ساعتهای اتمی فوقپیشرفته ممکن است بهزودی از یک احتمال عجیب پرده بردارند: اینکه خودِ «زمان» مانند یک شیء کوانتومی رفتار کند و همزمان در چندین وضعیت مختلف وجود داشته باشد.
در علم فیزیک، کمتر ایدهای به اندازه «زمان» بصری به نظر میرسد و در عین حال تا این حد معماگونه باقی مانده است. در نظریه نسبیت اینشتین، زمان ثابت نیست؛ بلکه بسته به حرکت و گرانش تغییر میکند!
وقتی این مفهوم با فیزیک کوانتوم ترکیب میشود، تصویر از این هم عجیبتر میشود. تئوری کوانتوم پیشنهاد میدهد که خودِ زمان ممکن است در وضعیت «درهمتنیدگی» (Superposition) وجود داشته باشد؛ به این معنا که میتواند همزمان با نرخها و سرعتهای متفاوتی بگذرد.
مطالعه جدیدی که در نشریه Physical Review Letters منتشر شده، نشان میدهد که این احتمال ممکن است بهزودی از طریق آزمایش تجربی سنجیده شود.
کاوش در زمان با ساعتهای کوانتومی
این تحقیق به رهبری ایگور پیکوفسکی، استادیار فیزیک نظری در موسسه فناوری استیونز، و با همکاری تیمهای آزمایشی به سرپرستی کریستین سانر و دیتریش لیبفرید انجام شده است. این تیم بررسی کردند که چگونه اثرات کوانتومی بر جریان زمان تأثیر میگذارند و چگونه میتوان از ساعتهای اتمی برای مطالعه این اثرات استفاده کرد.
یافتههای آنها نشان میدهد فناوریهایی که برای ساعتهای پیشرفته و کامپیوترهای کوانتومی توسعه یافتهاند، میتوانند برای کاوش در پرسشهای عمیقتر درباره واقعیت به کار گرفته شوند. اگر یک ساعت از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی کند، حرکت آن میتواند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشد. در نتیجه، زمانی که این ساعت اندازهگیری میکند نیز میتواند همزمان در چندین وضعیت باشد.
این ایده شبیه به آزمایش فکری معروف «گربه شرودینگر» است که در آن گربه میتواند همزمان هم زنده باشد و هم مرده. در این مورد، خودِ زمان در حالتهای همپوشان وجود خواهد داشت؛ گویی یک ساعت در یک لحظه واحد، هم جوانتر باشد و هم پیرتر.
پیکوفسکی میگوید:
زمان در تئوری کوانتوم و نسبیت نقشهای بسیار متفاوتی ایفا میکند. آنچه ما نشان میدهیم این است که کنار هم قرار دادن این دو مفهوم میتواند نشانههای پنهان کوانتومی از جریان زمان را آشکار کند که دیگر با فیزیک کلاسیک قابل توصیف نیستند.
گابریل سورسی، دانشجوی دکترا در موسسه استیونز و یکی از نویسندگان مقاله، میافزاید:
ساعتهای اتمی اکنون چنان حساس هستند که میتوانند تفاوتهای ناچیز در زمان را که تنها بر اثر ارتعاشات حرارتی در دماهای بسیار پایین ایجاد میشوند، تشخیص دهند. اما حتی در دمای صفر مطلق (حالت پایه)، نرخ تیکتاک ساعت همچنان صرفاً تحت تأثیر نوسانات کوانتومی قرار خواهد گرفت.
فشردهسازی خلاء کوانتومی
تیم تحقیق همچنین رویکرد پیشرفتهتری را بررسی کردند. آنها به جای صرفاً خنک کردن اتمها، پیشنهاد میدهند که «خلاء کوانتومی» برای ایجاد «حالتهای فشرده» (Squeezed States) دستکاری شود. در این حالتها، موقعیت و حرکت ساعت رفتار کوانتومی متمایزی از خود نشان میدهند.
این موضوع به راهی جدید برای درک زمان در شرایط کوانتومی ختم میشود. یک ساعت واحد میتواند تیکتاک خود را همزمان با نرخهای مختلف اندازهگیری کند و با حرکتِ خود، پیوند کوانتومی یا «درهمتنیده» شود. محققان اکنون در حال تلاش برای آزمایش این پیشبینیها در آزمایشگاه هستند.
سانر از دانشگاه کلرادو میگوید:
ما فناوری لازم برای ایجاد فشردهسازی مورد نیاز را داریم و مسیری را پیدا کردهایم تا به دقتِ لازم در ساعتهای یونی برای مشاهده این اثرات برای اولین بار دست یابیم.
پیکوفسکی با نگاه به آینده، به پیامدهای گستردهتر این موضوع اشاره میکند. تحقیقات اخیر او شامل کارهایی است که نشان میدهد حتی «گراویتونهای منفرد» را نیز میتوان با استفاده از فناوری کوانتومی شناسایی کرد:
فیزیک هنوز در بنیادیترین سطوح پر از رمز و راز است. فناوریهای کوانتومی اکنون ابزارهای جدیدی به ما میدهند تا بر آنها نور بتابانیم.
منبع: Scitechdaily
