum entanglement, 2026.
9. Quantum Zeitgeist. 24,000 Cold Atoms Model ‘Mini Universe’ Without a Ticking Clock, 2026.