Các nhà khoa học tạo 'vũ trụ mini' để nghiên cứu bản chất của thời gian

Các nhà khoa học tại Đại học Birmingham (Anh) vừa tạo ra một "vũ trụ mini" trong phòng thí nghiệm bằng 24.000 nguyên tử siêu lạnh. Mô hình này được dùng để kiểm tra những giả thuyết về thời gian, entropy và lực hấp dẫn lượng tử.

Nghiên cứu được công bố trên chuyên san Physical Review Research, mở ra một cách mới để thử nghiệm những ý tưởng vốn trước đây chủ yếu tồn tại trong lý thuyết.

'Vũ trụ mini' được tạo ra như thế nào?

Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Giovanni Barontini dẫn đầu đã sử dụng một đám mây gồm 24.000 nguyên tử siêu lạnh và cô lập chúng trong một hệ lượng tử.

Sau đó, các nhà khoa học dùng hai chùm tia laser để tạo ra một rào chắn mỏng, chia hệ này thành hai phần. Một vùng được quan sát trực tiếp, gọi là "vùng sáng". Vùng còn lại được che khỏi tầm quan sát, gọi là "vùng tối".

Trong mô hình đơn giản hóa này, vùng sáng liên tục giãn nở rồi co lại, mô phỏng chu kỳ giống như một vụ nổ lớn và một vụ co lớn trong vũ trụ.

Điểm đặc biệt là toàn bộ hệ thống được cô lập với môi trường bên ngoài. Vì vậy, các nhà khoa học có thể theo dõi trật tự các sự kiện chỉ dựa vào những thay đổi xảy ra bên trong mô hình, thay vì cần một chiếc đồng hồ bên ngoài.

Thời gian có thể đến từ sự thay đổi bên trong vật chất?

Thí nghiệm này được dùng để kiểm tra một ý tưởng gọi là “thời gian entropy”.

Theo cách hiểu đơn giản, entropy thường được liên hệ với mức độ hỗn loạn hoặc phân tán của một hệ. Ý tưởng "thời gian entropy" cho rằng cảm nhận về dòng chảy thời gian có thể xuất phát từ sự thay đổi của entropy, thay vì thời gian là một yếu tố độc lập có sẵn trong cấu trúc vũ trụ.

Trong "vũ trụ mini", các nguyên tử di chuyển giữa vùng sáng và vùng tối. Quá trình này làm thay đổi cách vật chất được phân bố trong hệ.

Khi sự phân bố vật chất tiếp tục thay đổi, hệ thống có thể được xem là đang "tiến về phía trước" theo thời gian. Khi mọi thay đổi dừng lại, khái niệm thời gian bên trong mô hình cũng dừng lại.

Kết quả cho thấy phiên bản thời gian hình thành bên trong mô hình vẫn duy trì một chiều nhất quán. Nó có thể sắp xếp đúng thứ tự các sự kiện, kể cả khi hệ thống lặp lại các chu kỳ giãn nở và co lại.

Điều này giúp các nhà khoa học có thêm một công cụ để kiểm tra các giả thuyết khó chứng minh trong vũ trụ thật.

Vì sao phát hiện này đáng chú ý?

Các câu hỏi về thời gian, nguồn gốc vũ trụ và lực hấp dẫn lượng tử từ lâu là những vấn đề lớn của vật lý hiện đại.

Việc tạo ra một mô hình "vũ trụ mini" trong phòng thí nghiệm giúp các nhà khoa học quan sát trực tiếp một số hiện tượng tương tự vũ trụ học, nhưng trong điều kiện có thể kiểm soát.

Theo nhóm nghiên cứu, mô hình này có thể hỗ trợ việc tìm hiểu lực hấp dẫn lượng tử, bản chất của thời gian và những giai đoạn đầu của vũ trụ.

Dù chưa thể trả lời trọn vẹn câu hỏi "thời gian là gì", thí nghiệm này cho thấy các nhà khoa học đang tiến gần hơn đến việc kiểm tra những giả thuyết sâu xa về cách vũ trụ vận hành.