بازگشت زمان: کشفی که دانش ما را به چالش می کشد

بازاندیشی در مورد زمان: آیا می‌تواند در هر دو جهت جریان داشته باشد؟

چه می‌شود اگر زمان به اندازه آنچه تصور می‌کنیم ثابت نباشد؟ آیا به جای حرکت فقط از گذشته به آینده، زمان می‌تواند تحت شرایط خاصی به عقب نیز جریان یابد؟ محققان دانشگاه Surrey این احتمال جذاب را بررسی کرده‌اند و نشان داده‌اند که از نظر تئوری، پیکان‌های متضاد زمان می‌توانند در برخی سیستم‌های کوانتومی ظاهر شوند.

قرن‌هاست که دانشمندان با مفهوم پیکان زمان دست و پنجه نرم می‌کنند – ایده‌ای مبنی بر اینکه زمان به طور برگشت‌ناپذیر در یک جهت حرکت می‌کند. در حالی که این موضوع در زندگی روزمره بدیهی به نظر می‌رسد، قوانین بنیادی فیزیک در واقع یک جهت را بر دیگری ترجیح نمی‌دهند. چه زمان به جلو و چه به عقب حرکت کند، معادلات حاکم بر فرآیندهای فیزیکی بدون تغییر باقی می‌مانند.

زمان در فیزیک: شیر و آونگ

دکتر آندریا روکو، دانشیار فیزیک و زیست‌شناسی ریاضی در دانشگاه Surrey و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد:

“یک راه برای توضیح این موضوع این است که وقتی به فرآیندی مانند ریختن شیر بر روی میز نگاه می‌کنید، واضح است که زمان به جلو حرکت می‌کند. اما اگر آن را به صورت معکوس، مانند یک فیلم، پخش کنید، بلافاصله متوجه می‌شوید که مشکلی وجود دارد. باور اینکه شیر بتواند دوباره در یک لیوان جمع شود، دشوار است.

“با این حال، فرآیندهایی مانند حرکت آونگ وجود دارند که در حالت معکوس نیز به همان اندازه باورپذیر به نظر می‌رسند. معما این است که در بنیادی‌ترین سطح، قوانین فیزیک شبیه آونگ هستند؛ آنها فرآیندهای برگشت‌ناپذیر را در نظر نمی‌گیرند. یافته‌های ما نشان می‌دهد که در حالی که تجربه مشترک ما به ما می‌گوید زمان فقط در یک جهت حرکت می‌کند، ما صرفاً از این واقعیت بی‌اطلاع هستیم که جهت مخالف نیز به همان اندازه ممکن بوده است.”

بررسی برگشت‌پذیری زمان کوانتومی

این مطالعه، که در مجله‌ی “Scientific Reports” منتشر شده است، بررسی کرد که چگونه یک سیستم کوانتومی – دنیای زیراتمی – با محیط خود، که به عنوان “سیستم کوانتومی باز” شناخته می‌شود، تعامل می‌کند. محققان بررسی کردند که چرا زمان را به صورت حرکت در یک جهت درک می‌کنیم و آیا این درک از مکانیک کوانتومی باز ناشی می‌شود یا خیر.

برای ساده‌سازی مسئله، تیم دو فرض کلیدی را مطرح کرد. اول، آنها محیط وسیع اطراف سیستم را به گونه‌ای در نظر گرفتند که بتوانند فقط بر خود سیستم کوانتومی تمرکز کنند. دوم، آنها فرض کردند که محیط – مانند کل جهان – آنقدر بزرگ است که انرژی و اطلاعات در آن پراکنده می‌شوند و هرگز باز نمی‌گردند. این رویکرد به آنها امکان داد تا بررسی کنند که چگونه زمان به عنوان یک پدیده یک طرفه ظاهر می‌شود، حتی اگر در سطح میکروسکوپی، زمان از نظر تئوری بتواند در هر دو جهت حرکت کند

یک کشف خیره‌کننده: بازگشت زمان ممکن است

حتی پس از اعمال این فرضیات، سیستم به همان روشی رفتار کرد که زمان به جلو یا عقب حرکت می‌کرد. این کشف، یک پایه ریاضی برای این ایده فراهم کرد که تقارن معکوس زمان هنوز در سیستم‌های کوانتومی باز برقرار است – و نشان می‌دهد که پیکان زمان ممکن است به اندازه آنچه ما تجربه می‌کنیم ثابت نباشد.

توماس گاف، محقق فوق دکترا که محاسبات را رهبری کرد، گفت:

“بخش شگفت‌انگیز این پروژه این بود که حتی پس از اعمال فرض ساده‌سازی استاندارد به معادلات ما که سیستم‌های کوانتومی باز را توصیف می‌کنند. معادلات همچنان به همان روشی رفتار می‌کردند که سیستم در زمان به جلو یا عقب حرکت می‌کرد. وقتی با دقت محاسبات را بررسی کردیم، متوجه شدیم که این رفتار باید وجود داشته باشد، زیرا بخش کلیدی معادله، “هسته حافظه“، در زمان متقارن است.

“ما همچنین یک جزئیات کوچک اما مهم را پیدا کردیم که معمولاً نادیده گرفته می‌شود. یک عامل ناپیوسته زمانی ظاهر شد که ویژگی تقارن زمانی را دست نخورده نگه می‌دارد. دیدن چنین مکانیسم ریاضی در یک معادله فیزیک غیرمعمول است، زیرا پیوسته نیست، و دیدن اینکه چقدر طبیعی ظاهر می‌شود بسیار شگفت‌انگیز بود.”

دیدگاهی جدید بر بازگشت زمان و جهان هستی

این پژوهش، دیدگاهی تازه در مورد یکی از بزرگترین رازهای فیزیک ارائه می‌دهد. درک ماهیت واقعی زمان می‌تواند پیامدهای عمیقی برای مکانیک کوانتومی، کیهان‌شناسی و فراتر از آن داشته باشد. و میتواند به ما در مورد بازگشت زمان و فهمیدن امکان پذیری آن کمک می کند.

پیشنهاد مطالعه: کشفی با قدمت 93 سال، در حال تغییر آینده محاسبات کوانتومی است

پیشنهاد مطالعه: ثبت حرکت الکترون ها با سرعت‌های غیرقابل تصور

Emergence of opposing arrows of time in open quantum systems by Thomas Guff, Chintalpati Umashankar Shastry and Andrea Rocco, 29 January 2025, Scientific Reports.
DOI: 10.1038/s41598-025-87323-x