“انعكاس الوقت الكمي” يجعل الضوء يتحرك للأمام وللخلف في نفس الوقت
لأول مرة ، جعل الفيزيائيون الضوء يبدو وكأنه يتحرك للأمام وللخلف في نفس الوقت. يمكن أن تساعد التقنية الجديدة العلماء على تحسين الحوسبة الكمومية وفهم الجاذبية الكمية.
من خلال تقسيم فوتون ، أو حزمة من الضوء ، باستخدام بلورة ضوئية خاصة ، حقق فريقان مستقلان من الفيزيائيين ما وصفوه بـ “الانقلاب الزمني الكمي” ، حيث يوجد الفوتون في كل من الحالتين الزمنية الأمامية والخلفية.
ينتج التأثير عن تقارب مبدأين غريبين من ميكانيكا الكم، القواعد غير البديهية التي تحكم سلوك الصغار جدًا. يُمكِّن المبدأ الأول ، وهو التراكب الكمومي ، الجسيمات الصغيرة من التواجد في العديد من الحالات المختلفة ، أو نسخ مختلفة من نفسها ، في وقت واحد ، حتى يتم ملاحظتها. الثاني – تناظر الشحنة والتكافؤ وانعكاس الوقت (CPT) – ينص على أن أي نظام يحتوي على جسيمات سوف يطيع نفس القوانين الفيزيائية حتى لو انقلبت شحنات الجسيمات والإحداثيات المكانية والحركات عبر الزمن كما لو كانت من خلال مرآة.
من خلال الجمع بين هذين المبدأين ، أنتج الفيزيائيون فوتونًا يبدو أنه يسافر في نفس الوقت على طول وعكس سهم الزمن. قاموا بنشر نتائج تجربتهم التوأم 31 أكتوبر و 2 نوفمبر على خادم ما قبل الطباعة arXiv ، مما يعني أن النتائج لم تخضع بعد لمراجعة النظراء.
متعلق ب: يمكن لـ “بلورة الزمن” الأخرى المصنوعة داخل كمبيوتر Google الكمومي أن تغير الفيزياء إلى الأبد
“إن مفهوم سهم الزمن يعطي كلمة عن أحادية الاتجاه الظاهرة للوقت التي نلاحظها في العالم الماكروسكوبي الذي نعيش فيه ،” تيودور سترومبرغقال عالم فيزياء بجامعة فيينا وكان أول مؤلف في إحدى الأوراق البحثية ، لـ Live Science. “هذا في الواقع في حالة توتر مع العديد من القوانين الأساسية للفيزياء ، والتي تعتبر بشكل عام متناظرة مع الوقت ، وبالتالي ليس لها اتجاه زمني مفضل.”
ال القانون الثاني للديناميكا الحرارية تنص على أن إنتروبيا النظام ، التناظرية التقريبية لاضطرابها ، يجب أن تزداد. تُعرف الأنتروبيا باسم “سهم الوقت” ، وهي إحدى الكميات القليلة في الفيزياء التي تحدد الوقت للذهاب في اتجاه معين.
يفسر هذا الميل للفوضى في النمو في الكون سبب سهولة خلط المكونات بدلاً من فصلها. من خلال هذا الاضطراب المتنامي أيضًا ، ترتبط الإنتروبيا ارتباطًا وثيقًا بإحساسنا بالوقت. يُظهر مشهد مشهور في رواية “Slaughterhouse-Five” لكورت فونيغوت كيف تجعل الإنتروبيا اتجاهًا مختلفًا من الوقت ينظر إلى الآخر من خلال لعب الحرب العالمية الثانية في الاتجاه المعاكس: يتم امتصاص الرصاص من الرجال الجرحى ؛ يتم تقليص الحرائق وتجميعها في قنابل ومكدسة في صفوف مرتبة ومنفصلة إلى معادن مركبة ؛ وسهم الوقت المعكوس يزيل الفوضى والدمار الناتج عن الحرب.
