نگاهی نو به رازهای زمان در مقیاس کوانتومی
همشهری آنلاین – یکتا فراهانی: در جهان الکترون‌ها و امواج کوانتومی، مفهوم «اکنون» گاهی همچون مه در هم می‌پیچد و تعریف «آغاز» گم می‌شود. چگونه می‌توان در چنین جهانی، گذر زمان را سنجید؟
تحولی در اندازه‌گیری زمان
تصور کنید در جایی هستید که هیچ ساعتی وجود ندارد، نه آغازی تعریف شده است و نه پایانی مشخص. در چنین جهانی، سنجش زمان چیزی فراتر از شمارش ساده ثانیه‌هاست. فیزیکدانان سوئدی در دانشگاه اوپسالا موفق شده‌اند باتکیه‌بر رفتار عجیب و رمزآلود الکترون‌ها، راهی بی سابقه برای اندازه گیری زمان کشف کنند؛ راهی که به هیچ نقطه شروعی نیاز ندارد. این کشف می‌تواند درک ما از زمان در دنیای فناوری‌های فوق‌سریع، همچون رایانه‌های کوانتومی، را متحول کند.
راز سنجش زمان در دنیای بدون ساعت
در دنیای روزمره، زمان را با شمارش ثانیه‌ها می‌سنجیم؛ اما در مقیاس کوانتومی، جایی که الکترون‌ها با سرعتی سرسام‌آور در حرکت‌اند، چنین تعریفی کاربرد ندارد. در این جهان مه‌آلود، «اکنون» مفهومی لغزان است و «آغاز» اغلب محو و ناشناخته باقی می‌ماند. ساعت‌های معمولی در این دنیای پرهیاهو بی‌فایده‌اند.
بیشتر بخوانید:
- مفاهیم: الکترون‌ولت چیست؟
- این کشف شگفت‌انگیز ژاپنی‌ها می‌تواند آینده ارتباطات را متحول کند!
ورود به دنیای اتم‌های بادکرده
راهکار پیشنهادی دانشمندان سوئدی به سراغ یکی از ویژگی‌های خاص کوانتوم می‌رود: اتم‌های رایبدگ. این اتم‌ها شبیه بادکنک‌های بزرگ شده‌ای هستند که با نور لیزر باد شده‌اند و الکترون‌هایشان در مدارهایی بسیار دور از هسته حرکت می‌کنند. مهار این اتم‌های غول‌آسا با لیزر، ابزاری قدرتمند برای مطالعه خواص عجیبی است که در دنیای کوانتوم رخ می‌دهد.
لیزرها و بازی زمان
در بسیاری از آزمایش‌ها، با کمک لیزرها الکترون‌ها به حالت‌های پرانرژی تحریک می‌شوند. سپس با استفاده از یک لیزر دوم، دانشمندان می‌توانند حرکت الکترون‌ها را بررسی کنند. این تکنیک موسوم به «پمپ – پروب» به آن‌ها اجازه می‌دهد سرعت و تغییرات الکترون‌ها را با دقتی فوق‌العاده اندازه بگیرند. اما آنچه در این مطالعه اهمیت دارد، شکلی متفاوت و ظریف‌تر از این بازی نور است.
اثر انگشت‌های زمان
حرکات الکترون‌ها در حالت رایبدگ شبیه به بازی پیچیده‌ای از امواج است. هنگامی که چندین بسته موج رایبدگ با هم در یک فضا حرکت می‌کنند، تداخل‌هایی ایجاد می‌شود که الگوهای بسیار خاص و منحصربه‌فردی را شکل می‌دهد. این الگوهای تداخلی به‌مثابه اثر انگشت‌هایی از زمان هستند: هر الگویی نشان‌دهنده مدت زمانی مشخص از تکامل این بسته‌های موج است.
زمان بدون نیاز به شمارش
به‌جای شروع یک شمارنده از صفر، محققان تنها کافی است الگوی تداخلی بسته‌های موج را مشاهده کنند تا بفهمند چه مدت‌زمان گذشته است. به گفته مارتا برهولتس، فیزیکدان سرپرست این مطالعه، دیگر نیازی نیست ساعت را شروع کنید. کافی است به ساختار تداخل نگاه کنید و بگویید: خب، ۴ نانوثانیه گذشته است.
آینده‌ای روشن برای ساعت‌های کوانتومی
این کشف می‌تواند به ابزارهای جدیدی برای اندازه‌گیری زمان در مقیاس‌های فوق‌سریع منجر شود، جایی که تعریف یک‌لحظه شروع یا پایان بسیار دشوار است. همچنین می‌توان با استفاده از اتم‌های دیگر یا تغییر انرژی پالس‌های لیزر، دامنه این روش را گسترش داد و «دفترچه راهنمای اثر انگشت‌های زمان» را تکمیل کرد.
وقتی آغاز معنا ندارد
دستاورد تازه دانشمندان دانشگاه اوپسالا در زمینه سنجش زمان، مرزهای دانش بشری درباره ماهیت زمان را به لرزه درآورده است. در جهانی که آغاز و پایان آن در هاله‌ای از ابهام فرورفته، فیزیکدانان موفق شده‌اند بدون تکیه بر شمارش سنتی، تنها از روی امواج کوانتومی، گذر زمان را ردیابی کنند. این پیشرفت می‌تواند مسیر تازه‌ای برای درک بهتر ما از رویدادهای سریع، رایانه‌های کوانتومی و حتی ماهیت بنیادین زمان باز کند؛ مسیری که شاید در آینده‌ای نزدیک، شکل تازه‌ای به زندگی علمی و فناورانه بشر ببخشد.
