آیا زمان فقط یک توهم است؟! کشف جدید فیزیکدانان درباره درهم‌تنیدگی کوانتومی

فیزیکدانان مدت‌ها بر این باور بودند که زمان یکی از بنیادی‌ترین جنبه‌های واقعیت است. اما پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که شاید زمان یک پدیده مستقل و اساسی نباشد، بلکه توهمی باشد که از درهم‌تنیدگی کوانتومی میان اجزای جهان ناشی می‌شود! به بیان ساده‌تر، چیزی که ما به عنوان “زمان” تجربه می‌کنیم، ممکن است حاصل ارتباطات پیچیده بین ذرات بنیادی باشد و نه یک حقیقت مطلق. با دیجی رو همراه باشید.

مطالعه‌ای که اخیراً در نشریه Physical Review A منتشر شده، نشان می‌دهد که این موضوع را می‌توان با استفاده از مکانیسم پیج و ووترز (Page and Wootters یا به اختصار PaW) توضیح داد. این چارچوب نظری که در سال 1983 معرفی شد، پیشنهاد می‌کند که زمان نه یک مفهوم جداگانه، بلکه یک مشاهده‌پذیر کوانتومی است که از ارتباط بین سیستم‌های کوانتومی حاصل می‌شود. این دیدگاه، چالش بزرگی را برای درک سنتی ما از زمان ایجاد می‌کند و ممکن است راهی برای حل یکی از مشکلات اساسی فیزیک باشد.

تضاد میان نظریه‌های فیزیکی درباره زمان

یکی از بزرگ‌ترین مشکلات فیزیک، ناسازگاری بین دو توصیف اساسی از زمان در مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام است. در مکانیک کوانتومی، زمان یک متغیر خارجی و ثابت است که نمی‌توان آن را درون سیستم تعریف کرد. این بدان معناست که زمان تنها از طریق تعامل با دیگر موجودیت‌ها سنجیده می‌شود و خودش یک ویژگی ذاتی سیستم کوانتومی نیست. این مسأله به یک پارادوکس منجر می‌شود: اگر زمان واقعی نباشد، چگونه می‌تواند تکامل سیستم‌های کوانتومی را کنترل کند؟!

از سوی دیگر، نظریه نسبیت عام اینشتین زمان را مانند یک بعد از فضا در نظر می‌گیرد که تحت تأثیر گرانش و حرکت قرار می‌گیرد. در این دیدگاه، زمان می‌تواند کشیده یا منقبض شود، همان‌طور که در پدیده‌هایی مانند اتساع زمان در میدان‌های گرانشی قوی مشاهده می‌شود. این تضاد بین دو نظریه، به “مسئله زمان” معروف است و یکی از موانع بزرگ در مسیر توسعه یک نظریه جامع برای توصیف همه چیز در فیزیک به شمار می‌رود.

راهکاری برای حل مسئله: مکانیسم پیج و ووترز

برای حل این تناقض، فیزیکدانان بار دیگر به نظریه پیج و ووترز بازگشته‌اند. این مکانیسم نشان می‌دهد که زمان نه یک عنصر مستقل، بلکه نتیجه درهم‌تنیدگی بین دو سیستم کوانتومی است. به بیان ساده، اگر دو سیستم کوانتومی به هم وابسته باشند، تغییرات یکی از آن‌ها می‌تواند به عنوان یک ساعت عمل کند و زمان را برای دیگری تعریف کند. اما اگر این درهم‌تنیدگی وجود نداشته باشد، هیچ نشانه‌ای از زمان در آن سیستم دیده نخواهد شد و جهان مانند یک تصویر ثابت و بدون تغییر خواهد بود.

برای آزمایش این ایده، محققان دو سیستم کوانتومی غیرمتعامل را شبیه‌سازی کردند: یک نوسانگر هارمونیک (یک سیستم ارتعاشی ساده) و مجموعه‌ای از آهنرباهای کوچک که نقش ساعت را ایفا می‌کردند. نتایج نشان داد که تکامل نوسانگر توسط حالت کوانتومی ساعت تعیین می‌شود و نه توسط یک زمان خارجی. این یافته‌ها نشان می‌دهد که زمان می‌تواند صرفاً یک ویژگی پدیدار شده باشد، نه یک مفهوم بنیادی.

