在物理学领域，时间一直是一个充满神秘色彩的概念。英国伯明翰大学的一项前沿实验，为理解时间的本质带来了新的突破。该实验由物理学教授乔瓦尼·巴龙蒂尼主导，成功在一个与外界完全隔绝的量子系统中，验证了时间可以脱离外部时钟自行涌现。
实验的理论根基源于量子引力领域的惠勒 - 德维特方程。此理论提出，宇宙在最深层次上不存在内置的时间，而是以一个不变的单一量子态存在。当把整个宇宙作为研究对象时，所谓的“时间感”只能从系统内部各部分的相对关系中产生，无法借助系统之外的钟表来衡量。
为了验证这一大胆设想，巴龙蒂尼团队开展了一系列精密实验。他们使用一团由2.4万个铷原子组成的原子云，构建了一个完全密封的量子系统，以此模拟一个简化版的“宇宙”。这些铷原子首先在磁光阱中被捕获，随后被冷却至约0.0001度（约万分之一度），这一温度高于绝对零度，之后又进一步冷却到仅高出绝对零度几十亿分之一度。
在实验装置中，两束不同频率的激光在原子云中间形成一道薄屏障，将系统划分为可观测的“明区”和不可观测的“暗区”。原子可以在两个区域之间自由流动，但整个系统与外部实验室的时钟没有任何关联。
在实验过程中，“明区”反复经历膨胀与收缩的过程，这一过程类似于大爆炸后接上一场大坍缩（大坍缩是宇宙膨胀最终反转的假设情形）。巴龙蒂尼没有借助任何外部计时工具，而是通过追踪“明区”原子分布的熵，也就是原子散布的无序程度，来研究时间的流动。当熵发生变化时，系统就被认为“向前推进了时间”；当原子分布不再变化时，这套内部时间就停止流动。巴龙蒂尼将这种构造出的时间参量命名为“熵时间”。
实验数据显示，“熵时间”具有三个显著特征。其一，它始终朝一个方向流动，具有明确的时间箭头；其二，即便系统本身处于膨胀收缩的动态变化中，它也能准确地为事件排出先后顺序；其三，它的流动速度会随着熵变化的快慢而加速或减速。
研究还证明，量子力学的核心方程薛定谔方程可以用这种“熵时间”进行改写，并且依然能够准确描述量子系统概率分布随时间的演化。
巴龙蒂尼在相关新闻稿中表示：“在一些关于宇宙的理论中，特别是量子引力理论，时间并非是一个内置的特征。然而在日常生活中，时间总是从过去流向未来，而且大多数基础物理定律无论是正着推导还是反着推导都成立，这究竟是为什么呢？”他还补充道：“这项研究首次提供了受控的实验证据，表明时间可以由系统内部的变化来定义，而不是我们通常所理解的那种外部滴答作响的钟。它为量子引力中时间的本质提供了全新的视角，这种描述方式和传统时间概念一样有效。”
该研究团队表示，这一实验为量子宇宙学和量子引力理论搭建了一个可在实验室复现的测试平台。后续的研究方向包括将这套装置扩展到更复杂的系统，以此探究大爆炸和大坍缩阶段的物理过程，甚至尝试在实验室中模拟黑洞。
