ماذا لو لم يكن الوقت أساسيًا؟ لقد اختبر الفيزيائيون الفكرة للتو في المختبر

كشف “الكون الصغير” الكمي المصنوع من ذرات فائقة البرودة أن الزمن يمكن أن ينشأ من تغيرات الإنتروبيا داخل النظام، مما يوفر رؤية تجريبية لواحد من أعمق ألغاز الفيزياء.

أحد العلماء في جامعة برمنجهام لقد أنشأ “كونًا صغيرًا” يمكن أن يساعد في الإجابة على أحد أهم الأسئلة العلمية: ما هو الوقت؟

وفي دراسة نشرت في أبحاث المراجعة البدنيةيوضح البروفيسور جيوفاني بارونتيني أنه من الممكن تتبع مرور الوقت دون الاعتماد على الساعة. يقدم البحث نموذجا ينشأ فيه شكل من أشكال الزمن بشكل طبيعي من سلوك النظام محل الدراسة.

تشير بعض نظريات الفيزياء، بما في ذلك معادلة ويلر-ديويت، إلى أن الزمن ليس خاصية أساسية للكون. بدلًا من ذلك، قد يوجد الكون كحالة كمومية واحدة لا تتغير، حيث تُظهر الجسيمات سلوكًا يشبه الموجة وسلوكًا يشبه الجسيم. من وجهة النظر هذه، لا توجد ساعة خارجية، وتجربة الزمن تنشأ من العلاقات بين أجزاء مختلفة من النظام.

الكون بلا عقارب وطبيعة الزمن

لاستكشاف هذه الفكرة، أنشأ بارونتيني نظامًا كميًا مغلقًا باستخدام سحابة مكونة من 24000 ذرة فائقة البرودة، تم تبريدها إلى بضعة أجزاء من المليار من الدرجة الأعلى فقط. الصفر المطلق. تم احتجاز الذرات وفصلها بواسطة حاجز رقيق تم إنشاؤه باستخدام شعاعي ليزر بترددات مختلفة، مما يشكل منطقة “ساطعة” ملحوظة ومنطقة “مظلمة” غير ملحوظة.

تتوسع المنطقة المضيئة بشكل متكرر وتتقلص، لتشبه أ الانفجار العظيم يليه الانسحاق الكبير، وهو سيناريو افتراضي ينعكس فيه توسع الكون في النهاية. ونظرًا لأنه يمكن إعادة بناء تسلسل الأحداث من داخل النظام، فإن التجربة لا تتطلب أي إشارة إلى ساعة خارجية.

تظهر النتائج أن الزمن يمكن أن ينشأ من التغيرات التي تحدث داخل النظام الكمي بدلاً من وجوده كميزة خارجية مستقلة.

كشف الكون المصغر أيضًا أن الوقت يمكن أن ينشأ من الإنتروبيا، أو انتشار أو اضطراب الجسيمات داخل النظام. واستطاعت الذرات التنقل بين المناطق المضيئة والمظلمة بينما ظل النظام معزولا عن العالم الخارجي.

بناء كون صغير من ذرات فائقة البرودة

ومع تحرك الذرات داخل وخارج المنطقة المضيئة، تغير توزيع الجزيئات. وعندما زاد هذا التوزيع أو انخفض، تحرك النظام بشكل فعال إلى الأمام في الوقت المناسب. وعندما ظل التوزيع دون تغيير، توقف الوقت فعليًا. ويصف بارونتيني هذه العملية بأنها “زمن انتروبي” لأنه:

• يتدفق في اتجاه واحد، مما يخلق “سهم الزمن” الواضح
• يرتب الأحداث بشكل صحيح، حتى في النظام الذي يتوسع وينكمش مثل الكون المصغر
• يتسارع أو يتباطأ اعتمادًا على كيفية إعادة توزيع الإنتروبيا

الوقت الانتروبيا وسهم الزمن

قال البروفيسور بارونتيني: “في بعض نظريات الكون، وخاصة الجاذبية الكمية، لا يبدو الوقت كميزة مدمجة. ومع ذلك، في الحياة اليومية، يتدفق الوقت من الماضي إلى المستقبل – لماذا يحدث هذا، عندما تعمل معظم قوانين الفيزياء الأساسية بنفس الطريقة للأمام والخلف؟

“توفر هذه الدراسة أول دليل تجريبي محكم على أنه يمكن تعريف “الوقت” من خلال التغييرات داخل النظام بدلاً من “الساعة الموقوتة” الخارجية التي نعتقد أنها وقت. إنها تقدم رؤية جديدة لطبيعة الوقت في الجاذبية الكمومية التي يمكن استخدامها لوصف الديناميكيات بنفس فعالية الوقت التقليدي. ”

وتظهر الدراسة أيضًا أنه يمكن التعبير عن نسخة من معادلة شرودنغر، وهي إحدى المعادلات المركزية في ميكانيكا الكم، باستخدام الزمن الانتروبيا. وهذا يسمح للباحثين بالتنبؤ بكيفية تطور “السحابة الاحتمالية” للنظام الكمي بمرور الوقت.

الأدلة التجريبية للزمن الناشئ

يتناول البحث سؤالًا طويل الأمد في الفيزياء: إذا كانت بعض نظريات الكون لا تحتوي على ساعة مدمجة، فكيف يمكن ترتيب الأحداث دون قياس خارجي للوقت؟

أظهر بارونتيني أن النظام لا يزال يتبع القوانين القياسية لفيزياء الكم، موضحًا أن الأسئلة حول طبيعة الزمن، التي كانت تقتصر في السابق على نظريات الكون بأكمله، يمكن الآن التحقق منها من خلال التجارب المعملية الخاضعة للرقابة.

توفر التجربة أرضية اختبار قيمة للأفكار في علم الكون الكمي والجاذبية، مما يجعل من الممكن فحص المفاهيم المتعلقة بالكون المبكر في ظل ظروف معملية.

يمكن تطبيق هذه الطريقة في النهاية على أنظمة أكثر تعقيدًا، مما يسمح للعلماء بدراسة فيزياء كل من الانفجار الكبير والانسحاق الكبير. وقد يساعد أيضًا الباحثين على محاكاة الثقوب السوداء في المختبر وتقييم النظريات المتنافسة حول كيفية ظهور الوقت في الكون.

المرجع: “”اختبار مشكلة الزمن بالذرات الباردة”” بقلم جيوفاني بارونتيني، ١١ يونيو ٢٠٢٦، أبحاث المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/1h9j-df4k

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.