دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که به نظر می‌رسد نور گاهی قبل از ورود به یک ماده، از آن خارج می‌شود، اثری که به عنوان توهم ناشی از تغییر شکل امواج توسط ماده نادیده گرفته می‌شد.

اکنون، پژوهشگران دانشگاه تورنتو از طریق آزمایش‌های نوآورانه کوانتومی می‌گویند که ثابت کرده‌اند "زمان منفی" دیگر فقط یک ایده نظری نیست، بلکه به شکلی ملموس و فیزیکی وجود دارد و شایسته بررسی دقیق‌تر است.

این یافته‌ها که فعلا در پایگاه arXivمنتشر شده اما هنوز در یک مجله علمی داوری و منتشر نشده‌اند، توجه جهانی و همچنین شک‌ و تردیدهایی را به خود جلب کرده است.

پژوهشگران تأکید می‌کنند که این نتایجِ گیج‌کننده، به جای تغییر ریشه‌ای در درک ما از زمان، یک ویژگی خاص مکانیک کوانتومی را برجسته می‌کند.

آئفریم استینبرگ، استاد فیزیک کوانتومی تجربی در دانشگاه تورنتو درباره این کشف اظهار می‌کند: «صحبت از این موضوع حتی با دیگر فیزیک‌دانان نیز دشوار است. ما اغلب دچار بدفهمی می‌شویم.»

در حالی که اصطلاح "زمان منفی" ممکن است مانند مفهومی شبیه به داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر برسد، استینبرگ از به کار بردن این اصطلاح دفاع می‌کند و امیدوار است این اصطلاح باعث بحث‌های عمیق‌تری درباره اسرار فیزیک کوانتومی شود.

آزمایش‌های لیزری

سال‌ها پیش، این گروه تحقیقاتی، مطالعه برهمکنش‌های میان نور و ماده را آغاز کردند. هنگامی که ذرات نور، یا همان فوتون‌ها، از میان اتم‌ها عبور می‌کنند، برخی از آن‌ها توسط اتم‌ها جذب شده و بعداً دوباره تابش می‌شوند. این برهمکنش باعث تغییر اتم‌ها می‌شود و به طور موقت آن‌ها را در یک حالت انرژی بالاتر یا "برانگیخته" قرار می‌دهد تا زمانی که به حالت عادی بازگردند.

در پژوهشی به رهبری دانیلا آنگولو، این گروه تلاش کرد تا مدت زمانی را که این اتم‌ها در حالت برانگیخته باقی می‌مانند را اندازه‌گیری کند. و «این زمان منفی بود» به این معنی که بازه‌ای کمتر از صفر بود.

برای تصور این مفهوم، خودروهایی را که وارد یک تونل می‌شوند تصور کنید: قبل از این آزمایش، فیزیک‌دانان تشخیص داده بودند که در حالی که زمان متوسط ورود هزار خودرو ممکن است مثلاً ساعت ۱۲ ظهر باشد، اولین خودروها می‌توانند کمی زودتر خارج شوند، مثلاً ساعت ۱۱:۵۹ دقیقه قبل از ظهر. این نتیجه قبلاً به دلیل بی‌معنا بودن رد می‌شد.

آنچه آنگولو و همکارانش نشان دادند شبیه اندازه‌گیری سطح مونوکسید کربن در تونل پس از خروج اولین خودروها و مشاهده علامت منفی در اندازه‌گیری‌ها بود.

نسبیت همچنان پابرجاست

این آزمایش‌ها که در یک آزمایشگاه شلوغ زیرزمینی پر از سیم‌ها و دستگاه‌های پوشیده از آلومینیوم انجام شد، بیش از دو سال برای تعیین صحت آن زمان صرف شد. لیزرهای مورد استفاده باید با دقت بالایی تنظیم می‌شدند تا نتایج آزمایش را مخدوش نکنند.

با این حال، استینبرگ و آنگولو به سرعت شفاف‌سازی می‌کنند: هیچ‌کس ادعا نمی‌کند که سفر در زمان امکان‌پذیر است. «ما نمی‌خواهیم بگوییم چیزی به گذشته سفر کرده است، این یک سوءتفاهم است.»

توضیح این پدیده در مکانیک کوانتومی نهفته است، که ذراتی مانند فوتون‌ها به صورت احتمالاتی و مبهم رفتار می‌کنند، نه بر اساس قوانین سخت‌گیرانه دنیای بزرگ‌مقیاس.

این برهمکنش‌ها، به جای پیروی از یک جدول زمانی ثابت برای جذب و ساطع شدن، در طیفی از مدت زمان‌های ممکن اتفاق می‌افتند؛ برخی از آن‌ها شهود روزمره را زیر سؤال می‌برند.

مهم‌تر از همه، پژوهشگران می‌گویند که این یافته‌ها نظریه نسبیت خاص اینشتین را که می‌گوید هیچ چیز نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند، را نقض نمی‌کند. این فوتون‌ها هیچ اطلاعاتی حمل نمی‌کردند و به این ترتیب هیچ محدودیت کیهانی سرعتی را نقض نکردند.

کشفی بحث‌برانگیز

مفهوم "زمان منفی" هم تحسین و هم شک‌وتردید را، به ویژه از سوی شخصیت‌های برجسته جامعه علمی، به همراه داشته است.

سابین هاسنفلدر، فیزیک‌دان نظری آلمانی، یکی از افرادی است که در یک ویدئوی یوتیوبی با بیش از ۲۵۰,۰۰۰ بازدید، این کار را نقد کرد و گفت: «زمان منفی در این آزمایش ارتباطی با گذر زمان ندارد، بلکه فقط روشی برای توصیف نحوه عبور فوتون‌ها از یک محیط و تغییر فاز آن‌ها است.»

آنگولو و استینبرگ پاسخ دادند و استدلال کردند که پژوهش آن‌ها به شکاف‌های مهمی در درک این‌که چرا نور همیشه با سرعت ثابت حرکت نمی‌کند، می‌پردازد.

استینبرگ به بحث‌های پیرامون تیتر تحریک‌آمیز مقاله‌شان اذعان کرد اما اشاره کرد که هیچ دانشمند مهمی، نتایج تجربی آن‌ها را به چالش نکشیده است.

وی اظهار داشت:«ما انتخاب خود را درباره روشی که فکر می‌کنیم برای توصیف نتایج سازنده است، انجام داده‌ایم.» و سپس افزود که در حالی که کاربردهای عملی این پدیده هنوز ناشناخته‌اند، این یافته‌ها راه‌های جدیدی برای کاوش پدیده‌های کوانتومی باز می‌کنند.

استینبرگ می‌افزاید: «صادقانه بگویم، در حال حاضر هیچ راهی از چیزی که ما بررسی کرده‌ایم به سوی کاربردهای عملی نمی‌بینم. ما به فکر کردن درباره آن ادامه خواهیم داد، اما نمی‌خواهم مردم را زیادی امیدوار کنم.»

منبع: phys.org

arxiv.org