تجربة فيزيائية تظهر كيف ينشأ الزمن من التشابك الكمي


حين بزغت الأفكار الجديدة في ميكانيكا الكمّ وانتشرت في العلوم كالنيران في النصف الأول من القرن العشرين، أول ما فعله الفيزيائيون هو تطبيقها على الجاذبية والنسبية العامة. ولكن النتائج كانت غير مرضية، إذ ظهرت قيم لانهائية في المعادلات مما جعل من المستحيل استيعابها. فأصبح من الواضح أن مؤسستَي العلم الحديث متعارضتان بشكلٍ كبير.



جون ويلر

ثمّ في منتصف الستينيات، نجح الفيزيائيان جون ويلر وبريس دويت في مزج هذه الأفكار المتعارضة فيما عُرِفَ بمعادلة ويلر-دويت. استطاعت هذه المعادلة تجنب القيم اللانهائية، ولكن سرعان ما لوحظ أنها قدمت مشكلة أخرى وهي أن الوقت لا يلعب دور فيها. هذا يعني، طبقًا، لهذه المعادلة، أن لا شيء يحدث في الكون، وهذا، بوضوح، يُعارض الأدلة الملحوظة لأن الكون يتطور.



ويليام فوترز

دون بيدج ( يحمل ورقة 100 دولار الذي ربحها من رهان مع ستيفن هوكنج )


حتى جاء عالِمَا الفيزياء النظرية دون بيدج وويليام فوترز عام 1983 بحلٍ جيّد مبني على ظاهرة التشابك الكمّي - وهي ظاهرة غرببة جدًا حيثُ يرتبط جسيمان كمّيَّان ويتشاركا في الخواص الفيزيائية رغم انفصالهم. لقياس الوقت، قال بيدج وفولترز بأن طريقة تطور جسيمين كميَّيَن هو نوع من الساعة التي يمكن استخدامها لقياس التغيُّر.

حين تتشابك الأشياء كمّيًّا، فقياس خواص أحدها يُغيّر من الآخر. فأظهروا رياضيًا أن ساعة متشابكة كمّيا مع باقي الكون ستدق لو تمّ ملاحظتها من داخل الكون. ولكن لو افترضنا وجود شخص يلاحظ من خارج الكون، فسيرى الكون ساكنًا. هذا يعني أن الوقت قد يكون وهمًا، فهو ينشأ فقط من التشابك الكمي، ولا يلحظه إلا من بداخل الكون نفسه.

بالطبع، أفكار بيدج وفوترز بدون الأدلة التجريبية هي مجرد فلسفة مثيرة للفضول. ولكن ليس بعد الآن، تمكّن (ايكاترينا موريفا) وزملاؤه من معهد INRIM بإيطاليا من القيام بأول تجربة لاختبار أفكار بيدج وفوترز، وهم يؤكدون أن الزمن بالفعل ينشأ نتيجة التشابك الكمي، وإن يكن في "كون دُمية".

هذا "الكون" عبارة عن زوجٍ من الفوتونات متشابكَين كمّيًّا، وتتم ملاحظة حالتهم بإحدى الطريقتين. الأولى، المراقب يلاحظ تطور النظام عن طريق التشابك به. الثانية، مراقب يلاحظ التطور مقارنةً بساة خارجية غير معتمدة إطلاقًا على هذا "الكون". التفاصيل التجريبية مباشرة.

كلٌ من الفوتونات المتشابكة لديه استقطاب يمكن تغييره بتمريرها في صفيحة مزدوجة الانكسار. في التجهيز الأول للتجربة، يقيس المراقب استقطاب فوتون واحد، وبالتالي يكون متشابكًا معه. ثم تتم مقارنة هذا بالفوتون الثاني. الفرق هو قياس للزمن. تمّ إعادة التجربة أكثر من مرة بسمك مختلف للصفيحة في كل مرة.

في التجهيز الثاني، يمر زوج الفوتونات في الصفيحة مما يغير من استقطابهم، ولكن هذه المرة، يقيس المراقب الخواص الشاملة لكلا الفونين بمقارنتهم بساعة مستقلة. في هذه الحالة، لا يستطيع المراقب كشف أي اختلاف بين الفوتونين بدون التشابكم كميًا بأحدهم. وبما أنه ل يوجد اختلاف، فالنظام يظهر ساكنًا، أي أنّ الزمن لا ينشأ.

Quantum Experiment Shows How Time ‘Emerges’ from Entanglement

Entangled toy universe shows time may be an illusion