時計なしで時間を測定する「ミニ宇宙」実験系を構築(Scientist’s ‘mini-universe’ measures time without clock)

2026-06-12 バーミンガム大学

英国バーミンガム大学の研究者は、「時計を使わずに時間を測る」という量子重力理論の根本問題に挑むため、量子コンピュータ上で“ミニ宇宙(mini-universe)”を構築し、内部相関から時間の流れを導き出す手法を実証した。一般相対性理論では時間は時空の一部として扱われる一方、量子力学では外部から与えられる独立変数であり、両理論を統合する量子重力理論では「時間とは何か」が大きな課題となっている。研究では、宇宙全体に外部時計が存在しない状況を模擬し、量子状態間の相関を利用して時間の経過を定義するアプローチを検証した。その結果、量子系内部の変化だけから一貫した時間の概念を再構成できることが示された。これは時間を基本的な実体ではなく、量子状態の関係性から生じる「創発的な性質」とみなす考え方を支持する成果である。研究者らは、この手法が量子重力理論や宇宙論の理解を深めるだけでなく、量子コンピューティングを用いた基礎物理学研究の新たな方向性を示すものだとしている。

<関連情報>

冷却原子を用いて時間の問題検証を行う Testing the problem of time with cold atoms

Giovanni Barontini
Physical Review Letters  Published 11 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/1h9j-df4k

時計なしで時間を測定する「ミニ宇宙」実験系を構築(Scientist’s ‘mini-universe’ measures time without clock)

Abstract

We realize a cold-atom system to quantitatively test relational constructions of time. A well-isolated atomic Bose-Einstein condensate evolves in a conservative trap that is partitioned by a thin optical barrier into an observed and unobserved sector, with negligible dissipation on the experimental timescale. Motivated by relational-time approaches discussed in the Wheeler-DeWitt framework, we ask whether the dynamics of the observed sector can be ordered using only internal degrees of freedom. To this end, we construct an entropic time from an experimentally defined coarse-grained entropy and demonstrate that it can robustly order the events in the observed sector across repeated cycles of expansion and recollapse. We finally derive an effective Schrödinger equation parametrized by this internal time and show that it is able to reproduce the measured evolution. These results establish a controlled experimental setting in which relational-time constructions can be quantitatively tested.

1701物理及び化学
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