هل الزمان مخلوق حسب ميكانيكا الكم
الزمن ليس سوى نتيجة، وبالتالي فهو لا يتميز لا بالاستقلال ولا بالاطلاقبل هو مخلوقتجربة كمومية تظهر كيف يمكن أن "ينبثق" الزمن من التشابك
23-11-2013
يقول الفيزيائيون أن الزمن عبارة عن ظاهرة منبثقة وهو تأثير جانبي للتشابك الكمومي. وهم لديه النتائج التجريبية الأولى لإثبات هذا
عندما انتشرت الأفكار الجديدة لميكانيكا الكم خلال العلم مثل النار في الهشيم، في النصف الأول من القرن العشرين، كان أول عمل قام به الفيزيائيون هو تطبيقها على الجاذبية والنسبية العامة. النتائج لم تكن جميلة.
وقد تجلى بوضوح أن هذين الأساسان للفيزياء الحديثة كانا غير متوافقين بشكل تام. وعندما حاول الفيزيائيون دمج هاتين المقاربتين، كانت المعادلات الناتجة فاسدة باللانهائيات مما يستحيل معه إعطاء نتائج منطقية.
في منتصف الستينيات من القرن العشرين، كان هناك تقدم مفاجئ في المعرفة. حيث نجح الفيزيائيان جون ويلر John Wheeler و برايس دي ويت Bryce DeWitt بجمع الأفكار غير المتطابقة سابقاً في نتيجة رئيسية والتي عُرِفت منذ ذلك الوقت باسم معادلة ويلر – دي ويت. وأهمية هذا تكمن في تجنب إزعاج المالانهايات – وهي فائدة كبيرة.
العالم جون ويلرالعالم برايس دي ويت
ولكن لم يحتج الفيزيائيون لكثير من الوقت حتى يدركوا أن معادلة ويلر – دي ويت، بعد أن قامت بحل مشكلة رئيسية، فإنها قدمت مشكلة أخرى. المشكلة الجديدة كانت عبارة عن أن الزمن لا يلعب أي دور في هذه المعادلة. في الواقع، فإنها تقول إن لا شيء حدث أبداً في الكون، وهو تنبؤ على خلاف واضح مع الأدلة المنظورة.
هذا اللغز، والذي يسميه الفيزيائيون "مشكلة الزمن"، ثَبُتَ أنه شوكة في جسد الفيزياء الحديثة، والتي حاولت تجاهله ولكن بنجاح صغير.
ثم وفي عام 1983، خرج الفيزيائيان النظريان دون بيج Don Page و وليام ووترزWilliam Woottersبحل مبتكر مبني على الظاهرة التشابك الكمومية. التشابك هو الخاصية المثيرة حيث يشترك جسيمان كميان نفس الوجود، حتى لو كانا منفصلين فيزيائياً.
العالم دون بيج
العالم وليام ووترز
والتشابك هو وصلة عميقة وقوية، وقد برهن بيج و ووترز كيف يمكن استخدامه لقياس الزمن. كانت فكرتيهما أن طريقة نمو زوج من الجسيمات المتشابكة هو نوع من الساعة التي يمكن أن تستخدم لقياس التغير.
ولكن النتائج تعتمد على كيفية المراقبة. وإحدى الطرق للقيام بهذا هي مقارنة التغير بالجسيمات المتشابكة مع ساعة خارجية مستقلة كلياً عن الكون. وهذا مكافئ لمراقب شبيه بالإله خارج الكون يقوم بقياس نمو الجسيمات باستخدام ساعة خارجية.
في هذه الحالة، فقد أثبت بيج و ووترز أن الجسيمين سيبدوان لا يتغيران أبداً – أن الزمن لن يوجد في هذا السيناريو.
ولكن هناك طريقة أخرى لعمل هذا والتي تعطي نتيجة مختلفة. وهذه الطريقة لمراقب داخل الكون والذي يقارن نمو الجسيمين مع باقي الكون. وفي هذه الحالة، فإن المراقب الداخلي سيرى تغيراً وهذا الاختلاف في نمو الجسيمين المتشابكين بالمقارنة مع كل شيء آخر، هو مقياس مهم للزمن.
إن هذه الفكرة متألقة وقوية. فهي تقترح أن الزمن عبارة عن خاصية منبثقة والتي تحدث بسبب طبيعة التشابك. وهي توجد فقط بالنسبة للمراقب داخل الكون. وأي مراقب شبيه بالإله خارج الكون، سيرى كوناً ساكناً غير متغيرٍ، كما تنبأت معادلة ويلر – دي ويت.
