تدخل قبل أن تخرج! .. علماء يكشفون حقيقة 'الوقت السلبي'
نيسان ـ نشر في 2024-10-06 الساعة 12:25
x
نيسان ـ هل يمكنك الخروج من غرفة قبل دخولها؟، قد تبدو هذه فكرة مجنونة ولكن في "الوقت السلبي" قد يكون ذلك ممكناً، على الأقل بالنسبة للفوتونات.
في دراستهم المنشورة مؤخراً، قال فريق من الباحثين من جامعة تورنتو أنهم لاحظوا خروج الفوتونات من مادة قبل دخولها، هذه هي المرة الأولى التي يعثر فيها العلماء على دليل على الوقت السلبي.
وقد يبدو التأخير الزمني السلبي متناقضًا، لكن ما يعنيه هو أنه إذا قمت ببناء ساعة "كمية" لقياس مقدار الوقت الذي تقضيه الذرات في الحالة المثارة، فإن عقرب الساعة، في ظل ظروف معينة، سيتحرك للخلف بدلاً من الأمام، كما قال جوزايا سينكلير، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والذي عمل سابقاً مع مؤلفي الدراسة، لمجلة "ساينتفك أمريكان".
وتم اكتشاف التأخير الزمني السلبي على مدى السنوات السبع الماضية.
وكان الباحثون يدرسون "الإثارة الذرية"، وهي ظاهرة تحدث نتيجة للتفاعل بين الضوء والمادة.
وأثناء الإثارة الذرية، تمتص الإلكترونات في الذرة الطاقة من الضوء وتقفز إلى مستوى طاقة أعلى، ومع ذلك، فإن هذه الزيادة في الطاقة ليست دائمة، وسرعان ما تعود الإلكترونات إلى مستوياتها السابقة وتطلق الفوتونات.
وهذه العملية تسبب تأخيراً، مما يجعل الضوء يستغرق وقتاً أطول للمرور عبر المادة، مقارنةً بما إذا لم يتم امتصاصه وإعادة إطلاقه بواسطة الذرات.
وأجرى مؤلفو الدراسة تجربة لفحص هذا التأخير الزمني (المعروف أيضاً باسم تأخير المجموعة) في الفوتونات، فأطلقوا الفوتونات على ذرات الروبيديوم شديدة البرودة ودرسوا الإثارة الذرية.
أدت هذه التجربة إلى ملاحظة مفاجئة، إذ لاحظ الباحثون أن بعض الفوتونات مرت عبر الذرات بشكل أسرع، مما يمكن لعملية الإثارة الذرية أن تكتمل، أدى هذا إلى وقت عبور سلبي، مما جعل الأمر يبدو وكأن الفوتونات خرجت من المادة قبل أن تدخلها بالفعل،
وقال أفرايم شتاينبرغ، أحد مؤلفي الدراسة وفيزيائي الكم في جامعة تورنتو: " يبدو الأمر جنونياً، أعلم. استغرق الأمر وقتاً إيجابياً، لكن تجربتنا التي لاحظت أن الفوتونات يمكن أن تجعل الذرات تبدو وكأنها تقضي وقتاً (سلبياً) في الحالة المثارة قد انتهت!".
ونشر شتاينبرغ، على منصة إكس قائلاً: " الوقت السلبي يؤثر على الفيزياء ولكن ليس علينا كانت هذه التجربة خاصة ومملة للغاية، على سبيل المثال، استغرق تطوير الجهاز الذي تفاعلت فيه الفوتونات مع ذرات الروبيديوم شديدة البرودة ثلاث سنوات".
و وفقاً للباحثين، تشير نتائج هذه التجربة إلى أن القيم السلبية التي تم أخذها بواسطة أوقات مثل تأخير المجموعة، لها أهمية فيزيائية أكبر مما كان يُعتقد عموماً.