ومع ذلك ، نظرًا لأن الانتروبيا مفهوم إحصائي في المقام الأول ، فإنه لا ينطبق على الجسيمات دون الذرية المفردة. في الواقع ، في كل تفاعل جسيمي لاحظه العلماء حتى الآن – بما في ذلك ما يصل إلى مليار تفاعل في الثانية التي تحدث داخل أكبر محطم ذرة في العالم ، يتم دعم تناظر مصادم الهادرونات الكبير – CPT. لذا فإن الجسيمات التي يبدو أنها تتحرك للأمام في الوقت المناسب لا يمكن تمييزها عن تلك الموجودة في نظام معكوس من الجسيمات المضادة تتحرك إلى الوراء في الزمن. (تم إنشاء المادة المضادة مع المادة أثناء الانفجار العظيم ولا تتحرك في الواقع للخلف في الوقت المناسب ؛ إنها تتصرف كما لو كانت تتبع سهمًا للوقت معاكساً للمادة العادية.)
العامل الآخر الذي يلعب دوره في التجارب الجديدة هو التراكب. أشهر دليل على التراكب الكمي هو قطة شرودنغر ، وهي تجربة فكرية يتم فيها وضع قطة داخل صندوق مغلق مع قنينة من السم ينطلق إطلاقها عن طريق التحلل الإشعاعي لجسيم ألفا. التحلل الإشعاعي هو عملية ميكانيكية كمومية تحدث عشوائيًا ، لذلك من المستحيل في البداية معرفة ما حدث للقط ، وهو في حالة تراكب ، ميتًا وحيًا في نفس الوقت ، حتى يتم فتح الصندوق وملاحظة النتيجة.
يمكّن تراكب الحالات الجسيم من الوجود في كل من الحالات الزمنية الأمامية والخلفية في نفس الوقت ، لكن مشاهدة هذا العمل الفذ تجريبيًا أمر صعب. لتحقيق ذلك ، ابتكر كلا الفريقين تجارب مماثلة لفصل فوتون على طول مسارين منفصلين عبر بلورة. تحرك الفوتون المتراكب في مسار واحد عبر البلورة كالمعتاد ، ولكن تم تكوين مسار آخر لتغيير استقطاب الفوتون ، أو حيث يشير في الفضاء ، للتحرك كما لو كان يسير للخلف في الوقت المناسب.
بعد إعادة توحيد الفوتونات المتراكبة عن طريق إرسالها عبر بلورة أخرى ، قاس الفريق استقطاب الفوتون عبر عدد من التجارب المتكررة. ووجدوا نمط تداخل كمي ، وهو نمط من الخطوط المضيئة والمظلمة التي لا يمكن أن توجد إلا إذا تم تقسيم الفوتون وكان يتحرك في كلا الاتجاهين الزمنيين.
قال سترومبيرج: “إن تراكب العمليات التي أدركناها أقرب إلى كائن يدور في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة في نفس الوقت”. ابتكر الباحثون الفوتون المقلوب للوقت بدافع الفضول الفكري ، لكن تجارب المتابعة أظهرت أن الوقت ينقلب يمكن إقرانها ببوابات منطقية عكوسة لتمكين الحساب المتزامن في أي اتجاه ، وبالتالي فتح الطريق أمام المعالجات الكمومية بقوة معالجة محسّنة بشكل كبير.
تنبت الاحتمالات النظرية أيضًا من العمل. يجب أن تتضمن النظرية المستقبلية للجاذبية الكمومية ، التي ستوحد النسبية العامة وميكانيكا الكم ، جسيمات ذات توجهات زمنية مختلطة مثل تلك الموجودة في هذه التجربة ، ويمكن أن تمكن الباحثين من النظر في بعض أكثر الظواهر غموضًا في الكون.
يقول جوليو تشيريبيلا ، الفيزيائي بجامعة أكسفورد ، والذي كان المؤلف الرئيسي للورقة الأخرى ، لـ Live Science. “ما نقوم به هو نظير لبعض التجارب التي تحاكي الفيزياء الغريبة ، مثل فيزياء الثقوب السوداء أو السفر عبر الزمن.”
