الساعات الذرية يمكن أن تكشف عن الطبيعة الكمومية الخفية للوقت نفسه: ScienceAlert

على الرغم من وجود العديد من المتغيرات في الحياة، إلا أن هناك مقياسًا واحدًا يُقاس به وجودنا بدقة: وهو الوقت.

نحن نعتبرها جامدة، وسلسة، وأحادية الاتجاه سهم الزمن يطير بشكل مستقيم وصحيح، وكل ما يمكننا فعله هو الذهاب إلى حيث يقودنا.

ولكن ماذا لو كان الوقت أكثر مرونة قليلاً مما توحي به تجربتنا؟ ماذا لو كانت تؤوي طبيعة كمومية مخفية؟

وفي ورقة بحثية جديدة، أظهر فريق من الفيزيائيين كيفية القيام بذلك الساعات الضوئية – نوع دقيق للغاية من الساعة الذرية الذي يستخدم ترددات الضوء الضوئية بدلاً من إشارات الموجات الدقيقة – يمكن استخدامه لإثبات الكم طبيعة الوقت. وهذا بدوره يمكن أن يساعدنا في فهم الطبيعة الغامضة للوقت نفسه.

قال الفيزيائي إيجور بيكوفسكي من معهد ستيفنز للتكنولوجيا في الولايات المتحدة لموقع ScienceAlert: “اتضح أن هناك جوانب أعمق من الزمن لم يختبرها أحد من قبل، ولم يتم قياسها أبدًا”.

“وفقًا لنظرية الكم، يمكن أن تكون هناك حالات لا يتغير فيها الزمن ببساطة بشكل مطرد بمعدل واحد. وبدلاً من ذلك، هناك “عدة مرات في التراكب”، أي أنه يمر بمعدلات مختلفة في نفس الوقت.

“وهذا يعني عمليًا أن الساعة الواحدة ستسجل عدة أوقات مختلفة، وليس مجرد توقيت واحد كما اعتدنا عليه عادةً. لم يتم ملاحظة هذا من قبل، لكننا نظهر أن هذا شيء يمكن للساعات الأيونية الحديثة اكتشافه الآن.”

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

لعدة قرون، تم أخذ الوقت بعين الاعتبار مطلقكما حددها السير إسحاق نيوتن. ووصفها بأنها ثابتة عالمية، وجه مستقل للواقع الموضوعي لا يمكن أن يتأثر بالمؤثرات الخارجية.

ثم جاء ألبرت أينشتاين، وهو يغرس بمكر عصا النسبية في مقود الدراجة النيوتونية. أظهرت أطره الفيزيائية الجديدة أن الوقت نسبي، ويمكن أن يتحرك أسرع أو أبطأ اعتمادا على الحركة والجاذبية.

وأوضح بيكوفسكي: “لا يوجد وقت عالمي، بل فقط ما نسميه “الوقت المناسب”: كل مراقب يسجل وقته الخاص، ويمكن أن يختلف”.

“هذا ما نعمل عليه، أي أن تدفق الزمن يتغير مع السرعة والموضع. “مفارقة التوأم” هي مثال نموذجي للزمن النسبي وفقًا لأينشتاين، حيث يقوم التوأم برحلة ذهابًا وإيابًا في صاروخ، وعندما يعود يكون أصغر سنًا من توأمه الآخر”. الذين تتراوح أعمارهم أكثر البقاء على الأرض.”

تمدد الزمن هو تأثير نسبي، وبالتالي، مفهومة جيدا.

ما لم يتم بحثه تجريبيًا بعد هو كيف يمكن أن يتصرف الزمن في النظام الكمي، على مقاييس حيث لم تعد النسبية وحدها كافية لوصف كيفية تصرف الكون، وهنا يأتي دور نظرية الكم.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

ومع ذلك، حتى في نظرية الكم، لا يزال يتم التعامل مع الزمن عادة باعتباره ظاهرة كلاسيكية تتحرك في خط مستقيم في الخلفية.

وأوضح بيكوفسكي: “أحد أهم تحديات الفيزياء الحديثة هو إيجاد نظرية كمومية للجاذبية”.

“في مثل هذه النظرية، نتوقع أن يتم وصف العديد من المفاهيم الكلاسيكية مثل الزمن والجاذبية بشيء كمومي بشكل أساسي. لذلك نحن نعلم أن الوقت كما نصفه اليوم لا يمكن أن يكون القصة النهائية – هناك شيء مفقود عندما ظهرت نظرية الكم في الصورة.”

