پیکان زمان و معکوس شدن آن در آزمایش های کوانتومی

Is Reversing Time Possible?دانشمندان نشان داده اند که می توان با استفاده از فیزیک کوانتوم یک فرآیند فیزیکی بنیادی مربوط به پیکانِ زمان (arrow of time) را معکوس کرد. در واقع آزمایش هایی در سطح ذرات ریز نشان داد که اجزای سازندۀ جهان ما می توانند به عقب حرکت کنند- نه صرفاً به جلو.قانون دوم ترمودینامیک بیانگر و مدافع این اصل است که بی نظمی- یا اِنتروپی (entropy)- به مرور زمان افزایش می یابد. این اصل برای درک ما از جهان، یک اصل اساسی است. مفهوم «پیکان زمان» که ستاره شناس انگلیسی، آرتور ادینگتون در سال 1927 آن را بسط داد، توضیح می دهد که چرا به نظر می رسد همه چیز در اطراف ما در پهنۀ زمان در حال حرکت است. این اصل نه تنها تبیین می کند که چرا قهوه همیشه سرد می شود بلکه مرگِ سردِ (cold death) نهاییِ جهان را نیز پیش بینی می کند.عده ای از محققان می گویند «با آشکار کردن تأثیر اساسیِ همبستگی های اولیۀ کوانتومی بر پیکان زمان، آزمایش ما برهم کُنش ظریفِ مکانیک کوانتومی، ترمودینامیک و نظریه اطلاعات را نشان می دهد. [آزمایش] ثابت می کند که پیکان زمان یک مفهوم مطلق نیست، بلکه نسبی است که به انتخاب شرایط اولیه بستگی دارد.» [1] به تعبیر دیگر، فیزیک کوانتومی بار دیگر نشان داد که جهان بسیار پیچیده تر از آن است که فیزیک کلاسیک بتواند توضیح دهد.ذرات ممکن است در سطح میکروسکوپی به نحو متفاوتی عمل کنندجهت پیکان زمان را می توان در سطحی واقعاً ریز یا میکروسکوپی مورد مطالعه قرار داد. در حالی که به نظر می رسد همه چیز در سطح ماکروسکوپی و کلان رو به جلو پیش می رود، اما این امر لزوماً در مقیاس بسیار ریز صادق نیست. یک پژوهش جدید بر مبنای شواهد تجربی در مقیاس بسیار ریز نشان می­ دهد که پیکان زمان در عمل برگشت پذیر است. این پژوهش بر مفهوم ذرات همبسته (correlated particles) تکیه داشت. شاید در مورد «درهم تنیدگی کوانتومی» (quantum entanglement) شنیده باشید: این ایده که وضعیت هر ذره در یک «درهم تنیدگی» را فقط می توان با وضعیت سایر ذرات گروه توصیف کرد. بدین نحو، ذرات همبسته به هم متصل شده و اطلاعات را به اشتراک می گذارند. پیوند آنها به اندازۀ ذرات درهم تنیده قوی نیست.همبسته بودن به دانشمندان اجازه داد تا اِنتروپی را معکوس کنندThe nucleus of an atom contains protons and neutrons, pictured here in red and green.دانشمندان با استفاده از مولکولِ تری-کلرومتان (trichloromethane)- هیدروژن و کربن- دمای هسته ­ها را در دو اتم آن تغییر دادند. آنها هستۀ هیدروژن را گرمتر از هستۀ کربن کردند. وقتی ذرات با هم همبسته نبودند، پیکان زمان درست بر حسب انتظار، به جلو حرکت می کرد: گرما از هستۀ هیدروژن داغ جاری می شد و کربن سردتر را گرم می کرد. اما وقتی دانشمندان ذرات همبسته را مشاهده کردند، عکس این ماجرا اتفاق افتاد: یعنی هیدروژن داغ تر شد و کربن سرد! این رویداد نشان دهندۀ معکوس شدن پیکان زمان در سطح میکروسکوپی است.این رویداد ممکن است از دید یک فیزیکدان تیزبین، قانون دوم ترمودینامیک را نقض کند. اما تبیین دانشمندان این است که این قانون، همبسته ­بودن (correlation) را در نظر نمی گیرد؛ بلکه فرض می کند که ذرات بدون همبستگی هستند. محققان می گویند یافته های آنها نشان می دهد که پیکان زمان «یک مفهوم مطلق نیست بلکه نسبی است» و هنگامی که بحث جریان های حرارتی به میان می آید، ممکن است سیستم های میکروسکوپی با قوانین استاندارد و جاافتادۀ فیزیک محدود نشوند. آنها نتیجه می گیرند که «اندازه گیری دقیق این تأثیر با توجه به اندازۀ سیستم، یک موضوع جالب برای پژوهش­های تجربی و نظری آینده است. نتایج ما در مورد پیکانِ ترمودینامیکیِ زمان ممکن است پیامدهای جالب و برانگیزنده ای بر روی پیکانِ کیهانیِ زمان داشته باشد.»------------------------------------------------------------------------------------------------[1] Reversing the direction of heat flow using quantum correlations, Kaonan Micadei, John P. S. Peterson, Alexandre M. Souza, Roberto S. Sarthour, Ivan S. Oliveira, Gabriel T. Landi, Tiago B. Batalhão, Roberto M. Serra, Eric Lutzمطالب فوق ترجمه ای است از لینک زیر:https://www.newsweek.com/quantum-physics-reverse-arrow-time-correlation-729948