ومن النقاط المهمة التي يجب ملاحظتها أن الفوتونات في التجربة لم تحمل أي معلومات عن طبيعة الزمن، لذا فإن نتائج هذه التجربة لا تتعارض مع فهمنا للزمن والفوتونات في إطار نظرية النسبية الخاصة.
في دراستهم المنشورة مؤخراً، قال فريق من الباحثين من جامعة تورنتو أنهم لاحظوا خروج الفوتونات من مادة قبل دخولها، هذه هي المرة الأولى التي يعثر فيها العلماء على دليل على الوقت السلبي.
وقد يبدو التأخير الزمني السلبي متناقضًا، لكن ما يعنيه هو أنه إذا قمت ببناء ساعة "كمية" لقياس مقدار الوقت الذي تقضيه الذرات في الحالة المثارة، فإن عقرب الساعة، في ظل ظروف معينة، سيتحرك للخلف بدلاً من الأمام، كما قال جوزايا سينكلير، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والذي عمل سابقاً مع مؤلفي الدراسة، لمجلة "ساينتفك أمريكان".
وتم اكتشاف التأخير الزمني السلبي على مدى السنوات السبع الماضية.
وكان الباحثون يدرسون "الإثارة الذرية"، وهي ظاهرة تحدث نتيجة للتفاعل بين الضوء والمادة.
وأثناء الإثارة الذرية، تمتص الإلكترونات في الذرة الطاقة من الضوء وتقفز إلى مستوى طاقة أعلى، ومع ذلك، فإن هذه الزيادة في الطاقة ليست دائمة، وسرعان ما تعود الإلكترونات إلى مستوياتها السابقة وتطلق الفوتونات.
وهذه العملية تسبب تأخيراً، مما يجعل الضوء يستغرق وقتاً أطول للمرور عبر المادة، مقارنةً بما إذا لم يتم امتصاصه وإعادة إطلاقه بواسطة الذرات.
وأجرى مؤلفو الدراسة تجربة لفحص هذا التأخير الزمني (المعروف أيضاً باسم تأخير المجموعة) في الفوتونات، فأطلقوا الفوتونات على ذرات الروبيديوم شديدة البرودة ودرسوا الإثارة الذرية.
أدت هذه التجربة إلى ملاحظة مفاجئة، إذ لاحظ الباحثون أن بعض الفوتونات مرت عبر الذرات بشكل أسرع، مما يمكن لعملية الإثارة الذرية أن تكتمل، أدى هذا إلى وقت عبور سلبي، مما جعل الأمر يبدو وكأن الفوتونات خرجت من المادة قبل أن تدخلها بالفعل،
وقال أفرايم شتاينبرغ، أحد مؤلفي الدراسة وفيزيائي الكم في جامعة تورنتو: " يبدو الأمر جنونياً، أعلم. استغرق الأمر وقتاً إيجابياً، لكن تجربتنا التي لاحظت أن الفوتونات يمكن أن تجعل الذرات تبدو وكأنها تقضي وقتاً (سلبياً) في الحالة المثارة قد انتهت!".
ونشر شتاينبرغ، على منصة إكس قائلاً: " الوقت السلبي يؤثر على الفيزياء ولكن ليس علينا كانت هذه التجربة خاصة ومملة للغاية، على سبيل المثال، استغرق تطوير الجهاز الذي تفاعلت فيه الفوتونات مع ذرات الروبيديوم شديدة البرودة ثلاث سنوات".
و وفقاً للباحثين، تشير نتائج هذه التجربة إلى أن القيم السلبية التي تم أخذها بواسطة أوقات مثل تأخير المجموعة، لها أهمية فيزيائية أكبر مما كان يُعتقد عموماً.
ومن النقاط المهمة التي يجب ملاحظتها أن الفوتونات في التجربة لم تحمل أي معلومات عن طبيعة الزمن، لذا فإن نتائج هذه التجربة لا تتعارض مع فهمنا للزمن والفوتونات في إطار نظرية النسبية الخاصة.
