کشف عجیب در فیزیک کوانتوم؛ «زمان منفی» قابل اندازهگیری است
زمان منفی کوانتومی، پدیدهای عجیب در فیزیک، اکنون با یک آزمایش پیشرفته جدید تأیید شده است که این مفهوم غیرمعمول قابل اندازهگیری است و صرفاً یک توهم نیست.
جهان فیزیک کوانتوم همواره مملو از پدیدههایی بوده که با درک روزمره ما در تضاد هستند و فیزیکدانان را به چالش میکشند. یکی از این مفاهیم چالشبرانگیز، ایده زمان منفی برای ذرات است که سالها مورد بحث بود. اکنون، دانشمندان در یک آزمایش کوانتومی بیسابقه، توانستهاند این زمان منفی را بهطور مستقیم و فیزیکی اندازهگیری کنند و اعتبار آن را فراتر از یک نظریه صرف ببرند.
کشف زمان منفی کوانتومی در فوتونها و اتمها
در آزمایش اخیر که نتایج آن در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، دانشمندان از فوتونها (ذرات نور کوانتومی) استفاده کردند. این فوتونها مسیر خود را از میان ابری از اتمهای روبیدیوم طی میکردند؛ اتمهایی که با فوتونها رزونانس دارند، به این معنی که انرژی فوتون میتواند به صورت موقت به اتمها منتقل شود و فوتون برای مدتی در ابر اتمی ساکن شود. اگر یک فوتون از این ابر اتمی عبور کند، اغلب پیش از زمان مورد انتظار به مقصد میرسد، طوری که به نظر میرسد زمان منفی را در داخل ابر سپری کرده است.
این پدیده که در آن فوتون زودتر از زمان مقرر خارج میشود، دهههاست که شناخته شده و حتی در آزمایشی در سال ۱۹۹۳ نیز مشاهده شده بود. با این حال، فیزیکدانان عموماً این زمان منفی را جدی نمیگرفتند و آن را به ویژگی خاص پالسهای نوری بلندمدت نسبت میدادند. آنها معتقد بودند که تنها بخش جلویی پالس نور از ابر اتمی عبور میکند و باعث میشود فوتون موفق زودتر از حد معمول به نظر برسد.
تأیید زمان منفی کوانتومی با اندازهگیری اتمها
اما پروفسور «افریم اشتاینبرگ» (Aephraim Steinberg)، یکی از نویسندگان مقاله سال ۱۹۹۳، به این سادگی این توضیح را نپذیرفت. او در آزمایشگاه خود در دانشگاه تورنتو کانادا، به دنبال راهی بود تا از خود اتمهای روبیدیوم سؤال کند که فوتون چقدر زمان را به صورت تحریکشده در میان آنها گذرانده است. چالش اصلی در این تحقیق این بود که اندازهگیریهای دقیق در فیزیک کوانتوم، ذاتاً سیستم مورد مطالعه را مختل میکنند و میتوانند پدیدهای را که قصد بررسی آن را داریم، از بین ببرند.
راه حل این مشکل، استفاده از اندازهگیریهای ضعیف بود؛ روشی بسیار نامشخص اما دقیقاً کالیبره شده که حداقل اختلال را ایجاد میکند. محققان با تاباندن یک پرتو لیزر ضعیف (نامرتبط با پالس فوتون)، تغییرات کوچک در فاز نور پرتو را اندازهگیری کردند تا بررسی کنند که آیا اتمها تحریک شدهاند یا خیر. با میانگینگیری میلیونها بار اجرای آزمایش، یک زمان دقیق سکونت به دست آمد.
نتیجه این اندازهگیری ضعیف شگفتانگیز بود: زمان سکونت منفی که از اتمها به دست آمد، دقیقاً برابر با زمان منفی بود که بر اساس زمان رسیدن فوتونها محاسبه شده بود. قبل از این پژوهش، هیچکس انتظار نداشت که این دو زمان، که به روشهای کاملاً متفاوتی اندازهگیری شدهاند، با یکدیگر برابر باشند. نکته حیاتی این است که ارزش منفی زمان سکونت اندازهگیریشده بهطور ضعیف، برخلاف زمان استنباطشده از زمان رسیدن، نمیتواند با فرضیه عبور تنها بخش جلویی پالس فوتون توضیح داده شود.
این کشف به این معنی نیست که ماشین زمان در دسترس است یا قوانین فیزیک استاندارد نقض شدهاند. آزمایش بهطور کامل توسط فیزیک استاندارد قابل توضیح است، اما با این حال نشان میدهد که زمان سکونت منفی یک اثر فیزیکی قابل اندازهگیری است. این یافته یادآور میشود که هنوز جنبههای شگفتانگیز و کشفنشدهای در اودیسه تحقیقات کوانتومی وجود دارد.
منبع: خبرآنلاین
