佛罗伦萨大学用超冷铷原子构建玩具宇宙，实验证实时间可从量子相互作用中作为涌现现象产生。
在我们的日常直觉中，时间就像宇宙的默认布景，始终均匀流逝，独立于空间和物质而存在。但一个由意大利物理学家在实验室桌面上完成的精巧实验，为一种截然不同的时间观提供了严格的实证支持：时间可能压根就不是宇宙的基本属性，而是从量子层面的相互作用中"涌现"出来的表象。
实验的执行者是佛罗伦萨大学的Stefano Barontini团队。他们用激光和电磁力将约2万个铷原子冷却到接近绝对零度的极低温状态，使这些原子凝聚成一个玻色-爱因斯坦凝聚体。在这个初始状态下，这支"超冷原子云"是一个本质静止、无演化、无时间标记的量子系统。它相当于一个极简版的"玩具宇宙"，还没有任何可以定义时间进程的内部标尺。
然后，Barontini用激光操纵这些原子，让凝聚体的两个不同区域之间开始交换原子。这种跨越区域的量子相互作用直接改变了系统的熵(即热力学无序度)。而在我们的现实宇宙中，时间流动的箭头方向恰好由熵增原理决定：系统总是从有序走向无序。因此，Barontini可以借助系统熵的变化，为这个玩具宇宙定义一种"内部时间"。这个时间是系统内部关系的函数，而非外部时钟强加给它的框架。
真正的决定性证据出现在下一步。他将这个"内部时间"代入薛定谔方程(量子力学中描述系统状态随时间演化的核心数学工具)来预测原子在不同时刻的量子态。计算结果与实验观测完全吻合。这意味着，在这个微型宇宙中，有效的"时间"变量是从量子纠缠和交换中派生出来的，它不是被预设的舞台，而是被演出的剧情。
"时间作为涌现现象"的观点其实有深厚的物理学渊源。早在1930年代，英国物理学家Nevill Mott就在原子散射理论中提出过类似构想，但此后数十年一直停留在纯理论层面。直到2013年，意大利理论物理学家才首次将这一框架推进到量子引力语境中。Barontini的桌面实验是第一项为此类理论提供可操作实验验证的工作，它用具体数据表明这一激进设想至少在一类简单量子系统中站得住脚。
不过Barontini本人保持了审慎的科学态度。他坦承，在实验室中用一个极简量子系统观察到时间涌现，与宣称"我们宇宙的时间也是如此诞生的"之间存在巨大鸿沟。宇宙学家很可能会从广义相对论和宇宙学的角度对这项仅涉及量子多体物理的工作提出一系列反对意见。他的下一步计划是用激光在凝聚体中制造类似黑洞引力势阱的约束区域，观察这个迷你宇宙在极端条件下的时间行为。
原文：https://www.newscientist.com/article/2529957-toy-universe-shows-that-time-could-be-a-quantum-illusion/