Ein Zitat, das oft fälschlicherweise Albert Einstein zugeschrieben wird, in Wirklichkeit jedoch dem Science-Fiction-Autor Ray Cummings zugeschrieben wird – „Zeit ist das, was verhindert, dass alles auf einmal geschieht“ – gilt immer noch als die prägnanteste Zusammenfassung einer der grundlegendsten Eigenschaften des Universums. Für Newton vergeht die Zeit gleichmäßig außerhalb der materiellen Welt; während Einsteins Relativitätstheorie zeigt, dass die Zeit untrennbar mit dem Raum verbunden ist und sich unter der Wirkung von Beschleunigung und Schwerkraft ausdehnt und zusammenzieht.Nach diesen beiden Theorien bleibt eine zentrale Frage unbeantwortet: Was verhindert, dass alles gleichzeitig passiert?

Zu diesem Zweck beschloss Giovanni Barontini, ein Physiker an der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich, „zum Ausgangspunkt zurückzukehren“ und im Labor ein brandneues Mikrouniversum zu „erschaffen“, um zu beobachten, wie die Zeit von Grund auf „geboren“ wurde. Das von ihm konstruierte Universum ist natürlich viel einfacher als das, in dem wir leben, und besteht nur aus etwa 24.000 Rubidiumatomen. Die Atome wurden auf extrem niedrige Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt und gezwungen, denselben Quantenzustand zu teilen, wodurch sich ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat bildete. Anschließend wurde diese kondensierte Materie künstlich in zwei Teile geteilt: Ein Teil konnte direkt mit Instrumenten gemessen werden, der andere Teil blieb „dunkel“ und von externen Beobachtungen isoliert.

In diesem System ließ das Forscherteam zu, dass das „isolierte Universum“ eine ausdehnungsähnliche Entwicklung durchlief und gleichzeitig Quantenwellen zwischen den beiden „Unteruniversen“ hin und her pendelte. Durch diesen Prozess erhielt Barontini ein experimentelles Modell, das ausreichend analog zum realen Universum war, um einen kontroversen, aber attraktiven theoretischen Rahmen zu testen. Dieses Modell entspricht dem sogenannten „Wheeler-DeWitt-Framework“ in der Physik, das versucht, die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik mathematisch zu vereinen und alles als Teil der gesamten Wellenfunktion zu behandeln – einschließlich nicht nur Materie und Raum, sondern auch die Zeit selbst.

In der traditionellen Erfahrung sind wir es gewohnt, die Zeit als eine äußere „Uhr“ zu betrachten, als ob alle Ereignisse im Universum auf der Skala dieser Uhr stattfinden würden. Barontinis Experiment bietet eine andere Perspektive: Zeit kann vollständig durch Änderungen innerhalb eines geschlossenen Systems definiert werden, ohne dass eine externe Uhr erforderlich ist. In einer von der University of Birmingham veröffentlichten Notiz stellte er fest, dass diese Forschung die erste sei, die in einem kontrollierten Experiment beweise, dass „Zeit“ als Produkt von Veränderungen im inneren Zustand eines Systems verstanden werden könne und nicht als unabhängige Größe, von der wir uns vorstellen, dass sie extern tickt. Diese Perspektive liefert neue Beweise für die Natur der Zeit in der Quantengravitationstheorie und legt nahe, dass die Verwendung der „internen Zeit“ zur Beschreibung der Systementwicklung in manchen Fällen genauso gültig sein könnte wie die traditionelle „externe Zeit“.

Im Rahmen des Wheeler-DeWitt-Systems sind „vorher“ und „nachher“ keine absoluten Zeitbezeichnungen mehr, sondern Attribute, die sich auf natürliche Weise aus der Entwicklung des Grads der Unordnung innerhalb des Systems ergeben. In diesem Experiment kann diese als Entropie bekannte Störung als mathematische Beschreibung des allmählichen „Verlusts“ von Quanteninformation bei der Expansion des Universums angesehen werden. Durch die wiederholte Messung der Eigenschaften dieses „Miniuniversums“ aus kalten Rubidiumatomen, während es sich ausdehnte und zusammenzog, konnte Barontini eine geordnete „Abfolge von Ereignissen“ für diese Veränderungen aufstellen. Diese Sequenz zeigt eine ähnliche Richtung wie die „Zeit“ in unserer Intuition: Sie fließt in eine Richtung entlang der Richtung der Entropiezunahme und wird mit der Geschwindigkeit der Entropieänderung „schneller“ oder „langsamer“.

Aktuelle kosmologische Modelle weisen immer noch erhebliche Lücken bei der Beschreibung der Beziehung zwischen makroskopischer Schwerkraft und der mikroskopischen Quantenwelt auf, so dass wir fast kein Verständnis für die wahren Mechanismen im Inneren eines Schwarzen Lochs oder für die Details der ersten Momente des Urknalls haben. Das von Barontinis Team aufgebaute „Miniaturuniversum“ bietet Forschern eine beispiellose experimentelle Plattform, die es ihnen ermöglicht, das Verhalten der „Zeit“ im Rahmen der Quantengravitation in einer kontrollierten Umgebung direkt zu untersuchen. Es wird erwartet, dass Miniuniversum-Experimente wie dieses nach und nach aufdecken, warum die Zeit in einem expandierenden Universum in einer einzigen Richtung erscheint und warum wir keinen Grund zur Sorge haben, dass „alles bereits passiert ist“.

Die entsprechenden Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Physical Review Research“ veröffentlicht, wobei die University of Birmingham die Hauptverlagseinheit ist, und die Forschungsinhalte wurden zudem von unabhängigen wissenschaftlichen Redakteuren faktengeprüft. Diese Arbeit liefert nicht nur experimentelle Unterstützung für philosophische Debatten über die Natur der Zeit, sondern liefert auch eine neue Denkweise für die zukünftige Konstruktion einer einheitlichen Quantengravitationstheorie, das Verständnis des Ursprungs des Universums und extremer astrophysikalischer Phänomene.

Erfahren Sie mehr:

https://www.birmingham.ac.uk/news/2026/scientist-creates-miniuniverse-to-measure-time-without-a-clock

https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/1h9j-df4k