I Finland har fysikere laget et kvantemateriale som lenge bare var en spådom. I over ti år har forskerne snakket om disse «topologiske» materialene. Nå kan de kanskje bli selve drivstoffet til morgendagens datamaskiner. Det beste? Dette materialet kan faktisk fungere ved romtemperatur.
Fysikere ved Universitetet i Heidelberg har løst et gammelt mysterium i kvantefysikken. De har vist at to tilsynelatende motstridende teorier om minste partikler egentlig hører sammen. Forskernes arbeid handler om noe som virker selvmotsigende: en partikkel så tung at den knapt burde bevege seg, men likevel skaper bølger i kvanterommet — noe forskere har prøvd å forklare i over 50 år.
I over 400 år har sjømenn observert noe magisk ute på det vide hav – et enormt område med vann som gløder i en hvit, nesten uhyrlig glans. Som om noen tente et kosmisk nattlys under bølgene. Til tross for århundrer med observasjoner og moderne satellittteknologi, klarer fortsatt ikke forskerne å gi et fullstendig svar på hvorfor dette skjer. Og ærlig talt? Det er akkurat denne typen mysterium som gjør at jeg synes havene våre er så fascinerende.
En fysiker har skapt et miniatureunivers på laboratoriet – et sted der tiden ikke tikker fra en ekstern klokke, men oppstår naturlig fra systemet selv. Og den hemmelige ingrediensen kan være kaos, eller mer spesifikt: entropi.
Har du noen gang stirret på stjernene og lurt på: hva er egentlig tid? Jeg snakker ikke om hvilken dag det er eller hvor lenge det er til ferien. Jeg mener selve, grunnleggende naturen til tid. Hva om jeg sa at noen av de smarteste menneskene på planeten tror at tid kanskje ikke er en innebygd egenskap ved universet i det hele tatt?
Det er akkurat det en fysiker ved University of Birmingham har utforsket, og hans nyeste eksperiment er helt fascinerende. Han har i bunn og grunn skapt et lite, forseglet univers på laboratoriet og spurt: kan vi spore tid her uten å noen gang se på en klokke? Spoiler: svaret ser ut til å være ja – men ikke av grunnene du kanskje forventer.
Problemet med klokkeløse universer
Her er noe som alltid får meg til å tenke to ganger: de fleste av de grunnleggende lovene i fysikken bryr seg egentlig ikke om tidsretningen. Kjør dem framover, kjør dem bakover – likningene fungerer like bra. Men i virkeligheten opplever vi tydelig at tiden flyter i én retning. Vi eldes. Egg sprekker, men sprekker ikke i revers igjen. Varm kaffe blir kald, men blir aldri varm av seg selv.
Dette skillet mellom fysikken vi bruker til å beskrive virkeligheten og vår faktiske levde opplevelse kalles «tidspilen»-problemet, og det har plaget fysikere i over et århundre.
Nå blir det virkelig rart. Noen av de mest ambisiøse teoriene i fysikken – inkludert forsøk på å kombinere kvantemekanikk med generell relativitetsteori (det vi kaller «kvantegravitasjon») – antyder at universet kanskje ikke har noen innebygd klokke. Den berømte Wheeler-DeWitt-likningen beskriver i bunn og grunn hele kosmos som én frosset kvantetilstand, uten noen ekstern tidskeeper i det hele tatt.
Så hvis det ikke finnes noen kosmisk klokke som tikker i bakgrunnen – hvor kommer da vår kjente flyt av tid fra?
Å bygge et univers i en boks
Det er akkurat det professor Giovanni Barontini satte seg fore å undersøke med et eksperiment som er like genialt som surrealistisk. Han skapte det han kaller et «miniunivers» ved hjelp av 24 000 ultrakalde atomer – atomer nedkjølt til temperaturer så nær det absolutte nullpunkt at de begynner å oppføre seg på måter som virker umulige i vår hverdag.
Disse atomene ble forseglet inne i en isolert beholder og delt i to regioner av en barriere skapt med laserstråler. Én region kalte han «den lyse» regionen (der målingene skjer), og den andre «den mørke» regionen (som forblir uobservert). Hele oppstillingen var fullstendig forseglet fra omverdenen – ingen eksterne klokker, ingen forstyrrelser, bare denne lille lommen av kvanteunder i et laboratorium.
Og så skjedde det noe vakkert.
