Čas možná není základní vlastnost vesmíru. Experiment s atomy na téměř absolutní nule ukazuje, že ho vytváří entropie

Fyzik z Birminghamu vytvořil z 24 000 atomů rubidia uzavřený „minivesmír“ a ukázal, že pořadí dějů v něm dokáže určit samotný tok entropie, bez jakýchkoli vnějších hodin.

Foto: Needpix

Představte si vesmír, ve kterém žádné hodiny netikají. Žádný vnější čas neběží. A přesto se věci dějí, v pořadí, které lze změřit. Přesně takový systém sestavil Giovanni Barontini z University of Birmingham a výsledky publikoval v červnu 2026 v časopise Physical Review Research. Nevyvrátil čas, jak ho známe z budíku na nočním stolku. Udělal něco subtilnějšího: vzal jeden z nejabstraktnějších problémů teoretické fyziky, otázku, zda je čas v uzavřeném vesmíru vůbec základní veličinou, a poprvé ho přenesl z tabule do laboratoře.

Problém, který fyziky trápí šedesát let

V roce 1967 formuloval americký fyzik Bryce DeWitt rovnici, která měla popsat kvantový stav celého vesmíru. Jenže v ní chybělo něco zásadního: čas. Takzvaná Wheelerova–DeWittova rovnice říká, že stav uzavřeného vesmíru splňuje podmínku Ĥ Ψ = 0. Žádný parametr t, žádné tikání. Dění se musí seřadit „zevnitř“, z toho, jak spolu jednotlivé části systému interagují.

Pro fyziky to znamená nepříjemnou otázku: pokud nejhlubší popis reality čas neobsahuje, odkud se bere ten čas, který měříme? Desítky let zůstávala tahle debata čistě teoretická. Rovnice na papíře, žádná data.

Minivesmír v magnetické pasti

Barontini postavil experiment elegantně jednoduše. Vzal oblak přibližně 24 000 atomů rubidia-87, ochladil je na teplotu blízkou absolutní nule a vytvořil Boseho–Einsteinův kondenzát, stav, kdy se tisíce atomů chovají jako jediná kvantová vlna. Kondenzát uzavřel do konzervativní magnetické pasti a tenkou laserovou bariérou o šířce asi 8 mikrometrů ho rozdělil na dvě části.

Jednu nazval „jasný sektor“, tu pozoroval. Druhou „temný sektor“, ta zůstala skrytá, jako zbytek vesmíru, do kterého nevidíme. Celý systém byl efektivně uzavřený: žádná energie dovnitř, žádná ven. Kondenzát osciloval v pasti a každé dvě milisekundy ho Barontini vyfotil absorpčním snímkem. Měření trvalo 120 milisekund.

Klíčový trik spočíval v bariéře. Změnou její výšky Barontini řídil, kolik entropie proudí mezi oběma sektory. Nízká bariéra znamenala volnou výměnu. Vysoká bariéra ji téměř zastavila.

Co ukázala data

Z měřené hrubozrnné entropie jasného sektoru Barontini zkonstruoval vnitřní časový parametr, entropický čas τ. Nešlo o žádnou vnější stopku. Šlo o veličinu odvozenou čistě z toho, jak se mění neuspořádanost uvnitř pozorované části systému.

Výsledky byly pozoruhodně čisté:

• Dokud mezi sektory proudila entropie, entropický čas běžel monotónně dopředu a spolehlivě řadil události.
• Čím intenzivnější byla výměna, tím rychleji τ plynul.
• Když Barontini bariéru zvýšil natolik, že výměna ustala, entropický čas se zastavil. Jasný sektor zamířil ke stacionárnímu stavu, který autor označuje jako „tepelnou smrt“ svého minivesmíru.
• Celková entropie celého systému přitom zůstávala v rámci chyb konstantní. Nerostla. Čas nevznikal z celkového nárůstu neuspořádanosti, ale z jejího toku mezi částmi.

Z entropického času se navíc podařilo odvodit efektivní Schrödingerovu rovnici, která reprodukovala naměřenou dynamiku jasného sektoru. Vnitřní hodiny fungovaly.

Analogie, která má své hranice

Důležité je říct, co experiment není. Není to zmenšený vesmír v krabici. Dvacet čtyři tisíc atomů rubidia nemá galaxie, temnou energii ani zakřivený prostoročas. Analogie stojí na strukturální podobnosti: redukované proměnné jasného sektoru se matematicky podobají takzvaným minisuperspace modelům v kosmologii. Barontini sám upozorňuje na rozdíly, například jinou signaturu kinetického členu oproti kanonické Wheelerově–DeWittově rovnici.

Studie také neříká, že čas je iluze. Říká něco užšího: v uzavřeném kvantovém systému může roli vnějšího času převzít vnitřní vztah mezi stupni volnosti a tokem entropie. Pro běžný svět se nic nemění, makroskopický čas funguje dál jako spolehlivý efektivní popis. Jen jeho fundament může být jiný, než jsme předpokládali.

Česko v gravitační debatě

Do Barontiniho experimentu se české pracoviště přímo nezapojilo, studii publikoval jako jediný autor. Téma kvantové gravitace a problému času ale v Česku rezonuje. CEICO při Fyzikálním ústavu Akademie věd má vlastní gravitační skupinu, kde se výzkumník Joris Raeymaekers výslovně věnuje kvantové gravitaci. Oddělení teoretické fyziky ÚJF AV ČR uvádí mezi svými tématy přímo „nestacionární rovnice Wheeler-DeWittova typu a jejich interpretace“. A v roce 2026 CEICO společně s Matematicko-fyzikální fakultou UK pořádá mezinárodní školu GRAVITY@PRAGUE zaměřenou na teoretickou gravitaci.

České prostředí tedy má odborné zázemí, aby Barontiniho výsledky vyhodnotilo a případně na ně navázalo.

Co bude dál

Barontini ve studii navrhuje celou řadu směrů: porovnat různé volby vnitřních hodin, testovat, zda se systém u singularity zhroutí, nebo „odrazí“ kvantovým odrazem, vytvořit analogové černé díry v jasném sektoru, zkusit Vilenkinovo tunelování mezi sektory. Nejde o oznámený harmonogram, jde o mapu možností, kterou platforma otevírá.

Skutečný průlom téhle práce neleží v odpovědi na otázku, zda čas existuje. Leží v tom, že otázka, která šedesát let žila jen v rovnicích, má teď laboratorní stůl, na kterém se dá testovat.