زمان ممکن است توهمی ناشی از درهم‌تنیدگی کوانتومی باشد

مطالعات جدید نشان می‌دهد زمان ممکن است از عناصر بنیادین واقعیت فیزیکی ما نباشد. محاسبات جدید از این ایده حمایت می‌کنند که زمان از درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیدار می‌شود که طی آن دو جسم ارتباطی ناگسستنی و درهم‌تنیده دارند، به‌طوری‌که صرف‌نظر از فاصله آن‌ها، برهم زدن یکی موجب برهم خوردن دیگری می‌شود.

به گزارش زومیت، الساندرو کوپو، پژوهشگر شورای ملی تحقیقات ایتالیا به نیوساینتیست می‌گوید: «قرن‌ها است زمان به‌عنوان یکی از عناصر ضروری و مسلم وارد فیزیک شده است. مبحث زمان در درک ما از واقعیت چنان ریشه عمیقی داشت که مردم فکر می‌کردند به تعریفی از زمان نیازی نیست».

وقتی در دهه ۱۹۰۰، نظریه‌های فیزیک کوانتوم و نسبیت عام و خاص دیدگاه‌های متناقضی درباره زمان ارائه کردند، طرز فکر دانشمندان درباره زمان عوض شد.

طبق نظریه نسبیت عام زمان می‌تواند در حضور گرانش خم و دچار اتساع شود.

در مبحث نسبیت عام، زمان در تار و پود جهان آمیخته شده است و واقعیت فیزیکی ما در چارچوب فضا-زمان تعریف می‌شود. بر اساس این نظریه، زمان می‌تواند در حضور گرانش خم و دچار اتساع شود. درمقابل، نظریه کوانتوم زمان را به‌عنوان پدیده‌ای درنظر می‌گیرد که انعطاف‌پذیر نیست و تغییر نمی‌کند.

نسبیت عام و نظریه کوانتوم اجسامی را در مقیاس‌های بسیار متفاوت مانند ستارگان و اتم‌ها توصیف می‌کنند، اما از آن‌جا که همه‌ی این اجرام در یک جهان وجود دارند، بسیاری از فیزیکدانان معتقدند تعریف  زمان باید در هر دو مورد با هم سازگار باشد. کوپو و همکارانش به دنبال چنین تعریف واحدی بودند. آن‌ها برای دستیابی به این هدف، ایده‌ی امیدوارکننده اما عجیبی را که مربوط به دهه ۱۹۸۰ می‌شد، تحت چندین آزمون ریاضی قرار دادند.

ایده مبتنی بر این موضوع است که وقتی می‌بینیم جسمی در طول زمان تغییر می‌کند، تنها علت آن است که آن جسم با یک ساعت درهم‌تنیدگی پیدا کرده است. براین‌اساس، یک ناظر خارجی که بیرون از سیستم درهم‌تنیده ایستاده است، جهانی کاملا ایستا و بدون تغییر را می‌بیند. دراین چارچوب، زمان صرفا نتیجه‌ای از در‌هم‌تنیدگی است.

کوپو و همکارانش در مدل ریاضی خود، زمان‌سنج را به‌عنوان سیستمی از آهنرباهای تئوریکی کوچک نشان دادند که با نوسانگر کوانتومی یا نسخه کوانتومی یک فنر درهم‌تنیده شده بود. چنین مدلی ازنظر ریاضی به‌خوبی تعریف شده است و امکان آزمایش‌های تجربی بیشتر را فراهم می‌سازد.

آن‌ها دریافتند سیستم آن‌ها را می‌توان با نسخه‌ای از معادله معروف شرودینگر توصیف کرد که برای پیش‌بینی رفتار ذرات کوانتومی استفاده می‌شود. البته دراین‌مورد باید تفاوتی اساسی را نیز وارد معادله کرد: درحالی‌که معادله شرودینگر متغیری دارد که آن را زمان می‌خوانیم، معادله جدید دارای متغیری است که حالات کوانتومی آهنربا را می‌شمارد.

محققان محاسبات خود را با این فرض تکرار کردند که آهنرباها و نوسانگرها به اندازه‌ای بزرگ هستند که اثرات کوانتومی موجب تغییر رفتار آن‌ها شود. آن‌ها پیش‌بینی کردند حتی برای اجسامی که به جای کوانتومی، کلاسیک به‌نظر می‌رسند، زمان می‌تواند پیامد درهم‌تنیدگی باشد و حق با آن ها بود.

معادلات آن‌ها با معادلاتی مطابقت داشت که فیزیکدانان از قرن نوزدهم برای پیش‌بینی رفتار اجسام کلاسیک از آن‌ها استفاده می‌کردند. با‌این‌حال، متغیری که مراحل رفتار نوسانگر را مشخص می‌کرد، محصول فرعی درهم‌تنیدگی کوانتومی بود.

باسیل  آلتای، از دانشگاه لیدز بریتانیا می‌گوید پژوهشگران درحال پیوند زدن زمان کلاسیک و کوانتومی هستند. او می‌افزاید این واقعیت که پژوهشگران سیستم محکم و خاصی را مطالعه کردند و به متغیری رسیدند که با زمان مرسوم مطابقت دارد، ممکن است حتی به این معنا باشد که باید در چارچوب فیزیک کوانتوم درباره زمان فکر کرد.

نظریه کوانتومی زمان را ثابت و انعطاف‌ناپذیر درنظر می‌گیرد
کوپو و همکارانش هم فکر می‌کنند درهم‌تنیدگی فقط در نظریه کوانتومی وجود دارد و مطالعه آن‌ها نشان می‌دهد زمان نیز از آن منشا می‌گیرد. او می گوید: «معتقدیم طبیعت واقعا کوانتومی است.» این امر می‌تواند به این معنا باشد که اگر ما گذر زمان را درک می‌کنیم، آنگاه نوعی درهم‌تنیدگی در دنیای فیزیکی وجود دارد و ناظر ایستاده در جهان عاری از درهم‌تنیدگی (طبق برخی تئوری‌ها، جهان در ابتدای پیدایش خود چنین شرایطی داشته است) شاهد هیچ تغییری نبوده و به چشم وی، همه چیز ثابت است.

حال، بزرگ‌ترین سوال این است که آیا می‌توانیم این ایده‌ها را آزمایش کنیم؟ ولاتکو ودرال از دانشگاه آکسفورد می‌گوید این فرض که زمان حاصل در‌هم‌تنیدگی کوانتومی است، امیدوارکننده است، اما پیش از اینکه بتوانیم زمان را به طور کامل و دقیق درک کنیم و آن را به شکل تجربی بررسی کنیم، نیاز است جزئیات بیشتری به معادلات خود اضافه کنیم.

به‌گفته‌ی ودرال، پژوهش جدید فرض می‌کند دو سیستم درهم‌تنیده با هم تعاملی ندارند، اما این امر ممکن است همیشه واقع‌بینانه نباشد. حتی ممکن است نیاز باشد زمان‌سنج و اشیاء دیگر با هم تعامل داشته باشند تا درهم‌تنیدگی حاصل شود. ودرال می‌گوید درک این موضوع که وقتی تعامل ادامه پیدا می‌کند، چه اتفاقی برای زمانی می‌افتد که ناشی از درهم‌تنیدگی است، می‌تواند برای تدوین تئوری‌های آزمایش‌پذیر درمورد گرانش کوانتومی بسیار مهم باشد.

یافته‌های مطالعه در مجله‌ی Physical Review A منتشر شده است.