وبالطبع، بدون أي اثبات تجريبي، فإن فكرة بيج و ووترز فهي أكثر بقليل من فضول فلسفي. ولأنه من غير الممكن أبداً أن يكون هناك مراقب خارج الكون، فقد بدا أن هناك فرصة ضئيلة لاختبار هذه الفكرة. حــتـى الآن.
اليوم، قامت إيكاترينا موريفا وبعض من رفاقها، في Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) في تورين – إيطاليا، بإجراء أول اختبار تجريبي لفكرة بيج و ووترز. وقد أكدوا أن الزمن بالتأكيد هو خاصية منبثقة للمراقب الداخلي، ولكنها غائبة عن المراقبين الخارجيين.
والتجربة تضمنت خلق كون لُعبة يتكون من زوج من الفوتونات المتشابكة ومراقب ومراقباً يمكنه أن يقيس حالة الزوج بطريقةٍ من طريقتين. في الطريقة الأولى، فإن المراقب يقيس نمو النظام بأن يصبح متشابكاً معه. في الطريقة الثانية، فإن مراقباً شبيه بالإله يقيس النمو بواسطة ساعة خارجية مستقلة كلياً عن الكون اللعبة.
وتفاصيل التجربة مباشرة. فالفوتونات المتشابكة لكل منها استقطاب يمكن تغييره عبر تمريرها عبر صفيحة ثنائية الانكسار. في التجربة الأولى، يقوم المراقب بقياس استقطاب فوتون واحد، وبهذا يكون قد تشابك معه، ثم يقوم المراقب بمقارنة هذا الاستقطاب مع استقطاب الفوتون الثاني. والفرق هو مقياس للزمن.
وفي التجربة الثانية، يمر الفوتونان خلال الصفيحة ثنائية الاستقطاب والتي تغير استقطابهما ولكن في هذه الحالة، فإن المراقب يقيس فقط الخصائص الكلية لكلا الفوتونين بمقارنتهما مع ساعة مستقلة.
وفي هذه الحالة، فإن المراقب لن يرصد أي فرق بين الفوتونات بدون أن يكون متشابكاً مع أحد منهما. وإن كان لا يوجد هناك فرق، فإن النظام سيبدو ساكناً، وبكلمات أخرى: فالزمن لن ينبثق.
وقد قالت موريفا وشركائها: "بالرغم من بساطته الشديدة، فإن نموذجنا يلتقط الخاصيتان التان تبدوان متناقضتان لآلية بيج – ووترز"
هذه التجربة مذهلة. الانبثاق فكرة شائعة في العلم. وتحديداً، فالفيزيائيون أصبحوا مؤخراً متحمسين حول فكرة أن الجاذبية عبارة عن ظاهرة منبثقة. ولهذا، فإنها خطوة صغيرة نسبياً للتفكير بأن الزمن يمكن أن ينبثق بطريقة مشابهة.
وما تفتقده فكرة انبثاق الجاذبية، بالطبع، هو اثبات تجريبي يظهر كيف تعمل في الواقع. ولهذا يعتبر عمل موريفا وزملائها مهماً، فهو يضع فكرة مجردة ومثيرة على أساس تجريبي متين لأول مرة.
وربما فإن الأكثر أهمية هو تبعات بأن ميكانيكا الكم والنسبية العامة ليستا بتلك الدرجة من عدم التوافق. فعندما ننظر لمشكلة الزمن عبر عدسة التشابك، فإن هذه المشكلة ستذوب بعيداً.
الخطوة القادمة ستكون توسيع الفكرة، وبالأخص إلى المقياس الكبير. فإظهار كيفية انبثاق الزمن للفوتونات هو شيء، وإظهار كيفية انبثاقه للأشياء الأكبر مثل الإنسان وجداول زمن القطار شيء آخر بالطبع. وهناك يكمن التحدي.
تعقيب خاص بي:حتى لو قال أحدهم أن المراقب الخارجي لديه زمنه الخاص، فهذا لا يعني مطلقية الزمن هنا، بمعنى أنه لا يتعرض لنفس زمننا، فزمننا خاص بنا و المقصد عليهRef: arxiv.org/abs/1310.4691 :Time From Quantum Entanglement: An Experimental Illustration
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة ( محمد الباحث )
Bookmarks