Å se et mini Big Bang (og Crunch)
Inne i dette miniatureuniverset begynte den lyse regionen å gjøre noe bemerkelsesverdig: den utvidet og trakk seg sammen gjentatte ganger, som en liten, loopende versjon av Big Bang etterfulgt av et hypotetisk Big Crunch – scenarioet der universets utvidelse til slutt snur og alt kollapser tilbake sammen.
Fordi systemet var fullstendig isolert, kunne professor Barontini og teamet hans kun spore hva som skjedde ved å bruke informasjon fra selve systemet. De kunne ikke titte på noen ekstern laboratorieklokke. De måtte rekonstruere rekkefølgen av hendelser utelukkende fra miniuniversets indre hendelser.
Her kommer det som får tankene til å blåse: det fungerte. De kunne sette hendelser i kronologisk rekkefølge uten noen ekstern referanse.
Den virkelige hemmeligheten: Det handler om entropi
Så hva var det som holdt tiden i gang i denne lille kosmos? Svaret, ifølge forskningen, er entropi – i bunn og grunn et mål på uorden eller spredning i et system. Når atomene flyttet seg mellom den lyse og mørke regionen, endret entropien (uordenen, spredningen) seg stadig. Når fordelingen av partikler i den lyse regionen økte eller minket, beveget systemet seg effektivt framover i tid.
Og her kommer poenget: da partikkelfordelingen sluttet å endre seg, stoppet tiden selv effektivt.
Professor Barontini kaller dette «entropisk tid», og det er ikke bare en filosofisk idé – eksperimentet viste at denne formen for tid:
- Flyter i én konsekvent retning (og produserer den kjente tidspilen)
- Setter hendelser i riktig rekkefølge selv når universet sykler gjennom utvidelse og sammentrekning
- Kan akselerere eller bremse avhengig av hvordan entropien omfordeles
Tenk på det slik: i stedet for at tid er scenen der hendelser utspiller seg, blir entropi tid. Endringene i uorden ER klokkens tikking.
Hvorfor dette betyr noe (og mye)
Her er hvorfor jeg genuint er begeistret for denne forskningen. Vi har lenge visst at tid oppfører seg annerledes i kvantemekanikken enn i vår daglige opplevelse, men å teste disse ideene har vært nesten umulig fordi vi ikke akkurat kan kjøre eksperimenter på hele universet. Dette miniuniverset endrer det.
For første gang har forskere et kontrollert laboratorieoppsett der de kan teste ideer om tidens natur som tidligere var fastlåst i teoretisk spekulasjon.
Teamet viste også at den berømte Schrödinger-likningen – den grunnleggende likningen i kvantemekanikken – kan omformuleres ved å bruke dette konseptet med entropisk tid. Det betyr at forskere fortsatt kan forutsi hvordan kvantesystemer utvikler seg selv når tid defineres utelukkende av indre endringer snarere enn en ekstern klokke.
Det større bildet
La meg være ærlig med deg: en del av meg synes hele dette konseptet er både opprørende og litt skremmende. Hvis tid oppstår fra noe så tilsynelatende hverdagslig som spredningen av partikler i et system, hva betyr det for vår forståelse av virkeligheten? Er øyeblikk i tid reelle, eller er de bare nyttige illusjoner skapt av endrende entropi?
Professor Barontini selv sa det vakkert: «I hverdagen flyter tiden fra fortid til fremtid – hvorfor er det slik, når de fleste grunnleggende fysikklovene fungerer like bra framover og bakover?»
Vi har fortsatt ikke et komplett svar på det spørsmålet. Men eksperimenter som dette belyser sakte og nøye kanten av vår uvitenhet.
Hva kommer nå?
Teamet ser nå på muligheten for å utvide denne tilnærmingen til mer komplekse kvantesystemer. Til syvende og sist kan dette åpne døren for laboratorieeksperimenter som utforsker fysikken til det faktiske Big Bang, simulerte svarte hull og konkurrerende teorier om hvordan tid fungerer på tvers av hele kosmos.
Det er utrolig ambisiøst. Men det er nettopp det som gjør fysikk så vidunderlig – viljen til å stille spørsmål som virker nesten for grunnleggende til å spørre om, og deretter faktisk designe eksperimenter for å utforske dem.
