فیزیکدانان نور را در زمان به عقب و جلو بردند

مجموعه: اخبار علمی و آموزشی

تاریخ انتشار : شنبه, 19 آذر 1401 14:49

به گزارش ایسنا و به نقل از لایو ساینس، دانشمندان برای اولین بار کاری کردند که نور در زمان به طور همزمان به جلو و عقب حرکت کند.

این گزارش نشان می‌دهد که این روش جدید که توسط گروهی بین‌المللی از دانشمندان به دست آمده است، می‌تواند به ایجاد تکنیک‌های محاسباتی کوانتومی جدید 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 می‌دهند، به دست آمد.

"تغییر زمان کوانتومی" چیست؟

دو گروه مستقل از دانشمندان، آزمایش‌های خود را در کنار هم انجام دادند و به چیزی دست یافتند که آن را به عنوان «تغییر زمان کوانتومی» توصیف می‌کنند 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 برهم‌نهی کوانتومی و "تقارن بار، توازن و معکوس‌پذیری زمان"(CPT) به دست آمد که هر دو از اصول مکانیک کوانتومی هستند. به این معنی که خواص فیزیکی اتم‌ها و ذرات زیراتمی را توصیف می‌کنند.

اصل اول یعنی برهم‌نهی کوانتومی، پدیده‌ای است که می‌گوید 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 می‌کند هر سامانه‌ای که حاوی ذرات باشد از قوانین فیزیکی یکسانی تبعیت می‌کند، حتی اگر بار، مختصات فضایی و حرکات آنها دقیقاً معکوس شوند.

به لحاظ ریاضی به دلیل خطی بودن جواب‌های خالص معادله شرودینگر ما می‌توانیم با جمع هر حالت دلخواه از حالت‌های خالص دوباره به یک جواب حالت خالص دست پیدا کنیم. این جواب‌ها عمود برهم خواهند بود و این جواب خود یک جواب معادله شرودینگر است که به آن برهم‌نهی کوانتومی می‌گویند.

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

تقارن CPT نیز تقارن بنیادی قوانین فیزیک تحت تبدیلات همزمان درهم‌ریختن بار(C)، تبدیل توازن(P) و معکوس‌پذیری زمان(T) است. CPT تنها ترکیب  C ، P و T است که دقیقاً همان تقارن مشاهده شده طبیعت در سطح بنیادین است. نظریه CPT می‌گوید که تقارن CPT در تمام پدیده‌های فیزیکی وجود دارد.

هر گروه از دانشمندان نتایج آزمایش‌های خود را در یک مقاله منتشر کردند که البته هر دو هنوز مورد بررسی همتا قرار نگرفته‌اند.

دانشمندان می‌گویند، این آزمایش‌های جدید می‌توانند به توسعه نظریه یکپارچه گرانش کوانتومی کمک کنند.

آنها در طول آزمایشات خود، ذره‌ای از نور، یعنی یک فوتون را در حالت برهم‌نهی 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 برهم‌نهی از دو مسیر جداگانه از طریق عبور از یک بلور تقسیم کردند. در حالی که فوتون برهم‌نهی شده به صورت منظم در میان بلور حرکت می‌کرد، 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 فوتون‌های برهم‌نهی شده را با حرکت دادن آنها در بلور دیگری دوباره ترکیب کردند. آنها سپس قطبش فوتون را اندازه گرفتند و یک الگوی تداخل کوانتومی پیدا کردند. تشکیل این الگو که از نوارهای روشن و تیره تشکیل شده بود، تنها در صورتی امکانپذیر است که فوتون در هر دو جهت در زمان حرکت کرده باشد.

یافته‌های فیزیکدانان این پروژه می‌تواند امکان پردازش پیشرفته‌تری را در محاسبات کوانتومی فراهم کند، زیرا آنها نشان دادند که تغییرات یا تلنگرهای زمانی می‌توانند به درگاه‌های منطقی برگشت‌پذیر مرتبط شوند تا امکان محاسبه همزمان در هر دو جهت زمانی فراهم شود.

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