يقترح بيكوفسكي وزملاؤه في ورقتهم البحثية طرقًا يمكن من خلالها استخدام الساعات الضوئية فائقة الدقة، التي تدق مع الإيقاع المتذبذب للذرات المثارة بواسطة الليزر، في استكشاف الظواهر الزمنية الكمومية.

وتشمل هذه التراكب الزمني، حيث يمكن أن توجد أوقات متداخلة في وقت واحد، و تشابكحيث يمكن أن يرتبط الزمن والحركة بالتأثير على سلوك بعضهما البعض.

“تشابك وقال بيكوفسكي لـ ScienceAlert: “التراكب من السمات المميزة للسلوك الكمي”.

“يُظهر عملنا أنه حتى الوقت نفسه يمكن أن يكون له مثل هذه السمات الكمومية، وهو ما لا يُفترض عادةً في فيزياء الكم.”

ومن الناحية العملية، قد يعني هذا أن تسجل ساعة واحدة أكثر من مرة واحدة في وقت واحد، مفصولة بأجزاء صغيرة لا يمكن تصورها – في حدود فترات زمنية تبلغ عشرات الأتوثانية، والتي لا يمكن قياسها إلا ساعة ذرية بصرية.

الساعات الذرية موجودة بالفعل دقيقة بما فيه الكفاية لقياس التأثيرات الصغيرة للنسبية، مثل تمدد الزمن؛ على سبيل المثال، إذا قمت برفع ساعة واحدة فقط بضع بوصات فوق ارتفاع ساعة أخرى، فإن الاختلاف الضئيل في جاذبية الأرض بين الساعتين يكفي لإنشاء تأثير تمدد يمكن اكتشافه في الساعات.

وفقا لعمل بيكوفسكي وزملائه، قد تكون الساعات البصرية كذلك دقيقة بما فيه الكفاية لمراقبة التأثيرات الكمومية أيضًا.

يقترح الفريق استخدام تقنية الكم المعروفة باسم “الضغط“، والذي يمكن أن يؤدي إلى تضخيم التقلبات الصغيرة في النظام. وفي هذه الحالة، يمكن أن يعزز السلوك الكمي للذرات داخل الساعة، مما يجعل التأثيرات الغريبة على الوقت أكثر وضوحًا.

ومن الممكن اكتشاف بعض هذه التأثيرات باستخدام التكنولوجيا الحالية، في حين لا يزال بعضها الآخر صغيرًا وهشًا للغاية. ومع ذلك، فإن تلك التي هي في متناول اليد تستحق المتابعة.

يمكن للتقنيات التي اقترحها الباحثون أن تسفر عن أول دليل تجريبي على أن الزمن نفسه يمكن أن يتصرف بطريقة ميكانيكية كمومية.

وهذا من شأنه أن يمنح الفيزيائيين طريقة جديدة لاستكشاف التقاطع بين النسبية والعالم الكمي، بالإضافة إلى رؤى جديدة حول طبيعة الزمن.

متعلق ب: هذه الساعة الجديدة دقيقة جدًا لدرجة أنها قد تعيد تعريف الساعة الثانية قريبًا

قال بيكوفسكي: “أعتقد أنها يمكن أن تعطينا تلميحات، ومدخلات تجريبية، حول مدى تضليل مفاهيمنا اليومية عن الواقع. إن نظرية الكم ليست غريبة فحسب، بل تتضمن أيضًا بنية أساسية مختلفة تمامًا للكون تتعارض مع التجربة اليومية”.

“أينشتاين لاحظ مشهورا: ‘يكون القمر هناك عندما لا ينظر أحد؟ لقد أدلى بهذه الملاحظة لتسليط الضوء على التنبؤات الغريبة لميكانيكا الكم.

“إذا كان الوقت نفسه يرث هذه السمات الكمومية، أي أن الوقت يمكن أن يكون في حالة تراكب عندما لا ينظر أحد، فإن هذا بالنسبة لي سيكون لمحة رائعة عن الأعمال الداخلية الغريبة للطبيعة، ويعطي تلميحات نحو حدود جديدة للفيزياء الأساسية.”

تم نشر الورقة في رسائل المراجعة البدنية.