I over ti år var det bare en teori. Nu har fysikere i Finland skabt det. Der er tale om et kvantemateriale, som forskerne kalder "topologisk". Det kan blive nøglen til morgendagens computere. Og det bedste? Det virker måske endda ved stuetemperatur.
Et legendarisk japansk sværd. Engang båret af krigsherrer og shoguner. Forsvandt sporløst efter Anden Verdenskrig. Og ingen har fundet det siden.
Mysteriet om Honjo Masamune lyder som et eventyr. Fuld af krigskaos, mistænkelige figurer og et lille håb om, at sværdet måske dukker op et helt uventet sted.
Fysikere fra Universität Heidelberg har løst et gammelt kvantefysisk puslespil. De har vist, at to teorier, som umiddelbart virker uforenelige, faktisk supplerer hinanden. Det handler om en partikel, der er så tung, at den nærmest burde stå stille. Men alligevel skaber den bølger i kvanteuniverset. Bølger som forskere har forsøgt at forklare i over 50 år.
I mere end 400 år har sømænd set noget magisk på det åbne hav. Et kæmpe område med vand, der gløder hvidt. Det ligner næsten, at nogen har tændt et kosmisk natlys under bølgerne.
Trods århundreders observationer og moderne satellitteknologi kan forskerne stadig ikke fuldt ud forklare fænomenet. Men den slags gåder er præcis grunden til, at jeg finder havene så fascinerende.
En fysiker har skabt et miniature-univers i laboratoriet, hvor tiden ikke tikker fra et eksternt ur, men opstår naturligt fra selve systemet – og den hemmelige ingrediens kan være kaos, eller mere specifikt: entropi.
Har du nogensinde stirret på stjernerne og tænkt: hvad er tid egentlig for noget? Jeg mener ikke, hvad dag det er, eller hvor lang tid der er til din næste ferie. Jeg mener selve tidens fundamentale natur. Hvad hvis jeg fortalte dig, at nogle af de klogeste mennesker på planeten mener, at tiden måske slet ikke er en indbygget egenskab ved universet?
Det er præcis, hvad en fysiker ved University of Birmingham har undersøgt, og hans seneste eksperiment er helt fantastisk. Han har i bund og grund skabt et lille, forseglet univers i sit laboratorium og spurgt: kan vi følge med i tiden herinde uden nogensinde at kigge på et ur? Spoiler: svaret ser ud til at være ja – men ikke af de grunde, du måske tror.
Problemet med det ursløse univers
Noget, der hele tiden får mit hoved til at snurre: de fleste af de fundamentale fysiske love er faktisk ligeglade med tidens retning. Kør dem fremad, kør dem baglæns – ligningerne fungerer på samme måde. Men i det virkelige liv oplever vi tydeligt, at tiden kun går én vej. Vi bliver ældre. Æg går i stykker, men sætter sig ikke sammen igen. Varm kaffe bliver kold, men bliver aldrig varm af sig selv.
Denne kløft mellem den fysik, vi bruger til at beskrive virkeligheden, og vores faktiske oplevelse kaldes "tidsfilens" problem, og det har generet fysikere i over et århundrede.
Nu bliver det virkelig mærkeligt. Nogle af de mest ambitiøse teorier i fysik – herunder forsøg på at kombinere kvantemekanik med generel relativitetsteori (det, vi kalder "kvantegravitation") – antyder, at universet selv måske ikke har et indbygget ur. Den berømte Wheeler-DeWitt-ligning beskriver i bund og grund hele kosmos som én frossen kvantetilstand uden nogen ekstern tidtager.
Så hvis der ikke er noget kosmisk ur, der tikker i baggrunden, hvor kommer så vores velkendte tidsforløb fra?
At bygge et univers i en boks
Det er præcis, hvad professor Giovanni Barontini satte sig for at undersøge med et eksperiment, der er lige dele genialt og surrealistisk. Han skabte det, han kalder et "miniunivers", ved hjælp af 24.000 ultrakolde atomer – atomer afkølet til temperaturer så tæt på absolut nul, at de begynder at opføre sig på måder, der virker umulige i vores hverdag.
Disse atomer var forseglet inde i en isoleret beholder og delt i to områder af en barriere skabt med laserstråler. Ét område kaldte han "det lyse" område (hvor målinger sker), og det andet "det mørke" område (som forbliver uobserveret). Hele opsætningen var fuldstændig afskåret fra omverdenen – ingen eksterne ure, ingen indblanding, bare denne lille lomme af kvanteunder i et laboratorium.
Og så skete der noget smukt.
At se en mini Big Bang (og Crunch)
Indeni dette miniatureunivers begyndte det lyse område at gøre noget bemærkelsesværdigt: det udvidede og trak sig sammen igen og igen, som en lille,循环版本 af Big Bang efterfulgt af et hypotetisk Big Crunch – det scenarie, hvor universets udvidelse til sidst vender om, og alt falder sammen igen.
Fordi systemet var fuldstændig isoleret, kunne professor Barontini og hans team kun følge med i, hvad der skete, ved hjælp af information fra selve systemet. De kunne ikke kigge på noget eksternt laboratorie-ur. De var nødt til at rekonstruere begivenhedernes rækkefølge纯粹 fra miniuniversets indre aktiviteter.
Her kommer det hjernespændende: det virkede. De kunne med succes ordne begivenheder i tid uden nogen ekstern reference.
