しばしば誤ってアルバート・アインシュタインのものとされるが、実際には SF 作家レイ・カミングスの言葉である「すべてが一度に起こるのを止めるのは時間である」は、今でも宇宙の最も基本的な性質の 1 つを最も簡潔に要約したものであると考えられています。ニュートンにとって、時間は物質世界の外では一様に経過します。一方、アインシュタインの相対性理論は、時間は空間から切り離すことができず、加速度や重力の作用によって膨張したり収縮したりすることを示しています。これら 2 つの理論の後でも、重要な疑問は未解決のままです。すべてが同時に起こることを妨げているものは何ですか?
この目的を達成するために、英国のバーミンガム大学の物理学者であるジョバンニ・バロンティーニは、時間がどのようにして「誕生」するかを観察するために、「出発点に戻り」、実験室にまったく新しい微宇宙を「作成」することを選択しました。もちろん、彼が構築した宇宙は、私たちが住んでいる宇宙よりもはるかに単純で、わずか約 24,000 個のルビジウム原子で構成されています。原子は絶対零度に近い極低温まで冷却され、強制的に同じ量子状態を共有し、ボース・アインシュタイン凝縮として知られるものを形成しました。その後、この凝縮物質は人工的に 2 つの部分に分割されました。1 つの部分は機器によって直接測定でき、もう 1 つの部分は「暗い」ままで外部観察から隔離されました。
このシステムでは、研究チームは「孤立した宇宙」が膨張のような進化を遂げることを可能にし、同時に量子波が2つの「亜宇宙」の間を行き来できるようにした。このプロセスを通じて、バロンティーニは、物議を醸すが魅力的な理論的枠組みをテストするために、実際の宇宙に十分類似した実験モデルを入手しました。このモデルは、物理学におけるいわゆる「ウィーラー・デウィットのフレームワーク」に対応しており、一般相対性理論と量子力学を数学的に統合しようとし、物質と空間だけでなく時間自体も含め、あらゆるものを全体的な波動関数の一部として扱います。
伝統的な経験では、私たちは時間を外部の「時計」として扱い、あたかも宇宙のすべての出来事がこの時計のスケールで起こるように並んでいるかのように扱うことに慣れています。バロンティーニの実験は、別の視点を提供します。時間は、外部時計がなくても、閉じたシステム内の変化によって完全に定義できるということです。バーミンガム大学が発表したメモの中で、同氏は、この研究が、「時間」が外部で時を刻んでいると想像される独立した量としてではなく、システムの内部状態の変化の産物として理解できることを対照実験で実証した最初の研究であると述べた。この視点は、量子重力理論における時間の性質についての新たな証拠を提供し、場合によっては、システムの進化を説明するために「内部時間」を使用することが、従来の「外部時間」と同じくらい有効である可能性があることを示唆しています。
ウィーラー・デウィットの枠組みの下では、「前」と「後」はもはや絶対的な時間ラベルではなく、システム内の無秩序の程度の進化から自然に現れる属性です。この実験では、エントロピーとして知られるこの無秩序は、宇宙が膨張するにつれて量子情報が徐々に「失われる」ことを数学的に説明したものとして見ることができます。膨張と収縮に伴う冷たいルビジウム原子のこの「ミニ宇宙」の特性を繰り返し測定することで、バロンティーニは、これらの変化に対する秩序ある「一連の出来事」を確立することができました。このシーケンスは、私たちの直観における「時間」と同様の方向を示しています。つまり、時間はエントロピーの増加方向に沿って一方向に流れ、エントロピーの変化率に応じて「速く」または「遅く」なります。
現在の宇宙論モデルには、巨視的な重力と微視的な量子の世界との関係を記述する上で依然として深刻な欠陥があり、ブラックホール内部の真のメカニズムやビッグバンの最初の瞬間の詳細についてはほとんど理解できていない。バロンティーニ氏のチームが構築した「ミニチュア宇宙」は、研究者に前例のない実験プラットフォームを提供し、制御された環境における量子重力フレームワークにおける「時間」の挙動を直接調査できるようにする。このようなミニ宇宙の実験により、なぜ膨張する宇宙で時間が単一の方向に現れるのか、そしてなぜ「すべてはすでに起こっている」と心配する必要がないのかが徐々に明らかになることが期待されています。
関連する結果は、バーミンガム大学が主な出版機関であるジャーナル「Physical Review Research」に掲載されており、研究内容は独立した科学編集者によって事実確認も行われています。この研究は、時間の性質に関する哲学的議論に実験的な裏付けを提供するだけでなく、将来の統一量子重力理論の構築、宇宙の起源と極端な天体物理現象の理解のための新しい考え方を提供します。
もっと詳しく知る：
https://www.birmingham.ac.uk/news/2026/scientist-creates-miniuniverse-to-measure-time-without-a- Clock
https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/1h9j-df4k