TLDR: Experiment s Bose-Einsteinovým kondenzátem ukazuje, že děje v izolovaném systému lze uspořádat pomocí vnitřního, entropického času – a nadhazuje to, že čas nemusí být základní vlastnost vesmíru. Studie tuna.

Byť všichni víme, že čas je pouhopouhé prozatím – zvláště o tom mluvím vždy, když jdu na schůzku pozdě – na úrovni fyziky je problém přesně definovat, co cokoliv z toho znamená. Co hůře, v kvantovce se plynutí času na úrovni teorií obejde bez jasného směru…

Nový experiment ale přidává argument pro tezi, že čas je když ne přímo iluze, tak jev, který nevzniká ze samotné podstaty vesmíru – ale něčeho o fous výše!

„Proč je čas takový problém?“

V běžném životě je čas hlavně to, že když jedete z místa A do místa B, není to z vašeho pohledu okamžitý zážitek. Ve fyzice je to ale ještě mnohem otravnější veličina. V klasické mechanice nebo běžné kvantové fyzice se čas často bere jako vnější parametr – něco, podle čeho popisujeme, jak se systém mění. Jenže když se pokusíte popsat celý vesmír, začne problém – co jsou vlastně „vnější hodiny“, když mimo vesmír nic není?

To neznamená, že jde o důkaz cestování časem dozadu – spíše to, že některé rovnice popisující celý vesmír neobsahují vnější časový parametr, který by říkal, co se děje „před“ a „po“. To umně naznačuje, že naše teorie jsou nekompletní. Což se tak nějak tuší samože i bez toho, že furt nevíme všecko pod Sluncem!

„Co že to udělali s ultrachladnými atomy?“

Giovanni Barontini z University of Birmingham v hledání odpovědi na kořeny času fčil vytvořil analogový experiment s Boseho–Einsteinovým kondenzátem rubidia. Ten byl rozdělen optickou bariérou na „temný“ nepozorovaný sektor a „světlý“ pozorovaný sektor. Světlý sektor se choval jako malý cyklický vesmír – objevil se malý velkotřesk, rozpínání, zkolabování a závěrečný „big crunch“.

Boseho–Einsteinův kondenzát je stav hmoty ochlazený téměř na absolutní nulu, kde se tisíce atomů začnou chovat jako jeden společný kvantový objekt. Právě díky tomu se z něj dá udělat laboratorní analog mnohem větších fyzikálních problémů. Není to opravdový vesmír v krabičce, ale systém, jehož matematika umí napodobovat určité aspekty kvantové kosmologie.

V tomto případě šlo o analog tzv. Wheelerova–DeWittova problému času, tedy otázky, jak definovat vývoj systému, který nemá žádné hodiny „venku“.

„Jak z entropie vznikly hodiny?“

Pozorování pokusu naznačuje, že klíč k času tkví v entropii. Vědátoři z experimentálně měřené hrubozrnné entropie definovali tzv. entropický čas, který dokázal robustně uspořádat děje ve světlém sektoru. Když se mezi sektory přenášela entropie, čas plynul – když se nic nevyměňovalo, čas se zastavil. Z toho pak odvodili Schrödingerovu rovnici parametrizovanou tímto vnitřním časem a ukázali, že reprodukuje naměřený vývoj.

Tady je důležitá ta „hrubozrnná“ část. Vědci nesledovali úplně všechny mikroskopické detaily systému, ale rozdělili jej na část pozorovanou a část nepozorovanou. Když pozorovaný sektor ztrácí informaci do toho nepozorovaného, roste entropie. A právě totok změna entropie pak může posloužit jako interní měřítko posloupnosti událostí.

Jinak řečeno, není to systém „čas běží, takže se věci mění“, ale možná „věci mění svou entropii, takže z toho umíme odvodit čas“.

„Znamená to, že čas jako takový neexistuje?“

No, on zjevně existuje. Ale možán to není fundamentální vlastnost, nýbrž vlastnost tanoucí z něčeho nižšího a fundamentálnějšího. Podobně, jako když vám nohy nesmrdí z ničeho nic – ale jako důsledek toho, že jste na nich měli celý den botky. Jde navíc o limitovaný důkaz – v laboratoři nevznikl sktuečný minivesmír s opravdovou kosmologií. Co ale vzniklo, je kontrolovaný testovací model pro otázku, která přichází na přetřes v kvantových análech již chvíli – totiž, že čas nemusí být fundamentální vlastnost vesmíru, ale „pouze“ vlastnost vyplývající z jeho hlubšího fungování!

Ergo žádné hodinky zrušeny nebyly, žádné budíky se nedočkaly prohlášeny za buržoazní přežitek. Experiment spíš ukazuje, že alespoň v jednom dobře kontrolovaném kvantovém systému může vzniknout smysluplné „před“ a „po“ z vnitřních vztahů mezi částmi systému, nikoliv z externího času přidaného zvenčí. To je hodně zajímavé pro kvantovou kosmologii, kde se přesně podobná otázka řeší u celého vesmíru! Na to, abychom si ale rozebírali teorii kvantové vlny a jiné srandy, které emergenčnost času řeší, su ale zatím malý pán. Pokecáme o tom s nějakým kvaťákem…

Byť ale čas v našich hlavách působí jako nejzákladnější kulisa reality, ono pouhopouhé prozatím je možná ve své podstatě podobně prchlavý jako když uháníte na schůzku půlhodinu poté, co jste na ni měli být…

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]