伯明翰大学的一位物理学家创造了一个实验室中的“微型宇宙”，使科学家们更接近回答物理学中最大的一个问题：时间是什么？在《物理评论研究》上发表的一项研究中，乔瓦尼·巴龙蒂尼教授展示了可以在不依赖于时钟的情况下测量时间的流逝。相反，该实验表明，时间的一个版本可以自然地从量子系统本身的行为中产生。为什么一些物理学家认为时间可能不是基本的现代物理学的几种理论认为，时间可能并不存在作为宇宙的一个内在特征。一个例子是惠勒-德维特方程，它将宇宙描述为一个没有外部时钟的单一量子状态。在这种图景中，粒子表现出波动和粒子性行为，熟悉的时间流必须来自系统不同部分之间的关系，而不是来自一个独立的滴答时钟。为了在实验中研究这个想法，巴龙蒂尼教授使用一云24000个被冷却至绝对零度以上几十亿分之一度的超冷原子，创建了一个简化的量子“宇宙”。这些原子被密封在一个孤立的系统中，并通过两束不同频率的激光束形成的薄障碍分开。这产生了两个区域：一个被观察的（“明亮”）区域和一个未被观察的（“黑暗”）区域。微型宇宙中的时间意识在这个微型宇宙中，明亮区域反复扩展和收缩，类似于一个简化版的大爆炸及随之而来的大收缩，这是一个假设事件，其中宇宙的扩展最终逆转。由于该系统完全孤立，研究人员能够仅使用来自微型宇宙内部的信息重建事件的顺序，而不参考任何外部实验室时钟。结果显示，时间可以从量子系统内发生的变化中产生，而不是作为一个总是向前移动的独立背景。熵如何创造了时间实验揭示了“时间”是如何从原子在明亮和黑暗区域之间移动过程中的无序程度或扩散（熵）的变化中产生的。除了这一运动外，该系统与外界保持孤立。随着在明亮区域的粒子分布增加或减少，系统有效地向前移动了时间。当粒子分布不再变化时，时间本身也有效地停止了。巴龙蒂尼教授将这个概念称为“熵时间”。在实验中，这种时间形式：在一个一致的方向上流动，产生明显的“时间箭头”；在微型宇宙扩展和收缩的过程中，正确地排列事件；根据熵的重新分配，可以加速或减速。巴龙蒂尼教授表示：“在一些宇宙理论中，尤其是量子引力中，时间并没有作为内置特征出现。然而在日常生活中，时间从过去流向未来——这为什么呢？当大多数基本物理学定律向前和向后的工作方式相同？”这项研究提供了第一个受控实验证据，表明“时间”可以被定义为系统内部的变化，而不是我们认为的外部“滴答时钟”。这为量子引力中时间的本质提供了新的见解，可以用来像描述常规时间那样有效地描述动态。实验室中对量子引力的测试研究人员还发现，薛丁格方程的一个版本——量子力学的基本方程，可以用熵时间来表示。这意味着科学家们即使在时间由内部变化而非外部时钟定义的情况下，仍然可以预测量子系统的“概率云”如何随时间演变。这项工作解决了物理学中的一个长期问题。如果某些理论是正确的，而宇宙没有内置时钟，如何将事件按正确顺序排列？实验表明，答案可能在于系统自身的内部演变。巴龙蒂尼教授展示了微型宇宙遵循标准的量子力学法则，同时允许关于时间本质的理念在受控实验室条件下进行测试，这些理念通常被限制在描述整个宇宙的理论中。迈向大爆炸和黑洞的实验微型宇宙为测试量子宇宙学和量子引力中的理念提供了一个有价值的实验平台。科学家们现在可以通过实验室实验调查与早期宇宙相关的概念，而不仅仅依赖于数学模型。研究团队表示，这种方法最终可能扩展到更复杂的量子系统，开启进行探索大爆炸、