2026年6月11日《物理评论研究》发表的实验，将量子引力领域对时间本质的探讨推向新维度。英国伯明翰大学团队用2.4万个铷原子构建的微型宇宙，首次在实验室验证了封闭量子系统中时间可脱离外部标尺、由内部物质变化自发生成。这一发现直指量子引力理论的核心矛盾：若宇宙整体是能量守恒的封闭系统，为何我们感知到的时间具有明确方向性？实验装置中，原子在接近绝对零度的玻色-爱因斯坦凝聚态下形成统一量子态，通过激光势阱分割为可观测的明亮区与未观测的黑暗区，为检验关系性时间理论提供了可控平台。
量子引力理论中，惠勒-德威特方程描述的宇宙是一个没有时间参数的静态量子态。该方程指出，若将宇宙视为完全封闭系统，其总能量守恒且量子态不随任何外部时间变化，这意味着传统物理定律中“时间”作为独立变量的地位被彻底颠覆。但现实观测中，从恒星演化到生命成长，所有过程都依赖时间的单向流动。热力学第二定律通过熵增定义了时间箭头，却无法解释封闭宇宙整体熵守恒前提下局部熵为何单向增加。这种理论与观测的割裂，迫使物理学家重新思考时间的本质——或许时间并非宇宙的固有属性，而是物质相互作用产生的相对现象。
关系性时间理论为此提供了数学自洽的解法：将宇宙拆分为两个子系统，通过它们之间的熵交换定义内部时间。例如，用A系统的熵变化衡量B系统的演化，两个系统的熵增共同构成时间箭头。但该理论长期缺乏实验验证，因其要求完全封闭且可精确操控的量子系统——直到超冷原子技术突破了这一瓶颈。通过将铷原子冷却至纳开尔文级，研究者使其进入玻色-爱因斯坦凝聚态，原子波函数完全重叠形成单一量子态，此时系统耗散可忽略不计，成为理想的“迷你宇宙”模型。
实验中，8微米厚的光屏障将原子团分割为明亮区与黑暗区，屏障高度控制着两区间的熵交换强度。若以原子团整体位置作为时间标尺，会因原子在势阱中的往复振荡导致时间箭头反转——这与理论宇宙学中坍缩宇宙的时间反转难题一致。研究者转而采用明亮区的熵变化定义“熵时间”：原子穿越屏障时，明亮区的粒子数波动引发熵变，沿熵增方向累积计量即可获得单向时间。当屏障高度降低时，原子自由穿梭导致明亮区熵快速增减，熵时间流速加快；屏障升高后，熵交换减缓，时间流速随之变慢；当屏障高到原子无法穿越时，熵停止流动，时间彻底静止，对应宇宙热寂状态。
实验数据与理论推导的高度吻合，为关系性时间提供了关键证据。通过熵时间标尺，研究者重现了原子团的量子演化过程，其数值模拟结果与外部时钟测量的物理过程一致，但时间流速完全由内部熵交换决定。例如，在原子活跃穿梭阶段，熵时间流速是外部时钟的1.7倍；而在坍缩间隙，熵时间几乎停滞。这种流速差异表明，时间并非均匀流逝的外部参数，而是系统内部相互作用的动态表现。更关键的是，基于熵时间推导的量子演化方程，其预测结果与实验观测误差小于0.3%，验证了关系性时间在封闭系统中的自洽性。
该实验平台为探索时间本质开辟了新路径。未来研究可调整屏障参数，检验不同内部时钟定义是否会导致物理规则变化；或通过降低温度至皮开尔文级，观察量子涨落是否会引发时间箭头的局部反转。更深远的问题在于：若宇宙大爆炸的奇点实际是量子反弹，那么时间的起源是否与熵的初始波动相关？这团直径仅0.1毫米的超冷原子，正通过可控的熵交换过程，逐步揭开时间从无到有的生成机制。
