محققان دانشگاه تورنتو در آزمایش‌های کوانتومی خود به پدیده‌ای شگفت‌انگیز به نام «زمان منفی» دست یافته‌اند که درک ما از مکانیک کوانتومی و قوانین فیزیک را زیر سؤال می‌برد. این پدیده که در برهم‌کنش فوتون‌ها با ماده ظاهر شده، جنبه‌های عجیب و شگرف مکانیک کوانتومی را آشکار می‌سازد و هم تحسین و هم تردید دانشمندان را برانگیخته است.
کشف «زمان منفی» در فیزیک کوانتومی
ده‌ها سال است که دانشمندان رفتارهای گیج‌کننده‌ای را در نور مشاهده کرده‌اند. این رفتارها اغلب به عنوان توهم ناشی از اعوجاج موج نادیده گرفته می‌شدند. اما، فیزیکدانان تجربی دانشگاه تورنتو شواهدی ارائه داده‌اند که نشان می‌دهد «زمان منفی» یک پدیده فیزیکی قابل اندازه‌گیری است. این پژوهش پیشگامانه، به سرپرستی دانیلا آنگولو و افرایم استاینبرگ، دریچه‌های تازه‌ای را به دنیای اسرارآمیز مکانیک کوانتومی می‌گشاید.
یافته‌های این پژوهش که در سرور پیش‌چاپ arXiv منتشر شده، هنوز در انتظار داوری علمی است. با این حال، بحث‌های گسترده‌ای را در جامعه علمی جهان برانگیخته است. مفهوم «زمان منفی»، اگرچه ما را به یاد داستان‌های علمی تخیلی می‌اندازد، می‌تواند درک عمیق‌تری از چگونگی برهم‌کنش نور با ماده در سطح کوانتومی ارائه دهد.
آزمایش: اندازه‌گیری غیرمنتظره
این تحقیق با بررسی چگونگی برهم‌کنش فوتون‌ها با اتم‌ها آغاز شد. وقتی فوتون‌ها از ماده عبور می‌کنند، توسط اتم‌ها جذب و سپس دوباره ساطع می‌شوند. این فرآیند، اتم‌ها را برای مدت کوتاهی در حالت «برانگیخته» قرار می‌دهد. هدف این تیم اندازه‌گیری مدت زمان این حالت برانگیخته بود. آنها به طور غیرمنتظره‌ای دریافتند که زمان اندازه‌گیری شده منفی است. این نتیجه، درک معمول ما از زمان را به چالش می‌کشد.
برای تصور این مفهوم، ماشین‌هایی را در نظر بگیرید که وارد یک تونل می‌شوند. میانگین زمان ورود ماشین‌ها ممکن است ظهر باشد. اما، برخی از ماشین‌ها به طور متناقضی ممکن است قبل از ورود، مثلاً ساعت ۱۱:۵۹ صبح، از تونل خارج شوند. اگرچه قبلاً چنین چیزی بی‌معنی تلقی می‌شد، آنگولو و تیمش نشان دادند که این اثر قابل اندازه‌گیری است. مثل این است که سطح مونوکسید کربن در تونل را اندازه‌گیری کنیم و مقادیر منفی به دست آوریم.
یک چیدمان پیچیده برای پدیده‌های پیچیده
اصلاح و تنظیم این آزمایش‌ها بیش از دو سال طول کشید. این آزمایش‌ها در یک آزمایشگاه زیرزمینی پر از تجهیزات پیچیده، مانند لیزر و دستگاه‌های پیچیده شده در آلومینیوم، انجام شد. دقت در این آزمایش‌ها بسیار حیاتی بود، چرا که حتی ناهماهنگی‌های کوچک می‌توانست نتایج را مخدوش کند.
با وجود ماهیت شگفت‌انگیز یافته‌هایشان، استاینبرگ تاکید کرد که این به معنای سفر در زمان یا نقض نظریه نسبیت خاص اینشتین نیست. بلکه، این نتایج ماهیت احتمالی مکانیک کوانتومی را نشان می‌دهد. در مکانیک کوانتومی، ذراتی مانند فوتون‌ها به یک خط زمانی ثابت محدود نیستند و در طیف وسیعی از احتمالات عمل می‌کنند. نکته مهم این است که فوتون‌های مشاهده شده هیچ اطلاعاتی را حمل نمی‌کردند و بنابراین با محدودیت سرعت جهانی که توسط نسبیت تعیین شده، مطابقت داشتند.
جنجال و تردید
مفهوم «زمان منفی» جامعه علمی را هم مجذوب و هم دو دسته کرده است. برخی آن را به عنوان یک پیشرفت در درک پدیده‌های کوانتومی می‌دانند، در حالی که برخی دیگر هنوز تردید دارند. برای مثال، زابینه هوسنفلدر، فیزیکدان نظری آلمانی، در یک ویدیوی یوتیوب که به طور گسترده دیده شد، از این تحقیق انتقاد کرد. او اظهار داشت که این یافته‌ها صرفاً تغییرات فاز در رفتار فوتون را توصیف می‌کنند و نه چیزی انقلابی در مورد خود زمان.
در پاسخ، آنگولو و استاینبرگ استدلال می‌کنند که کار آنها به نکات مهمی در درک اینکه چرا نور همیشه آنطور که انتظار می‌رود رفتار نمی‌کند، می‌پردازد. آنها جنجال پیرامون اصطلاحات خود را می‌پذیرند، اما بر نتایج تجربی خود تاکید می‌کنند و معتقدند که این نتایج می‌توانند راه‌های جدیدی را برای تحقیقات کوانتومی باز کنند.
آینده‌ای پر از سوال
با وجود ماهیت پیشگامانه این تحقیق، در حال حاضر کاربرد عملی ندارد. استاینبرگ اذعان کرد: «من در حال حاضر نمی‌دانم این یافته‌ها چه کاربردهایی می‌توانند داشته باشند.» با این حال، او نسبت به پتانسیل اکتشافات آینده خوش‌بین است و می‌گوید کاوش در چنین سؤالات بنیادی اغلب منجر به پیشرفت‌های غیرمنتظره می‌شود.
این مطالعه در حوزه همیشه در حال تکامل فیزیک کوانتومی، یادآوری می‌کند که هنوز بسیاری از اسرارآمیزترین رفتارهای جهان کشف نشده‌اند. چه «زمان منفی» به یک مفهوم پذیرفته شده تبدیل شود یا نه، بدون شک بحث‌های ارزشمندی را در مورد مرزهای درک انسان برانگیخته است.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: phys.org