For nå skal jeg sitte her og tenke på det faktum at i en liten boks i Birmingham, England, er 24 000 atomer opptatt med å skape sin egen opplevelse av tid, én entropiendring av gangen. Og på en eller annen måte får det meg til å føle meg litt mer tilknyttet mysteriet i det hele.
Hva tenker du? Føles tid mer virkelig for deg når du vet at den kanskje oppstår fra kaos, eller gjør det den enda mer illusorisk? Jeg vil gjerne høre tankene dine.
Kilde: ScienceDaily — Physicists created a tiny universe where time emerged without a clock
Astronomene har funnet nye metoder for å oppdage en av science fictionens villeste ideer: massive konstruksjoner bygget av utenomjordiske sivilisasjoner for å høste en stjernes energi. En ny studie viser hvordan disse «Dyson-sfærene» kan arte seg når vi ser på dem gjennom teleskopene våre — og hvorfor én spesiell type stjerne har blitt det mest lovende søkemålet.
Vitenskapen har oppdaget at bakterier er langt mer enn bare små biologiske maskiner. De kan lære av erfaring, huske ting som har skjedd, og til og med sende disse minnene videre til barna sine. Oppdagelsen får virkelig oss mennesker til å tvile på hvor spesielle vi egentlig er med tanke på vår angivelig unike evne til å minnes fortiden.
Astronomer har oppdaget kvasarer helt fra da universet bare var 670 millioner år gammelt. Og her kommer det virkelig spennende — disse massive kosmiske gigantene skulle rett og slett ikke eksistere så tidlig. Funnet tvinger nå forskerne til å revurdere alt de trodde de visste om hvordan svarte hull vokser.
Harvard-ingeniører har funnet ut hvordan de kan ta samme siliciumbrikke-teknologi som du har i den bærbare PC-en din, og gjøre den om til en DNA-skrive-maskin. Det er et gjennombrudd som kan endre alt fra medisinsk diagnostikk til måten vi lagrer data på for godt.
Forskere har nettopp oppnådd noe helt utrolig – de har klart å filme levende hav-innerdinger i sitt naturlige dypvannsmiljø for første gang noensinne, og ærlig talt ser skapningen ut som den hører hjemme i en sci-fi-film. Denne oppdagelsen handler ikke bare om å utvide kunnskapen vår om disse «levende fossilene» – den kan faktisk snu opp ned på hvordan vi beskytter dem.
Tenk deg en planet der den ene siden er en brennhett ødemark, mens den andre er frosset så hard at selv Antarktis virker som en strandferie. Høres det ut som science fiction? Men her kommer det utrolige: Forskere tror nå at dette ekstreme miljøet faktisk kan være levelig for liv. La meg forklare.
Hva om du kunne bestemme nøyaktig hvor varmen skal, og holde den der – selv etter at strømmen er slått av? Det er akkurat hva forskere ved Osaka Metropolitan University har oppnådd. Ved hjelp av et nytt programmerbart materiale som kan styre termisk stråling på kommando.
Forskere har gjort et virkelig merkelig funn på en liten svensk øy —狼remainser som rett og slett ikke skulle vært der. Men her blir det ekstra interessant: Dette var ikke ville ulver på fri fot. Funnene tyder på at urgamle mennesker hadde dem rundt seg, ga dem fisk og sel, og kanskje til og med styrte dem på måter vi aldri har forestilt oss. Dette funnet får nå forskerne til å tvile på én av menneskehetens eldste historier: hvordan vi først ble venner med ulven.
Astronomene har gjort noe fantastisk. De fikk med seg fødselen til en magnetar i sann tid. Denne kosmiske detektivhistorien løste ikke bare en 20 år gammel gåte om supersterke supernovaer. Den ga oss også bevis for at Einsteins relativitetsteori stemmer på måter vi aldri hadde forventet.
Tenk deg at du bodde i en neolittisk by der forfedrene dine ikke bare bygde murer og porter for å beskytte seg. Nei, de bygde et helt skjult motorveissystem rett under føttene dine. Akkurat dette har arkeologer funnet i nordlige Kina. Funnet får nå alle i fagfeltet til å tenke helt nytt om hva gamle sivilisasjoner faktisch klarte.
Forskere har oppdaget kvantevrengning i en krystall du kan holde i hånden. Det utfordrer alt vi trodde vi visste om hvor kvantemerkeligheter kan eksistere.
Funnet kan endelig forklare hvorfor mystiske «strange metaller» oppfører seg så rart. Og alt handler om maur.