Fizicar Djovani Barontini je u okviru najnovije studije u laboratoriji stvorio „minijaturni svemir“ kako bi eksperimentalno istražio pitanje da li je vreme temeljna komponenta stvarnosti ili može da nastane iz promena unutar samog sistema. Ova studija, objavljena u časopisu „Physical Review Research“, predstavlja prve kontrolisane eksperimentalne dokaze da u izolovanom kvantnom sistemu vreme može da se definiše njegovom unutrašnjom evolucijom, bez oslanjanja na vreme mereno u spoljnom svetu.
Sve pojave u svakodnevnom životu, poput starenja i hronološkog ređanja događaja, upućuju na to da vreme ima jasan smer, od prošlosti prema budućnosti. Međutim, na temeljnom nivou priroda nije tako jednostavna i većina osnovnih fizikalnih zakona, uključujući Njutnove zakone i Šredingerovu jednačinu kvantne mehanike, mogu jednako dobro da opisuju procese koji se odvijaju unapred i unazad. Ovo postavlja pitanje zašto vreme teče samo u jednom smeru. Barontinijev eksperiment istražuje još dublje pitanje – ako entropija određuje pravac vremena, može li se iz nje definisati i sam protok vremena.
Važnost ovog istraživanja leži u tome što dve najuspešnije teorije moderne fizike, opšta teorija relativnosti i kvantna mehanika, vreme tretiraju različito. U Ajnštajnovoj opštoj teoriji relativnosti, vreme je deo prostor-vremena, koje se zakrivljuje pod uticajem mase i energije. U kvantnoj mehanici, vreme se najčešće javlja kao unapred zadati spoljni parametar prema kojem se kvantni sistemi menjaju.
Barontini je u svojoj studiji ispitao ideju da vreme nije nezavisna pozadina na kojoj se događaji odvijaju, nego da iz njega proizlazi iz odnosa između različitih delova sistema. U eksperimentu je koristio 24.000 atoma rubidijuma, ohlađenih na nekoliko milijardinki stepena iznad apsolutne nule, tačnije na minus 273,15 stepeni Celzijusa. Na toj temperaturi nastaje Bose-Ajnštajnov kondenzat, stanje materije u kojem mnoštvo atoma počinje da se ponaša kao jedinstven kvantni objekat.
Kvantno stanje celog izolovanog sistema razvija se prema Šredingerovoj jednačini, čija je dinamika u ovom slučaju vremenski reverzibilna. Da bismo razumeli kako sistem funkcioniše, potrebno je da znamo njegovo trenutno kvantno stanje i zakon njegovog razvoja, što bi nam omogućilo da rekonstruišemo ranija i izračunamo kasnija stanja.
Matematički preokrenut sistem mogao bi proći kroz ista stanja u obrnutom redosledu, ne kršeći temeljne zakone kvantne mehanike. Međutim, kada posmatrač vidi samo jedan deo sistema, dok drugi ostaje skriven, deo informacija iz vidljivog dela postaje mu nedostupan, jer prelazi u korelacije sa skrivenim delom. U posmatranom sektoru se stoga pojavljuju rast entropije i nepovratnost, odnosno strelica vremena.
Barontini je ukazao da „vreme i strelica vremena možda jednostavno nastaju iz neznanja“. Da bi imali vreme i mogli da posmatramo sistem, moramo se odreći nekih stepena slobode. Njegovo istraživanje je dokaz koncepta, a ne konačan odgovor na pitanje šta je vreme. Značaj Barontinijevog istraživanja je u tome što su teorijske ideje prvi put direktno i kvantitativno ispitane u kontrolisanom laboratorijskom sistemu, a zabeležena je i promena entropije kroz koju je definisano vreme.
Slični sistemi ultrahladnih atoma u budućnosti bi mogli da posluže za istraživanje ranog svemira, teorije Velikog praska, hipotetičnog Velikog sažimanja i određenih svojstava crnih rupa. Ova istraživanja otvaraju nova pitanja i mogućnosti za razumevanje vremena i njegove uloge u univerzumu, te pružaju uvid u kompleksne odnose između materije, energije i vremena u kontekstu kvantne fizike. Na taj način, Barontinijeva studija predstavlja značajan korak napred u istraživanju jednog od najintrigantnijih pitanja moderne nauke.
