امکان حرکت نور در زمان فراهم شد! - مجله جهانگیر

به گزارش ایسنا، دانشمندان برای اولین بار کاری کردند که نور در زمان به طور همزمان به جلو و عقب حرکت کند. این گزارش نشان می دهد که این روش تازه که از طریق گروهی بین المللی از دانشمندان به دست آمده است، می تواند به ایجاد تکنیک های محاسباتی کوانتومی تازه کمک کند و به دانشمندان درک بهتری از گرانش کوانتومی بدهد.

این مهم به لطف ترکیبی از دو اصل که بخشی از دنیای عجیب و غریب مکانیک کوانتومی را تشکیل می دهند، به دست آمد.

تغییر زمان کوانتومی چیست؟

دو گروه مستقل از دانشمندان، آزمایش های خود را در کنار هم انجام دادند و به چیزی دست یافتند که آن را به عنوان تغییر زمان کوانتومی توصیف می کنند که در آن یک فوتون در هر دو حالت زمانی به شکل همزمان رو به جلو و عقب وجود دارد.

اساساً این امر از طریق همگرایی برهم نهی کوانتومی و تقارن بار، توازن و معکوس پذیری زمان (CPT) به دست آمد که هر دو از اصول مکانیک کوانتومی هستند. به این معنی که خواص فیزیکی اتم ها و ذرات زیراتمی را توصیف می کنند.

اصل اول یعنی برهم نهی کوانتومی، پدیده ای است که می گوید ذرات کوچک تا زمانی که مشاهده شوند، در چندین حالت مختلف وجود دارند. در حالی که اصل دوم یعنی تقارن CPT، اصلی است که بیان می کند هر سامانه ای که حاوی ذرات باشد از قوانین فیزیکی یکسانی تبعیت می کند، حتی اگر بار، مختصات فضایی و حرکات آن ها دقیقاً معکوس شوند.

به لحاظ ریاضی به دلیل خطی بودن جواب های خالص معادله شرودینگر ما می توانیم با جمع هر حالت دلخواه از حالت های خالص دوباره به یک جواب حالت خالص دست پیدا کنیم. این جواب ها عمود برهم خواهند بود و این جواب خود یک جواب معادله شرودینگر است که به آن برهم نهی کوانتومی می گویند.

برهم نهی معمولا با آزمایش فکری گربه شرودینگر توصیف می شود که در آن یک گربه فرضی به طور همزمان زنده و مرده در نظر گرفته می شود، زیرا زندگی آن در دست یک رویداد تصادفی زیراتمی است که هم اتفاق می افتد و هم تا زمانی که مشاهده شود، اتفاق نمی افتد.

تقارن CPT نیز تقارن بنیادی قوانین فیزیک تحت تبدیلات همزمان درهم ریختن بار (C)، تبدیل توازن (P) و معکوس پذیری زمان (T) است. CPT تنها ترکیب C، P و T است که دقیقاً همان تقارن مشاهده شده طبیعت در سطح بنیادین است. نظریه CPT می گوید که تقارن CPT در تمام پدیده های فیزیکی وجود دارد.

هر گروه از دانشمندان نتایج آزمایش های خود را در یک مقاله منتشر کردند که البته هر دو هنوز مورد بررسی همتا قرار نگرفته اند. دانشمندان می گویند، این آزمایش های تازه می توانند به توسعه نظریه یکپارچه گرانش کوانتومی کمک کنند.

آن ها در طول آزمایشات خود، ذره ای از نور، یعنی یک فوتون را در حالت برهم نهی قرار دادند تا به آن اجازه دهند در زمان به جلو و عقب حرکت کند.

برای انجام این کار، هر دو گروه یک فوتون را در امتداد یک برهم نهی از دو مسیر جداگانه از طریق عبور از یک بلور تقسیم کردند. در حالی که فوتون برهم نهی شده به صورت منظم در میان بلور حرکت می کرد، مسیر دیگری نیز برای تغییر قطبش فوتون تعبیه شد تا طوری حرکت کند که گویی در زمان رو به عقب در حرکت است.

پس از آن، دانشمندان فوتون های برهم نهی شده را با حرکت دادن آن ها در بلور دیگری دوباره ترکیب کردند. آن ها سپس قطبش فوتون را مقدار گرفتند و یک الگوی تداخل کوانتومی پیدا کردند. تشکیل این الگو که از نوار های روشن و تیره تشکیل شده بود، تنها در صورتی امکانپذیر است که فوتون در هر دو جهت در زمان حرکت کرده باشد.

یافته های فیزیکدانان این پروژه می تواند امکان پردازش پیشرفته تری را در محاسبات کوانتومی فراهم کند، زیرا آن ها نشان دادند که تغییرات یا تلنگر های زمانی می توانند به درگاه های منطقی برگشت پذیر مرتبط شوند تا امکان محاسبه همزمان در هر دو جهت زمانی فراهم شود.

این کار همچنین به درک جامعه علمی از دنیای مکانیک کوانتومی می افزاید و می تواند به رسیدن به یک نظریه یکپارچه در مورد گرانش کوانتومی که نظریه نسبیت عام را با اصول مکانیک کوانتومی تطبیق دهد، کمک کند.