科学家造出一个“微型宇宙”，结果发现：时间竟然不是宇宙自带的

如果有人问你，宇宙里最神秘的东西是什么，大多数人可能会想到黑洞、暗物质或者暗能量。但在很多物理学家眼里，还有一个比这些更难回答的问题：时间到底是什么？

我们每天都生活在时间里，从早晨起床到夜晚入睡，时间似乎一直都在那里。可真正追问下去，就会发现一个很奇怪的问题。

所有的钟表都需要依赖某种规律性的运动来计时。机械钟依靠齿轮转动，石英钟依靠晶体振荡，原子钟依靠原子能级跃迁。它们都需要一个外部参照。

那么，整个宇宙又是靠什么计时的？

如果宇宙已经包含了一切，那么宇宙之外就不存在另一块更大的钟。没有外部参照，时间又是从哪里来的？

这个问题困扰物理学家已经几十年了，而最近英国伯明翰大学的一项实验，第一次让科学家在实验室里看到了一种可能的答案。

这项研究发表在《Physical Review Research》上。实验负责人乔瓦尼·巴龙蒂尼没有去寻找新的粒子，也没有建造更大的加速器，而是选择用一种极端状态的物质，创造了一个高度隔离的"微型宇宙"。

这里说的微型宇宙，并不是一个真正的宇宙，而是一团被冷却到接近绝对零度的玻色—爱因斯坦凝聚态。

在这种极低温环境下，成千上万个原子几乎停止运动，它们不再像一个个独立的个体，而是共同表现得像一个整体。从量子力学的角度来说，它们就像共享着同一个量子状态，因此一直被物理学家当作研究量子世界最理想的平台。

更重要的是，这个系统可以被隔离得非常彻底。

外界几乎不会对它产生影响，就像整个宇宙一样，没有任何"外部"存在。

实验真正有意思的地方，是研究人员随后做的一件事。

他们用一层极薄的激光，把整个量子系统分成了两部分。

其中一半负责观测，另一半则被故意忽略。研究团队甚至把这一部分称为"暗区"，不过这里的暗区和暗物质没有关系，只是实验中的一个名字。

随后，两边的原子开始不断穿过中间的激光屏障，在两侧来回流动。有时大量原子进入观测区域，有时又重新流回另一边。研究人员把原子大量涌入的时候戏称为"大爆炸"，全部流回时则称为"大坍缩"，当然，这只是形象化的说法，并不是在真正模拟宇宙的诞生和毁灭。

真正值得关注的不是原子的运动，而是伴随这种运动产生的熵。

熵通常被理解为系统混乱程度的度量，也可以理解为能量在系统中分布的方式。当原子不断在两侧交换时，熵也会随之发生变化。

一般来说，实验都会直接记录时间，再分析系统在不同时间发生了什么。但这一次，研究人员故意反过来做。

他们完全不参考实验室里的钟表，而是把熵的变化本身，当作系统内部的一块钟。

只要熵还在交换，他们就认为时间还在流动；熵交换越快，时间流逝得越快；熵交换变慢，时间也随之减慢；而当两边最终达到平衡，不再发生熵交换时，这块内部时钟也停止了。

他们把这种计时方式称为"熵时间"。

令人惊讶的是，这种完全来自系统内部的时间，竟然能够正确排列整个实验中发生的所有事件。

虽然它和实验室记录的秒数并不一致，但事件发生的先后顺序却完全吻合。

更有意思的是，这种时间并不是匀速流逝的。

当两侧原子大量交换时，熵快速增加，内部时间流动得也更快；随着交换逐渐减少，时间开始慢下来；等到整个系统达到平衡之后，时间甚至彻底停了下来。

这种现象让巴龙蒂尼自己都感到意外。他后来接受采访时表示，最让他惊讶的不是实验成功，而是所有结果竟然能够如此自然地对应在一起，几乎没有出现理论与实验之间常见的偏差。

研究团队随后又做了一步验证。

他们利用这种由熵定义出来的内部时间，重新推导出了一种薛定谔方程，并成功预测了系统后续的演化过程，与实验观测结果高度一致。

这意味着，即使没有传统意义上的时间变量，一个量子系统依然能够按照自己的内部规律不断演化。

其实，这项实验验证的是一个提出已久的理论。

早在上世纪，人们就在研究量子引力时发现，一个描述整个宇宙的基本方程——惠勒—德维特方程（里面竟然没有时间）。

换句话说，从这个方程来看，整个宇宙仿佛是静止的。

这显然和我们的日常体验完全不同。

于是，一些物理学家提出了所谓"关系时间"的观点。他们认为，时间并不是宇宙最基本的组成部分，而是系统内部不同部分相互比较后产生的一种结果。一部分充当钟，另一部分记录变化，于是时间便出现了。

过去，这始终停留在理论层面。

巴龙蒂尼的实验，是第一次在实验室里直接验证这种想法。

当然，这并不意味着时间只是幻觉，也不意味着现有物理学被推翻了。

更准确地说，它证明了一件事：在某些完全隔离的量子系统里，即使不存在外部时钟，系统内部依然能够自发产生一种可以描述演化过程的"时间"。

实验还有一个耐人寻味的细节。

为什么时间会出现？

研究团队给出的解释，与信息有关。

整个实验过程中，他们始终没有去观测那一半被称为"暗区"的系统，也就是说，他们主动放弃了一部分信息。

正因为信息变得不完整，熵才会产生，而熵又定义了系统内部的时间。

巴龙蒂尼甚至提出一个颇具哲学意味的观点：时间本身，以及时间为什么只能朝着一个方向流动，或许都来源于观察者的信息缺失。

如果一个观察者能够知道整个宇宙每一个粒子的全部状态，那么时间这个概念，也许根本没有存在的必要。

当然，这个观点还远远谈不上定论。

毕竟，这只是一个由超冷原子组成的小型量子系统，它距离真正的宇宙还有着巨大的差别。

但至少，这项实验提供了一种全新的思路。

过去，关于时间起源的问题几乎只能依赖数学推导和哲学讨论，如今，科学家终于拥有了一种能够在实验室里反复验证这些想法的方法。

未来，利用同样的技术，他们还希望进一步模拟黑洞、早期宇宙，甚至宇宙最终坍缩等更加复杂的物理过程。

爱因斯坦告诉我们，时间会因为速度和引力发生变化。而今天，这项实验又提出了另一种可能：时间也许并不是宇宙最底层的属性，而是在量子系统内部的信息交换过程中逐渐"浮现"出来的。

如果这一方向最终被证明是正确的，那么人类对于时间的理解，很可能会再次发生一次根本性的改变。

（参考：Barontini, G. (2026). Testing the problem of time with cold atoms.

Physical Review Research

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https://doi.org/10.1103/1h9j-df4k）