Fysiker i Finland har skapat ett kvantmaterial som hittills bara fanns på pappret – i över tio år. Det som gör upptäckten så spännande är att "topologiska" material en dag kan bli grunden för morgondagens datorer. Och det här materialet verkar faktiskt fungera i rumstemperatur.

Fysiker vid Heidenbergs universitet har löst ett kvantfysiskt mysterium som forskare slitit med i decennier. De visar att två till synes motsatta teorier om elementarpartiklar egentligen är delar av samma helhet. Deras arbete kretsar kring något som låter motsägelsefullt: en partikel så tung att den knappt borde röra sig, men som ändå skapar vågor genom kvantrymden – något som förbryllat forskare i mer än femtio år.

I över 400 år har sjöfarare sett något magiskt på öppna havet – en enorm fläck av vatten som lyser i en eterisk vit färg, som om någon slagit på ett kosmiskt nattljus under vågorna. Trots århundraden av observationer och modern satellitteknik kan forskare fortfarande inte helt förklara varför detta händer. Och ärligt talat? Det är precis den sortens mysterium som gör våra hav så oändligt fascinerande.

En fysiker har skapat en miniatyrvärld i laboratoriet där tiden inte tickar från en yttre klocka utan istället uppstår naturligt från systemet självt – och den hemliga ingrediensen kan vara kaos, eller mer specifikt: entropi.

Har du någonsin tittat på stjärnorna och undrat: vad är tid egentligen? Jag menar inte vilken dag det är eller hur långt det är till nästa semester. Jag menar tidens faktiska, grundläggande natur. Vad om jag sa att några av de smartaste personerna på planeten tror att tiden kanske inte är en inbyggd funktion i universum överhuvudtaget?

Det är exakt vad en fysiker vid University of Birmingham har utforskat, och hans senaste experiment är fascinerande. Han skapade i princip en liten, förseglad värld i sitt labb och frågade: kan vi spåra tid här utan att någonsin titta på en klocka? Varning: svaret verkar vara ja – men inte av de skäl du kanske förväntar dig.

Problemet med den klocklösa världen

Något som får mig att vrida hjärnan varje gång jag tänker på det: de flesta av fysikens grundlagar bryr sig egentligen inte om tidens riktning. Kör dem framåt, kör dem bakåt – ekvationerna fungerar på samma sätt. Men i verkligheten upplever vi tydligt att tiden flödar i en riktning. Vi åldras. Ägg spricker men spricker inte ihop igen. Varm kaffe svalnar men blir aldrig varmare av sig självt.

Denna disconnect mellan den fysik vi använder för att beskriva verkligheten och vår faktiska upplevda erfarenhet kallas "tidspilproblemet", och det har bekymrat fysiker i över ett sekel.

Nu blir det riktigt konstigt. Några av de mest ambitiösa teorierna inom fysiken – inklusive försök att kombinera kvantmekanik med allmän relativitetsteori (det vi kallar "kvantgravitation") – antyder att universum självt kanske inte har en inbyggd klocka. Den berömda Wheeler-DeWitt-ekvationen beskriver i grunden hela kosmos som ett fruset kvanttillstånd, utan någon extern tidsmätare.

Så om det inte finns någon kosmisk klocka som tickar i bakgrunden, var kommer då vårt välbekanta tidsflöde ifrån?

Att bygga ett universum i en låda

Det är exakt vad professor Giovanni Barontini satte sig för att undersöka med ett experiment som är lika briljant som surrealistiskt. Han skapade vad han kallar ett "miniuniversum" med 24 000 ultrakalla atomer – atomer nedkylda till temperaturer så nära den absoluta nollpunkten att de börjar bete sig på sätt som verkar omöjliga i vår vardagliga värld.

Dessa atomer förseglades i en isolerad behållare och delades in i två regioner av en barriär skapad med laserstrålar. En region kallade han "den ljusa" (där mätningar sker), och den andra "den mörka" (som förblir oobserverad). Hela uppställningen var helt avskärmad från omvärlden – inga externa klockor, ingen störning, bara denna lilla ficka av kvantunder i ett labb.

Och sedan hände något vackert.

Att bevittna en mini Big Bang (och Crunch)

Inne i detta miniatyruniversum började den ljusa regionen göra något remarkabelt: den expanderade och kontraherade upprepade gånger, som en liten, loopande version av Big Bang följt av en hypotetisk Big Crunch – scenariot där universums expansion så småningom vänder och allt kollapsar tillbaka igen.

Eftersom systemet var helt isolerat kunde professor Barontini och hans team bara spåra vad som hände med information från systemets insida. De kunde inte kika på någon extern laboratorieklocka. De var tvungna att rekonstruera händelseförloppet rent från miniuniversums interna skeenden.

Här kommer det hjärnblödande: det fungerade. De kunde framgångsrikt ordna händelser i tiden utan någon extern referens.

Den riktiga hemligheten: allt handlar om entropi

Så vad höll tiden igång i denna lilla kosmos? Svaret, enligt forskningen, är entropi – i grunden ett mått på oordning eller spridning i ett system. När atomerna rörde sig mellan de ljusa och mörka regionerna förändrades entropin (oordningen, spridningen) hela tiden. När fördelningen av partiklar i den ljusa regionen ökade eller minskade, rörde sig systemet effektivt framåt i tiden.

Och här kommer poängen: när partikelfördelningen slutade förändras, stannade tiden själv effektivt av. Professor Barontini kallar detta "entropisk tid", och det är inte bara en filosofisk idé – experimentet visade att denna form av tid:

• Flödar i en konsekvent riktning (och skapar därmed den välbekanta tidspilen)
• Ordnar händelser korrekt även när universum cyklar genom expansion och kontraktion
• Kan accelerera eller sakta ner beroende på hur entropin omfördelas

Tänk på det så här: istället för att tiden är scenen där händelser utspelar sig, blir entropin tid. Förändringarna i oordning ÄR klockans tickande.

