شوک بزرگ در فیزیک و جهان کوانتومی؛ زمان هم به جلو می‌رود هم به عقب!_صبح سریع

در پژوهشی پیشگامانه که مفاهیم سنتی درمورد زمان را به چالش می‌کشد، فیزیکدانانی در انگلستان موفق به کشف وجود دو پیکان متضاد زمان در سامانه‌های کوانتومی باز شدند؛ یافته‌ای که دیدگاه تازه‌ای درمورد ماهیت بنیادی جهان اراعه می‌دهد و مفاهیم پذیرفته‌شده در مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک را بازتعریف می‌کند.

به گزارش sustainability times زمان، اتفاق‌ای که زیاد تر به‌گفتن پیکانی یک‌سویه و مدام در حال پیشروی فکر می‌شود، سال‌ها است ذهن فلاسفه و دانشمندان را به خود مشغول کرده است. اگرچه در توانایی روزمره ما زمان تنها به جلو حرکت می‌کند، پژوهش تازه مشخص می کند در سطح کوانتومی، ماجرا پیچیده‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد.

معمای پیکان زمان

پیکان زمان، استعاره‌ای برای جریان یک‌طرفه آن از قبل به آینده، یکی از ارکان مهم فهمیدن ما از جهان است. با این حال، در فیزیک کلاسیک، تعداد بسیاری از معادلات تفاوتی بین قبل و آینده قائل نیستند. برای مثالً حرکت یک پاندول در تصاویر ضبط‌شده به جلو و عقب یکسان به نظر می‌رسد. با این حال، در حقیقت، زمان همیشه به یک سو حرکت می‌کند؛ امری که جهت شکل‌گیری سوال‌های بنیادی درمورد جهت‌گیری زمان شده است.

طی دو سال مطالعه، گروهی از پژوهشگران انگلیسی با تمرکز بر سامانه‌های کوانتومی باز — سامانه‌هایی که با محیط اطراف در تعامل می باشند — موفق شدند ساختاری وقتی را کشف کنند که در آن دو پیکان متضاد زمان به طور همزمان قابل مشاهده‌اند. نتایج این تحقیق که در نشریه Scientific Reports انتشار شده، برداشت‌های سنتی از زمان را زیر سوال می‌برد و افق‌های تازه‌ای را در فهمیدن ما از فیزیک گشوده است.

سامانه‌های کوانتومی باز و دیدگاهی نو

برخلاف سامانه‌های بسته که از محیط اطراف جدا می باشند، سامانه‌های کوانتومی باز در تعامل دائم با بیرون قرار دارند و همین ویژگی علتایجاد تغییرات و انتقال انرژی در آنها می‌شود. در این سامانه‌ها، جریان انرژی و افزایش آنتروپی به‌گفتن شاخص‌هایی برای فهمیدن جهت‌گیری زمان عمل می‌کنند.

مدل اراعه‌شده توسط تیم تحقیقاتی نشان داد که در این چنین شرایطی، امکان شکل‌گیری دو پیکان زمان در جهت‌های متضاد وجود دارد؛ اتفاق‌ای که در سامانه‌های بسته مشاهده نمی‌شود. نتایج آنها نشان داد که در معادلات این سامانه‌ها، مسیر‌هایی با جهت وقتی رو به جلو و عقب به‌طور همزمان معتبر و ممکن می باشند. این یافته، دیدگاهی کاملاً نو درمورد ساختار متقارن زمان اراعه می‌دهد که با فکر کلاسیک از زمان ناسازگار است.

پیامد‌هایی فراتر از مکانیک کوانتومی

کشف پیکان‌های دوگانه زمان، پیامد‌های مهمی برای شاخه‌هایی نظیر ترمودینامیک، کیهان‌شناسی و نظریه اطلاعات دارد. مفهوم آنتروپی، به‌گفتن شاخص گرایش سیستم‌ها به بی‌نظمی — مطابق قانون دوم ترمودینامیک — مدام نقش اساسی در تعریف زمان داشته است. یافته‌های تازه نشان خواهند داد حتی با وجود دو پیکان زمان، روال افزایشی آنتروپی هم چنان پایدار است و جهت حرکت زمان، در نهایت برهم‌زننده قوانین مهم ترمودینامیک نیست.

این پژوهش دیدگاه سنتی درمورد برگشت‌ناپذیری فرآیند‌های فیزیکی را به چالش می‌کشد و پیچیدگی رابطه بین آنتروپی و زمان را برجسته می‌سازد. 

آندریا روکو، نویسنده ارشد این تحقیق، می‌گوید: «نتایج به دست آمده، ما را به بازاندیشی در مفاهیم بنیادین زمان وا‌می‌دارد. اگرچه این مطالعه فرضیه‌هایی همچون پیدایش دو جهان همزاد در لحظه مه‌بانگ را قبول نمی‌کند، اما چارچوبی نظری برای بازدید این چنین احتمالاتی فراهم می‌کند.»

بازتعریف حقیقت زمان

کشف پیکان‌های دوقلوی زمان، سوال‌های عمیقی درمورد چیستی حقیقت و نقش زمان در آن نقل می‌کند. هرچند پژوهش حاضر به جستوجو اثبات امکان سفر در زمان یا ساخت ماشین زمان نیست، اما بر این مسئله پافشاری دارد که مسیر‌های وقتی دوگانه، از منظر نظری، قابل فکر و تحلیل می باشند. به‌محض آن‌که یکی از این مسیر‌ها در طبیعت شکل بگیرد، اتفاق‌هایی، چون آنتروپی، بار دیگر جریان برگشت‌ناپذیر زمان را تحمیل می‌کنند.

روکو، این حالت را به شبکه‌ای از جاده‌ها تشبیه می‌کند که مسیر‌ها در آن اشکار‌اند، اما جهت حرکت در آنها نامعلوم است. این استعاره به‌خوبی پیچیدگی و جذابیت اتفاق زمان در مقیاس کوانتومی را مشخص می کند.

پژوهش تازه درمورد پیکان‌های متضاد زمان، دیدگاهی نو درمورد یکی از مرموزترین مفاهیم جهان اراعه می‌دهد. یافته‌هایی که نه‌تنها برای جامعه علمی، بلکه برای فهمیدن عمومی ما از زمان و حقیقت نیز اهمیتی بنیادی دارند. حال این سوال نقل می‌شود: آیا در لایه‌های نهان‌تر طبیعت، راز‌های شگفت‌انگیزتری درمورد زمان در انتظار کشف می باشند؟