研究显示，时间能够自然涌现，无需外部测量。

使用“熵时间”表述的“亮区”密度分布。Giovanni Barontini

来自伯明翰大学的科学家Giovanni Barontini近日在实验室里构建了一个“小宇宙”，并试图通过这种方法，来解答宇宙间最大的谜团之一——什么是时间。

研究结果显示，时间能够从实验中自然涌现，而无需借助外部时钟的测量。

某些物理学理论，比如Wheeler-DeWitt方程认为，在最深的层面上，时间并非一种基本物理量。它们将宇宙视为一个没有外部时钟的整体，所谓的时间是在宏观近似下，从其内部各部分的关系中涌现出来的。

研究人员使用24000个原子，制造了一个超冷云团。这些原子的温度几乎等同于绝对零度，它们构成了一个封闭的量子系统，可以用来模拟简化版的“宇宙”。

这些原子被一个由两条激光束构成的屏障俘获并分割成了两部分：一部分是可观测的“亮区”，另一部分是不可观测的“暗区”。原子能够在“亮区”和“暗区”之间移动，但整个系统与外部世界是隔绝的。

“亮区”会不断地膨胀和收缩，如同宇宙大爆炸和大挤压——大挤压是一种假想状态，它认为宇宙的膨胀最终会发生逆转。

实验结果显示，时间可能是从量子系统内部的变化中涌现的，而并非某种独立在外的东西。它们从原子在系统内的无序或扩散状态（熵）中涌现，是原子的行为方式。实验中，事件序列可以在“小宇宙”内自行重建，而无需外部时钟测量的介入。

研究人员发现，当“亮区”中的粒子分布随着原子的进出而增减时，整个系统便开始“在时间中推进”。而当这些粒子的分布不再发生变化，时间实际上就停止了。

Barontini称这种时间为“熵时间（entropic time）”。

“熵时间”有三个特点。其一为有一致的方向，呈现出清晰的“时间之箭（arrow of time）”；其二是在像“小宇宙”这样反复扩张收缩的系统内，能够正确地将事件进行排序；其三是能够随熵的流动而加减速。

研究人员表示，在某些理论，尤其是量子引力论中，时间并非宇宙的固有特性。在日常生活中，时间始终从过去流向未来。但在大多数基础物理学定律中，时间的方向并不被在意。

此次研究首次提供了受控实验证据，表明“时间”可由系统内部的变化来定义，而不需要外部时钟的测量。它为量子引力论中的时间本质提供了新见解，也能和传统的时间概念一样有效地解释动力学现象。

研究显示，量子力学中用以描述量子系统状态，即波函数如何随时间而演化的“薛定锷方程”，可以用“熵时间”进行表述。

实验也解答了一个长期存在的问题，即在某些理论中，没有内置的时钟，那么在没有外部计时的情况下，该如何区分“先”和“后”？

参考

Testing the problem of time with cold atoms

https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/1h9j-df4k