Varför detta spelar roll (mycket)

Här är varför jag genuint är exalterad över denna forskning. Vi har länge vetat att tid beter sig annorlunda i kvantmekaniken än i vår vardagliga upplevelse, men att testa dessa idéer har varit nästan omöjligt eftersom vi inte direkt kan köra experiment på hela universum. Detta miniuniversum ändrar det.

För första gången har forskare en kontrollerad laboratoriemiljö där de kan testa idéer om tidens natur som tidigare fastnat i teoretisk spekulation.

Teamet visade också att den berömda Schrödingerekvationen – kvantmekanikens grundläggande ekvation – kan omformuleras med detta entropiska tidsbegrepp. Det betyder att forskare fortfarande kan förutsäga hur kvantsystem utvecklas även när tiden definieras rent genom interna förändringar snarare än en extern klocka.

Den större bilden

Låt mig vara ärlig med dig: en del av mig tycker hela konceptet är både upphetsande och lite skrämmande. Om tid uppstår från något så till synes vardagligt som partiklars spridning i ett system, vad betyder det för vår förståelse av verkligheten? Är ögonblick i tiden verkliga, eller är de bara användbara illusioner skapade av förändringar i entropi?

Professor Barontini själv uttryckte det vackert: "I vardagen flödar tiden från dåtid till framtid – varför är det så, när de flesta grundläggande fysiklagar fungerar likadant framåt och bakåt?"

Vi har fortfarande inget fullständigt svar på den frågan. Men experiment som detta belyser långsamt, noggrant kanterna av vår okunskap.

Vad händer härnäst?

Teamet tittar nu på att utöka detta tillvägagångssätt till mer komplexa kvantsystem. Så småningom kan detta öppna dörren till laboratorieexperiment som utforskar fysiken bakom den verkliga Big Bang, simulerade svarta hål och konkurrerande teorier om hur tid fungerar över hela kosmos.

Det är otroligt ambitiösa grejer. Men det är det som gör fysiken så underbar – viljan att ställa frågor som verkar nästan för grundläggande för att ställa, och sedan faktiskt designa experiment för att undersöka dem.

För nu ska jag sitta här och fundera över det faktum att i en liten låda i Birmingham, England, är 24 000 atomer upptagna med att skapa sin egen känsla av tid, en entropiförändring i taget. Och på något sätt får det mig att känna mig lite mer kopplad till mysteriet.

Vad tycker du? Känns tiden mer verklig för dig när du vet att den kanske uppstår från kaos, eller gör det den ännu mer overklig? Jag skulle gärna höra dina tankar.

Astronomer har utvecklat nya sätt att jaga en av science fictions vildaste idéer: massiva konstruktioner byggda av utomjordiska civilisationer för att utvinna en stjärnas energi. En ny studie visar hur dessa så kallade Dyson-sfärer kan tänkas se ut genom våra teleskop – och varför en viss typ av stjärna har blivit det mest lovande målet.

Forskare har upptäckt att bakterier inte bara är små biologiska maskiner – de kan faktiskt lära sig av erfarenheter, minnas det som har hänt och till och med föra de minnena vidare till sina avkommor. En upptäckt som får oss människor att känna oss lite mindre unika med vår påstått exklusiva förmåga att bära på det förflutna.

Astronomer har upptäckt kvasarer från när universum bara var omkring 670 miljoner år gammalt. Det vilda är att dessa kosmiska jättar inte borde finnas så tidigt. Upptäckten tvingar nu forskare att omvärdera allt de trodde sig veta om hur svarta hål växer.

Forskare på Harvard har lyckats omvandla samma kiselchipteknik som finns i din laptop till en maskin som kan skriva DNA. Det är ett genombrott som kan förändra allt – från sjukvårdens diagnostik till hur vi lagrar data för all framtid.

Forskare har gjort något helt otroligt – för första gången någonsin har de lyckats filma levande nasrävar i deras naturliga djuphavsmiljö. Och ärligt talat ser varelsen ut som något direkt ur en sci-fi-film. Den här upptäckten handlar inte bara om att fylla på kunskapen om dessa "levande fossil" – den kan faktiskt förändra hur vi arbetar med att skydda dem.

Föreställ dig en planet där den ena sidan är en brännhet öken och den andra är så djupfryst att Antarktis känns som ett strandparadis. Låter det som science fiction? Men här kommer det galna: forskare tror faktiskt att detta extrema klot kan vara beboeligt för liv. Låt mig förklara.

Tänk om du kunde styra värme precis dit du vill och få den att stanna kvar – även efter att du stängt av strömmen? Det är precis vad forskare vid Osaka Metropolitan University har åstadkommit med ett nytt programmerbart material som kan styra termisk strålning på kommando.

Forskare har hittat något riktigt fascinerande på en liten svensk ö — varglämningar som inte borde finnas där. Men det blir ännu mer spännande: det här var inga vilda vargar som gick lösa. Tydligen höll forntida människor dem som sällskap, matade dem med fisk och säl, och kanske skötte dem på sätt vi aldrig tidigare kunnat föreställa oss. Upptäckten får nu forskarna att ifrågasätta en av mänsklighetens äldsta berättelser: hur vi först blev vänner med vargen.

Astronomer har gjort något extraordinärt – de bevittnade hur en magnetar föddes i realtid. Den här kosmiska detektivhistorien löste inte bara ett tjugo år gammalt mysterium om superlysa supernovor. Den gav oss också bevis för att Einsteins relativitetsteori fungerar på sätt vi aldrig hade förutsett.