常被错误归因于阿尔伯特·爱因斯坦的一句名言，其实出自科幻作家雷·卡明斯——“时间就是阻止一切事情同时发生的东西”——至今仍被视为对宇宙最基本特性之一最简洁的概括。对于牛顿而言，时间在物质世界之外均匀流逝；而爱因斯坦的相对论则显示，时间与空间密不可分，会在加速度和引力的作用下伸缩改变。在这两大理论之后，一个关键问题依然悬而未决：究竟是什么让“所有事情不会在同一时刻发生”？
为此，英国伯明翰大学物理学家乔瓦尼·巴龙蒂尼（Giovanni Barontini）选择“回到起点”，在实验室里“造”出一个全新的微型宇宙，从零开始观察时间是如何“诞生”的。他构建的宇宙当然远比我们身处的这个简单得多，只由约2.4万个铷原子组成。这些原子被冷却到接近绝对零度的极低温度，被迫共享同一个量子态，形成所谓的玻色–爱因斯坦凝聚态。随后，这一凝聚态被人为分成两个部分：一部分可以被仪器直接测量，另一部分则保持“黑暗”，对外界观测保持隔离。
在这一体系中，研究团队让这个“孤立宇宙”发生类似膨胀的演化，同时让量子波在两个“子宇宙”之间来回穿梭。通过这一过程，巴龙蒂尼获得了一个足以类比真实宇宙的实验模型，用来检验一个颇具争议却极具吸引力的理论框架。这个模型对应的是物理学中所谓的“惠勒–德威特框架”，它试图在数学上统一广义相对论与量子力学，把万事万物都视为整体波函数的一部分——其中不仅包括物质和空间，也包括时间本身。
在传统经验中，我们习惯把时间视为一个外在的“钟表”，仿佛宇宙中所有事件都在这只钟表的刻度上排队发生。而巴龙蒂尼的实验提供了另一种视角：时间可以完全由一个封闭系统内部的变化来定义，不需要任何外在的时钟。他在伯明翰大学发布的说明中指出，这项研究首次在受控实验中证明，“时间”可以被理解为系统内部状态变化的产物，而不是我们想象中在外部滴答作响的独立量。这种视角为量子引力理论中时间的性质提供了新的证据，表明在某些情形下，用“内部时间”来描述系统演化，可能与传统“外部时间”一样有效。
在惠勒–德威特框架下，“之前”和“之后”不再是绝对的时间标签，而是从系统内部无序程度的演变中自然涌现的属性。在这次实验中，这种无序——即熵——可以看作是宇宙膨胀过程中量子信息逐渐“丢失”的数学描述。通过反复测量这团由冷铷原子构成的“迷你宇宙”在扩张和收缩过程中的特征，巴龙蒂尼得以为这些变化建立起一条有序的“事件序列”。这条序列呈现出类似我们直觉中“时间”的方向：沿着熵增的方向单向流动，并会随着熵变化的速率而“变快”或“变慢”。
当前的宇宙学模型在描述宏观引力与微观量子世界之间的关系时仍然存在严重缺口，这让我们对黑洞内部的真实机制、以及大爆炸最初瞬间的细节几乎一无所知。巴龙蒂尼团队搭建的这种“微型宇宙”为研究者提供了一个前所未有的实验平台，使他们能在可控环境下直接探究“时间”在量子引力框架中的行为。类似的迷你宇宙实验有望逐步揭示，在一个膨胀的宇宙中，时间为何会呈现出单一方向，以及我们为什么没有理由担心“所有事情早就已经全部发生完了”。
相关成果已发表在《Physical Review Research》期刊上，由伯明翰大学作为主要发布单位，研究内容也经过独立科学编辑的事实核查。这项工作不仅为关于时间本质的哲学争论提供了实验支撑，也为未来构建统一的量子引力理论、理解宇宙起源和极端天体物理现象，提供了一条全新的思路。
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https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/1h9j-df4k