فیزیکدانان حد ریاضی بازگشت زمان به عقب را محاسبه کردند

به گزارش تبریز فوری به نقل از عصر ایران، تصور ساعتی که نه‌تنها سرعت گذر زمان را کاهش دهد یا متوقف کند، بلکه برای مدتی به عقب حرکت کند، شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر می‌رسد، اما فیزیکدانان با استفاده از ویژگی‌های دنیای کوانتومی، امکان ریاضی چنین پدیده‌ای را بررسی کرده‌اند. محاسبات تازه نشان می‌دهد این بازگشت به گذشته امکان‌پذیر است اما فقط در حد کسری بسیار کوچک از ثانیه.

به گزارش عصر ایران به نقل از ساینس‌آلرت، دو محقق در پژوهشی جدید محدودیت‌های نظری معکوس کردن جریان زمان را بررسی کرده‌اند. نتایج محاسبات آنها نشان می‌دهد که در ساده‌ترین مدل مورد مطالعه، زمان می‌تواند به‌طور مؤثر تنها حدود یک فمتوثانیه به عقب برگردد؛ یعنی یک کوادریلیونم ثانیه یا یک میلیون‌میلیاردم ثانیه.

ساعت کوانتومی در دو میدان گرانشی

این ایده بر یکی از ویژگی‌های مکانیک کوانتومی به نام برهم‌نهی استوار است. بر اساس این ویژگی، یک سیستم کوانتومی می‌تواند به‌طور هم‌زمان در ترکیبی از چند حالت مختلف قرار داشته باشد. برای مثال، می‌توان ساعتی فرضی را تصور کرد که هم‌زمان در دو موقعیت متفاوت از یک میدان گرانشی قرار گرفته است. از آنجا که شدت گرانش در این دو موقعیت متفاوت است، زمان نیز در هرکدام با سرعت متفاوتی می‌گذرد.

اگر این دو حالت دوباره با یکدیگر ترکیب شوند، امکان تداخل کوانتومی میان آنها به وجود می‌آید. فیزیکدانان با انتخاب نتیجه مشخصی از این تداخل، فرایندی موسوم به پس‌گزینی، می‌توانند شرایطی ایجاد کنند که ساعت رفتاری فراتر از زمان تجربه‌شده در هر یک از دو حالت نشان دهد. این رفتار حتی می‌تواند معادل گذشت زمان منفی باشد.

واپاشی اتمی و فرصت یک فمتوثانیه‌ای

پژوهشگران برای بررسی امکان واقعی چنین پدیده‌ای، به سراغ واپاشی اتمی رفتند. هنگامی که یک اتم برانگیخته انرژی خود را از دست می‌دهد، الکترون آن به سطح انرژی پایین‌تری بازمی‌گردد و یک فوتون آزاد می‌شود. اگر زمان واقعا معکوس شود، باید بتوان این فرایند را نیز تا حدی به عقب برگرداند؛ یعنی اتم‌هایی که انرژی خود را از دست داده‌اند، دوباره به حالت برانگیخته بازگردند.

مشکل اینجاست که اتم‌ها از محیط اطراف خود جدا نیستند. هنگام انتشار نور، برهم‌کنش آنها با میدان الکترومغناطیسی محیط، اطلاعاتی از اتفاقات رخ‌داده به جا می‌گذارد. این اطلاعات به‌تدریج انسجام کوانتومی لازم برای معکوس کردن فرایند را از بین می‌برد.

محاسبات پژوهشگران نشان می‌دهد در نمونه نوری بررسی‌شده، این فرصت تنها حدود یک فمتوثانیه دوام دارد. پس از آن، محیط اطلاعات زیادی درباره انتشار نور در خود نگه داشته است و ساده‌ترین مدل نظری، دیگر نمی‌تواند فرایند واپاشی را معکوس کند.

مدل‌های پیچیده‌تر و قانون دوم ترمودینامیک

پژوهشگران احتمال استفاده از مدل‌های پیچیده‌تر را نیز مطرح کرده‌اند که در آنها تعداد بیشتری از حالت‌های کوانتومی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. چنین روش‌هایی ممکن است امکان معکوس کردن بازه‌های زمانی طولانی‌تری را فراهم کنند، اما احتمال موفقیت آنها بسیار کمتر خواهد بود.

این نتیجه با قانون دوم ترمودینامیک که بر اساس آن آنتروپی یک سیستم منزوی نمی‌تواند کاهش یابد، تعارض ندارد؛ زیرا معکوس شدن ظاهری زمان تنها در شمار بسیار محدودی از نتایج انتخاب‌شده رخ می‌دهد و مجموع نتایج همچنان از این قانون پیروی می‌کند.