Znanstveniki ustvarili mini vesolje. Bi lahko razkrilo, kaj je v resnici čas?

Fizik Giovanni Barontini z univerze v Birminghamu je s sodelavci v laboratoriju ustvaril "mini vesolje".

V njem ni bilo nobenih galaksij, črnih lukenj in podobnih stvari. Za kaj takega je bilo veliko premajhno.

Pravzaprav bi ga komaj lahko videli tudi pod mikroskopom.

Namesto trilijonov atomov je bilo zgrajeno iz 24.000 ultra ohlajenih atomov.

Z njim niso želeli raziskovati nastanka galaksij ali črnih lukenj, temveč nekaj veliko bolj temeljnega – kaj pravzaprav je čas.

Z "vesoljem" namreč znanstveniki ne mislijo vedno samo velikanskega prostora, v katerem se dogajajo velikanske stvari.

Izraz "vesolje" lahko pomeni tudi "od okolice popolnoma izoliran sistem ", na katerega ne delujejo nobeni zunanji vplivi.

Kako so "mini vesolje" ustvarili

In prav takšen sistem so ustvarili Barontini in njegovi sodelavci, ko so oblak 24.000 rubidjevih atomov ohladili na nekaj milijardink stopinje nad absolutno ničlo (-273 stopinj Celzija/0 stopinj Kelvina) in opazovali, kaj se v njem dogaja.

Takšen ultra ohlajeni "oblak" atomov se v znanosti imenuje "Bose-Einsteinov kondenzat".

To je posebno agregatno stanje snovi, ki nastane pri temperaturah tik nad absolutno ničlo. Takrat se skupina atomov začne obnašati kot en sam kvantni sistem, zato ga fiziki pogosto uporabljajo za preučevanje temeljnih zakonov narave.

Ker je sistem dovolj izoliran od okolice in vsebuje le razmeroma majhno število delcev, lahko fiziki spremljajo procese, ki bi jih bilo v pravem vesolju skoraj nemogoče neposredno preučevati.

Zato takšne sisteme pogosto uporabljajo kot modele za preverjanje temeljnih fizikalnih teorij.

Znanstveniki so oblak z lasersko pregrado razdelili na dva dela – "svetlega", ki so ga lahko opazovali in in "temnega", ki ga niso neposredno opazovali.

Atomi so lahko prehajali med obema deloma, celoten sistem pa je bil praktično povsem izoliran od okolice, zato se je obnašal kot poenostavljen model vesolja.

Natančneje, "mini vesolje" se je večkrat širilo in krčilo, podobno kot nekateri hipotetični modeli vesolja, v katerih se vesolje izmenično širi in krči.

V mini vesolju iščejo odgovor na vprašanje: "Kaj je čas?"

Glavni razlog za to, da so znanstveniki ustvarili mini vesolje, je bilo priti bliže razumevanju enega temeljnih pojavov v vesolju – časa.

Enega izmed največjih problemov v zvezi s časom je osvetlil že sv. Avguštin, krščanski teolog in filozof iz 4. stoletja:

"Kaj je čas?" se je vprašal. "Če me nihče ne vpraša o njem, vem; toda če bi ga želel nekomu razložiti, bi moral priznati, da ne vem."

Tudi danes se razumevanje časa skoraj ni spremenilo. Čeprav o njem vemo več in ga lahko izredno natančno merimo, pa vprašanje njegovega bistva ostaja odprto.

Niti dve trenutno najuspešnejši teoriji sodobne fizike – Einsteinova splošna teorija relativnosti in kvantna mehanika - se o tem, kaj čas je, ne ujemata.

V splošni relativnosti je čas del prostor-časa in ga določata gibanje ter gravitacija.

V nekaterih pristopih h kvantni teoriji, natančneje h kvantni gravitaciji, pa se pojavlja drugačna zamisel: da čas morda sploh ni temeljna lastnost vesolja, ampak nastane šele zaradi sprememb, ki se dogajajo v njem.

To pomeni, da brez sprememb časa morda ne bi niti bilo.

Prav to zamisel so želeli raziskovalci preveriti s svojim laboratorijskim modelom.

Ko čas ni več samoumeven

V mini vesolju so opazovali, kako se spreminja urejenost sistema oziroma njegova entropija - fizikalna količina, ki opisuje stopnjo neurejenosti sistema.

Entropija pa je tudi količina, ki času daje smer, oziroma ustvarja "časovno puščico".

Raziskovalci so ugotovili, da lahko prav spremembe entropije delujejo kot nekakšna notranja ura sistema.

Ko je entropija hitro naraščala, je tudi ta notranji čas tekel hitreje. Ko se je naraščanje upočasnilo, se je upočasnil tudi "tok časa".

V stanju ravnovesja, ko se entropija ni več spreminjala, pa je notranja ura praktično obstala.

Pomembno je poudariti, da raziskovalci časa niso ustavili v laboratoriju, kjer je poskus potekal.

Ustavil se je le notranji čas njihovega modela oziroma matematični opis dogajanja znotraj "mini vesolja".

"Ideje o času prvič lahko preizkušamo v laboratoriju"

Raziskava še zdaleč ne dokazuje, da je tudi čas v našem vesolju le posledica sprememb ali naraščanja entropije.

Oziroma, da čas morda ni nekaj, kar vesolje preprosto ima, ampak nekaj, kar lahko iz njegovega delovanja šele nastane.

Kaže pa, da je takšno zamisel mogoče eksperimentalno preverjati. To je pomemben korak, saj je bila večina podobnih teorij doslej predvsem predmet matematičnih razprav.

"Ta poskus kaže, da lahko zelo abstraktne ideje o naravi časa prvič preizkušamo tudi v laboratoriju," poudarja vodja raziskave Barontini.

Več vprašanj kot odgovorov

Raziskovalci poudarjajo, da njihov laboratorijski model ni pomanjšano vesolje, temveč zelo poenostavljen kvantni sistem. Toda prav v tem je njegova prednost.

Ker ga lahko natančno nadzorujejo, omogoča preverjanje teorij, ki jih v resničnem vesolju skoraj ni mogoče neposredno preizkusiti.

Če se bo izkazalo, da podobni modeli res pomagajo razumeti nastanek časa, bi lahko postali pomembno orodje pri iskanju teorije, ki bi nekoč združila kvantno mehaniko in Einsteinovo relativnost.

Za zdaj pa raziskava ponuja predvsem nekaj drugega – opomin, da je vprašanje "Kaj je čas?" še danes skoraj tako odprto, kot je bilo pred 1.600 leti, ko si ga je zastavil sv. Avguštin.