为了探索时间，科学家制造了一个微型宇宙，结果真的看到时间起源

我们每天跟着时钟生活，默认时间是宇宙自带的、均匀流逝的外部标尺。

但在量子引力领域，这却是悬而未决的核心难题：描述宇宙整体的基础方程里，根本没有“时间”这个参数。

最近，英国伯明翰大学的物理学家乔瓦尼·巴隆蒂尼，用一团接近绝对零度的原子，在实验室搭建出一个微型封闭宇宙，首次通过可控定量实验验证：在封闭量子系统中，时间可以不从外部引入，而是从系统内部的物质变化中自发形成。

该研究于2026年6月11日发表在《物理评论研究》上。

半个多世纪以来，量子引力的“时间问题”始终困扰着物理学家。

惠勒-德威特方程指出：如果把整个宇宙看作完全封闭的量子系统，它的总能量始终守恒，整体量子态不会随任何外部时间参数发生变化，也就是，宇宙在其最深层次上没有内在的时间，而是以单一的、不变的量子态存在，它将宇宙视为一个整体，不存在外部时钟。

除此之外，时间为何有方向？

几乎所有基础物理定律都不分过去未来，只有热力学第二定律给出了唯一的不对称性：孤立系统的无序程度（熵）只会自发增大。

很多理论猜想认为时间的箭头就来自熵的增长，可整个宇宙的精细熵是守恒的，熵又怎么会单向增长？

主流的理论解法是关系性时间：不用寻找外部时钟，只要把宇宙拆成两部分，用其中一部分的变化衡量另一部分的演化，就能定义出内部时间；两个部分之间可以交换熵，其中一部分的熵增长就构成了时间的箭头。

这套逻辑自洽的猜想，过去始终停留在数学推导层面，无法用实验直接检验。

近些年快速发展的超冷原子技术，给了物理学家把宇宙学猜想搬进实验室的机会。

把原子冷却到接近绝对零度的超低温，原子会形成步调一致的玻色-爱因斯坦凝聚态，研究者可以用激光精准操控它们的运动与相互作用，模拟黑洞辐射、宇宙膨胀等原本只存在于天文观测和理论中的现象。

这一次，研究者就用这套平台，打造了检验时间本质的“迷你宇宙”。

实验核心是一团包含2.4万个铷原子的超冷凝聚体，被两束不同频率的交叉激光构成的保守势阱约束，百毫秒的实验时长内没有可测量的耗散与粒子损失，完全可以看作独立的封闭小宇宙。

研究者用一道厚度仅8微米的超薄光屏障，把原子分成两个区域：一边是可观测的明亮区，另一边是不做观测的黑暗区。

屏障高度可以灵活调节，控制原子在两区之间穿梭的难度，也就控制了两区之间的熵交换强度。

如果直接用原子团的整体位置当作内部时钟，会遇到致命问题：原子团在势阱里沿水平方向来回振荡，反复穿过中央屏障，同一个位置既可能对应原子刚进入明亮区的膨胀阶段，也可能对应原子准备返回黑暗区的收缩阶段，完全没法区分先后顺序，自然做不到单向的时间排序。

这和理论宇宙学中坍缩宇宙里时间箭头会反转的难题完全对应。

研究者跳出了这个局限，用明亮区的熵变化定义了全新的熵时间：只要有原子穿过屏障进出明亮区，区域内的熵就会随之变化；沿着熵的变化方向累积计量，就能得到单向推进的时间标尺。

这套定义从根源上保证了时间箭头的稳定性，不会因为原子团的往复运动就发生反转。

实验观测验证了这个思路的可行性。

当屏障高度很低时，原子可以自由穿梭，明亮区会反复经历从无到有膨胀、再收缩消失的循环，就像一次次微型的大爆炸与大坍缩。

用熵时间给所有事件排序，顺序和实验室外部时钟的测量结果完全一致，但流速截然不同：原子进出活跃、熵交换快的时候，时间走得快；一轮坍缩结束、下一轮爆炸尚未开始的间隙，两区没有熵交换，熵时间就会暂时静止。

随着屏障不断升高，原子穿越难度越来越大，熵交换速率下降，熵时间的流速也随之变慢。

当屏障高到几乎没有原子能够穿过时，明亮区的粒子数不再变化，熵停止流动，熵时间就彻底静止，对应着宇宙演化的终点热寂状态。

更关键的是，研究者基于这个内部熵时间，推导出了对应的量子演化方程，数值模拟结果和实验观测数据高度吻合。

这表明：完全不需要外部时钟，只用系统内部的熵变化定义的时间，就可以准确重现实验观测到的量子演化过程。

这项工作首次在可控实验室环境中，定量检验了量子引力框架下的关系性时间构造，把原本抽象的宇宙学终极问题，变成了可以反复测量验证的实验对象。

未来，这个迷你宇宙平台还能探索更多深层问题：不同的内部时钟会不会带来不一样的物理规则？宇宙大爆炸的奇点会不会是一场平滑的量子反弹？时间的可逆性能否通过实验验证？

这团微米尺度的超冷原子，正一点点带领我们揭开时间本质的面纱。