新的实验为量子宇宙学和引力理论提供了强大的实验平台--与早期宇宙相关的理论可以在实验室中进行测试。

伯明翰大学(University of Birmingham)的一位科学家建造了一个“迷你宇宙”，它向科学界最大的问题之一“时间是什么？”迈出了一步。

将他的发现发表在物理评论研究，Giovanni Barontini教授展示了如何在不使用时钟的情况下测量时间的流动。新的发现提供了一个科学模型，在这个模型中，时间的一个版本从实验本身中出现。

一些物理学理论，如惠勒-德维特方程式，认为宇宙在其最深层次上没有内在的时间，而是以单一的、不变的量子态存在，其中粒子既表现出类波性质，也表现出类粒子性质。它把宇宙视为一个整体，没有外部时钟，任何时间感都必须从各部分之间的内部关系中产生。

Barontini教授使用了一团由24000个超冷原子组成的云--只比绝对零度高出几十亿分之一度--来创建一个密封的量子系统，模拟一个简单的“宇宙”。用两束不同频率的激光束形成薄屏障，以形成观察到的(“亮”)和未观察到的(“暗”)区域，从而捕获并分割粒子。

“亮”区反复膨胀和坍缩，经历类似大爆炸和大崩溃的情况--宇宙膨胀最终逆转的假设场景。该实验允许从微型宇宙本身重构事件序列，而不需要参考外部实验室时钟。

实验证明，时间可以从量子系统内部发生的变化中产生，而不是作为独立运行的外部事物存在。

用“迷你宇宙”证明了“时间”可以由原子的无序或扩散(熵)以及它们在一个系统中的行为来创造。原子可以在“亮”和“暗”区域之间移动，但系统与外界隔绝。

量子力学与时间
当明亮扇区中粒子的扩散随着原子的进出而增加或减少时，系统“在时间上向前移动”。当原子的这种分布没有改变时，时间实际上停止了。巴朗蒂尼教授称这个过程为“熵时间”，因为他发现：

流向一个一致的方向，给出一个清晰的“时间箭头”
即使在一个像迷你宇宙一样膨胀和收缩的系统中，也能正确地安排事件

加速或减速取决于熵的移动方式

巴朗蒂尼教授说：“在一些宇宙理论中，特别是量子引力理论中，时间并不是一个固有的特征。然而，在日常生活中，时间从过去流向未来--为什么会这样呢？当大多数基本物理定律的前进和后退都是一样的？

“这项研究提供了第一个受控实验证据，证明‘时间’可以由系统内的变化来定义，而不是我们认为的外部‘滴答作响的时钟’。它为量子引力中的时间性质提供了新的见解，可以用来像描述传统时间一样有效地描述动力学。”

该研究还表明，量子力学中的主方程(Schrodinger)的一个版本仍然可以使用熵时间来编写，从而能够预测量子系统的“概率云”是如何随时间变化的。

这个实验解决了物理学中一个长期存在的问题--在一些宇宙理论中，没有内置时钟，那么在没有外部时间的情况下，你如何判断“之前”和“之后”是什么？

Barontini教授指出，该系统遵循量子物理学的标准方程，并证明了关于时间本质的深层问题--通常只在关于宇宙整体的理论中讨论--可以在受控的实验室实验中进行测试。

该实验为量子宇宙学和引力理论提供了强大的实验平台，这意味着与早期宇宙相关的理论现在可以在实验室中进行实验测试。

这种方法可以扩展到更复杂的系统，有可能让研究人员探索大爆炸和“大崩溃”的物理学。它还可以用来模拟实验室中的黑洞，或者测试关于宇宙中时间如何出现的相互竞争的理论。
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