یک مطالعه جدید نشان می دهد که زمان ممکن است عنصر اساسی جهان نباشد، بلکه یک توهم است که از درهم تنیدگی کوانتومی پدید می آید.
زمان برای فیزیکدانان مشکلی است. رفتار ناسازگار آن بین بهترین نظریههای ما درباره جهان به بنبستی کمک میکند که محققان را از یافتن یک نظریه همه چیز یا چارچوبی برای توضیح تمام فیزیک در جهان بازمیدارد.
اما در مطالعه جدید، محققان پیشنهاد می کنند که ممکن است سرنخی برای حل این مشکل پیدا کرده باشند: با تبدیل زمان به نتیجه درهم تنیدگی کوانتومی، ارتباط عجیب بین دو ذره دور از هم. این تیم یافته های خود را در ۱۰ می در مجله Physical Review A منتشر کرد.
الساندرو کوپو، نویسنده اول، فیزیکدان در شورای ملی تحقیقات ایتالیا، به Live Science گفت: راهی برای معرفی زمان وجود دارد که با قوانین کلاسیک و قوانین کوانتومی سازگار است و مظهر درهم تنیدگی است. ساعت و سیستم ظهور زمان را ایجاد می کند، یک عنصر اساسی در زندگی ما.
زمانش فرا رسیده است
در مکانیک کوانتومی، بهترین نظریه ما در مورد جهان میکروسکوپی، زمان یک پدیده ثابت است – جریانی غیرقابل اجتناب و یک جهته از گذشته به حال. از سیستمهای کوانتومی عجیب و غریب و دائماً در حال تغییری که اندازهگیری میکند بیرون باقی میماند و تنها با مشاهده تغییرات موجودات بیرونی مانند عقربههای ساعت قابل مشاهده است.
با این حال، طبق نظریه نسبیت عام انیشتین – که اجرام بزرگتر مانند بدن، ستاره ها و کهکشان های ما را توصیف می کند – زمان با فضا در هم تنیده شده است و می تواند با سرعت های بالا یا در حضور گرانش منحرف و منبسط شود. این امر دو بهترین نظریه ما را از واقعیت در بن بست اساسی قرار می دهد. بدون حل آن، یک نظریه منسجم از همه چیز دور از دسترس باقی می ماند.
کوپو می گوید: به نظر می رسد یک تناقض جدی در نظریه کوانتومی وجود دارد. این همان چیزی است که ما آن را مشکل زمان می نامیم.
برای حل این مشکل، محققان به نظریه ای به نام مکانیسم پیج و ووترز روی آوردند. این نظریه که اولین بار در سال ۱۹۸۳ ارائه شد، نشان می دهد که زمان برای یک جسم از طریق درهم تنیدگی کوانتومی آن با شی دیگر که به عنوان ساعت عمل می کند پدیدار می شود. از سوی دیگر، برای یک سیستم غیر درهم تنیده، زمان وجود ندارد و سیستم جهان را منجمد و تغییرناپذیر درک می کند.
فیزیکدانان با اعمال مکانیسم پیج و ووترز در دو حالت کوانتومی نظری درهم تنیده اما غیر متقابل – یکی نوسانگر هارمونیک ارتعاشی و دیگری مجموعه ای از آهنرباهای کوچک که به عنوان یک ساعت عمل می کنند – دریافتند که سیستم آنها را می توان کاملاً با معادله شرودینگر توصیف کرد. رفتار اجسام کوانتومی را پیش بینی می کند. با این حال، به جای زمان، نسخه آنها از معادله معروف مطابق با حالت آهنرباهای کوچکی بود که به عنوان یک ساعت عمل می کنند.
این بینش جدید نیست، اما قدم بعدی تیم بود. آنها محاسبات خود را دو بار تکرار کردند، ابتدا فرض کردند که ساعت مغناطیسی و سپس نوسانگر هارمونیک اجسام ماکروسکوپی (بزرگتر) هستند. معادلات آنها به معادلات فیزیک کلاسیک ساده شده و نشان می دهد که جریان زمان نتیجه درهم تنیدگی حتی برای اجسام در مقیاس بزرگ است.
کوپو گفت: «ما قویاً معتقدیم که جهت درست و منطقی شروع از فیزیک کوانتومی و درک چگونگی رسیدن به فیزیک کلاسیک است، نه برعکس.»
سایر فیزیکدانان احتیاط کرده اند. علیرغم اینکه مکانیسم پیج و ووترز را ایدهای جذاب برای منشأ کوانتومی زمان میدانستند، آنها گفتند که هنوز چیزی قابل آزمایش ارائه نکرده است.
ولاتکو ودرال، استاد علوم اطلاعات کوانتومی در دانشگاه آکسفورد که در این کار دخالتی نداشت، گفت: بله، از نظر ریاضی سازگار است که زمان جهانی را به عنوان درهم تنیدگی بین میدانهای کوانتومی و حالتهای کوانتومی فضای سهبعدی در نظر بگیریم. علم زنده. با این حال، هیچ کس نمی داند که آیا چیز جدیدی یا مثمر ثمری از این تصویر بیرون خواهد آمد – مانند تغییراتی در فیزیک کوانتومی و نسبیت عام، و آزمایش های تجربی مربوطه.
علیرغم این تردیدها، ساختن نظریههای پایهای از زمان از مکانیک کوانتومی ممکن است مکان امیدوارکنندهای برای شروع باشد – تا زمانی که بتوان آنها را برای آزمایشها شکل داد.
آدام فرانک، فیزیکدان نظری در دانشگاه روچستر در نیویورک که در این مطالعه شرکت نداشت، به لایو ساینس گفت: شاید چیزی در مورد درهم تنیدگی وجود داشته باشد که نقشی را ایفا کند. ‘شاید تنها راه برای درک زمان از منظری از دید خدا نباشد، بلکه از درون، از منظری باشد که بپرسیم چه چیزی در زندگی است که چنین ظاهری از جهان را نشان می دهد.’