Den virkelige hemmelighed: Det handler om entropi
Så hvad holdt tiden i gang i dette lille kosmos? Svaret, ifølge forskningen, er entropi – i bund og grund et mål for uorden eller spredning i et system. Når atomerne bevægede sig mellem det lyse og det mørke område, ændrede entropien (uordenen, spredningen) sig hele tiden. Når fordelingen af partikler i det lyse område steg eller faldt, bevægede systemet sig effektivt fremad i tid.
Og her kommer det afgørende: da partikelfordelingen holdt op med at ændre sig, stoppede tiden selv effektivt. Professor Barontini kalder dette "entropisk tid", og det er ikke bare en filosofisk idé – eksperimentet viste, at denne form for tid:
- Flyder i én ensartet retning (hvilket skaber den velkendte tidspil)
- Ordner begivenheder korrekt, selv når universet cykler gennem udvidelse og sammentrækning
- Kan accelerere eller bremse afhængigt af, hvordan entropien omfordeles
Tænk på det sådan her: i stedet for at tid er scenen, hvor begivenheder udspiller sig, bliver entropi til tid. Ændringerne i uorden ER urets tikken.
Hvorfor det her betyder noget (meget)
Her er hvorfor jeg virkelig er begejstret for denne forskning. Vi har længe vidst, at tid opfører sig anderledes i kvantemekanik end i vores hverdag, men at teste disse idéer har været næsten umuligt, fordi vi ikke lige kan køre eksperimenter på hele universet. Dette miniunivers ændrer det.
For første gang har forskere et kontrolleret laboratorieopstilling, hvor de kan teste idéer om tidens natur, der før var fanget i teoretisk spekulation.
Teamet viste også, at den berømte Schrödinger-ligning – den fundamentale ligning i kvantemekanik – kan reformuleres ved hjælp af dette entropiske tidsbegreb. Det betyder, at forskere stadig kan forudsige, hvordan kvantesystemer udvikler sig, selv når tid defineres纯粹 af interne ændringer snarere end et eksternt ur.
Det store billede
Lad mig være ærlig: en del af mig finder dette koncept både oplivende og en smule skræmmende. Hvis tid opstår fra noget så tilsyneladende kedeligt som spredningen af partikler i et system, hvad betyder det så for vores forståelse af virkeligheden? Er øjeblikke i tiden virkelige, eller er de bare nyttige illusioner skabt af ændringer i entropi?
Professor Barontini selv udtrykte det smukt: "I hverdagen flyder tiden fra fortid til fremtid – hvorfor er det sådan, når de fleste grundlæggende fysiske love fungerer ens fremad og bagud?"
Vi har stadig ikke et komplet svar på det spørgsmål. Men eksperimenter som dette belyser langsomt, omhyggeligt kanterne af vores uvidenhed.
Hvad sker der nu?
Teamet ser nu på at udvide denne tilgang til mere komplekse kvantesystemer. I sidste ende kan dette åbne døren til laboratorieeksperimenter, der udforsker fysikken i den virkelige Big Bang, simulerede sorte huller og konkurrerende teorier om, hvordan tid fungerer på tværs af hele kosmos.
Det er utroligt ambitiøst. Men det er netop det, der gør fysik så vidunderlig – villigheden til at stille spørgsmål, der virker næsten for fundamentale til at stille, og så faktisk designe eksperimenter til at undersøge dem.
For nu vil jeg sidde her og tænke over, at der i en lille boks i Birmingham, England, er 24.000 atomer travlt med at skabe deres egen fornemmelse af tid, én entropiændring ad gangen. Og på en eller anden måde får det mig til at føle mig en smule mere forbundet til det hele.
Hvad tænker du? Føles tid mere virkelig for dig, nu hvor du ved, at den måske opstår fra kaos, eller gør det den endnu mere illusionær? Jeg vil meget gerne høre dine tanker.
Kilde: ScienceDaily — Physicists created a tiny universe where time emerged without a clock
Forskere har fundet nye metoder til at opspore en af videnskabens vildeste idéer: kæmpe strukturer bygget af aliens for at høste en stjernes energi. En ny undersøgelse viser, hvordan disse såkaldte "Dyson-sfærer" kan tage sig ud gennem vores teleskoper — og hvorfor én bestemt type stjerne er blevet det mest lovende mål.
Videnskabsfolk har fundet ud af, at bakterier langt fra bare er små biologiske maskiner. De kan faktisk lære af erfaring, huske ting der er sket, og endda give de minder videre til deres afkom. Det er en opdagelse, der får os mennesker til at føle os lidt mindre specielle over vores såkaldt unikke evne til at huske fortiden.
Astronomer har opdaget kvasarer fra en tid, hvor universet kun var omkring 670 millioner år gammelt. Og det mest bizare ved det? Disse kosmiske kæmper burde slet ikke eksistere så tidligt. Opdagelsen tvinger nu forskerne til at omvurdere alt, de troede de vidste om, hvordan sorte huller vokser.
Forskere fra Harvard har fundet en måde at omdanne den samme chipteknologi, som sidder i din laptop, til en DNA-skrivemaskine. Det er et gennembrud, der kan ændre alt fra medicinsk diagnostik til, hvordan vi opbevarer data.
Videnskabsfolk har lige gjort noget helt utroligt – de har optaget de første billeder nogensinde af levende goblinhajer i deres naturlige dybhavslevested, og ærligt talt ligner dyret noget fra en sci-fi film. Denne opdagelse handler ikke bare om at udvide vores viden om disse "levende fossiler" – den kan fundamentalt ændre den måde, vi beskytter dem på.