پیوند بین فیزیک کلاسیک و کوانتومی

محققان در مرحله بعد بررسی کردند که به این سؤال پاسخ دهند که آیا این نظریه می‌تواند در سیستم‌های بزرگ‌تر نیز کاربرد داشته باشد؟ آن‌ها آزمایش خود را روی مقیاس‌های ماکروسکوپی اجرا کردند و دریافتند که در صورت اعمال این نظریه بر سیستم‌های بزرگ‌تر، معادلات فیزیکی به طور طبیعی به قوانین مکانیک کلاسیک منتهی می‌شوند. این بدان معناست که تجربه روزمره ما از زمان ممکن است نتیجه درهم‌تنیدگی کوانتومی در مقیاس‌های کوچکتر باشد.

آلساندرو کوپو (Alessandro Coppo)، فیزیکدان شورای ملی تحقیقات ایتالیا، در این باره می‌گوید:

اگر از فیزیک کوانتومی شروع کنیم و مسیر تبدیل آن به فیزیک کلاسیک را بیابیم، می‌توانیم درک بهتری از ماهیت زمان داشته باشیم.

این پژوهش، ایده‌ای را مطرح می‌کند که نشان می‌دهد شاید فیزیک کلاسیک نه یک مجموعه قوانین مستقل، بلکه پیامدی از مکانیک کوانتومی باشد. به همین ترتیب، اگر این نظریه درست باشد، زمان نیز یک ویژگی بنیادی جهان نیست، بلکه نتیجه تعاملات کوانتومی است.

چالش‌ها و پیامدهای آینده

با وجود اینکه این نظریه از نظر ریاضی درست به نظر می‌رسد، بسیاری از فیزیکدانان همچنان در پذیرش آن احتیاط می‌کنند. برخی از دانشمندان معتقدند تا زمانی که شواهد تجربی مستقیمی برای این نظریه ارائه نشود، نمی‌توان آن را به عنوان یک حقیقت علمی پذیرفت.

ولادکو ودرال (Vlatko Vedral)، استاد علوم اطلاعات کوانتومی در دانشگاه آکسفورد، در این زمینه اظهار داشت:

از لحاظ ریاضی می‌توان زمان را به عنوان یک پدیده ناشی از درهم‌تنیدگی کوانتومی در نظر گرفت. اما سوال مهم این است که آیا این ایده می‌تواند به پیشرفت‌های عملی در زمینه فیزیک کوانتومی و نسبیت عام منجر شود یا خیر.

برای اثبات این نظریه، فیزیکدانان باید آزمایش‌هایی طراحی کنند که بتواند این اثرات را در شرایط واقعی اندازه‌گیری کند. تا زمانی که چنین شواهدی به دست نیاید، پرسش درباره ماهیت واقعی زمان همچنان به عنوان یکی از بزرگ‌ترین اسرار علم باقی خواهد ماند.

نتیجه‌گیری: آیا زمان یک توهم است؟

اگر مفهوم زمان به عنوان یک پدیده پدیدار شده صحیح باشد، این موضوع می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای برای علم داشته باشد. ممکن است این دیدگاه بتواند ما را به درک عمیق‌تری از گرانش کوانتومی و ماهیت واقعیت سوق دهد.

آدام فرانک (Adam Frank)، فیزیکدان نظری از دانشگاه روچستر، معتقد است که زمان شاید تنها از دیدگاه ناظر معنا پیدا کند و در سطح بنیادی، وجود مستقلی نداشته باشد. او بیان می‌کند:

شاید ما باید زمان را نه به عنوان یک حقیقت جهان‌شمول، بلکه از درون یک سیستم و بر اساس تجربیات آن تعریف کنیم.

اگر این ایده درست باشد، می‌تواند تحولات بزرگی را در درک ما از فیزیک ایجاد کند. اما تا زمانی که آزمایش‌های تجربی از این فرضیه حمایت نکنند، ماهیت واقعی زمان همچنان به عنوان یکی از عمیق‌ترین معماهای علم باقی خواهد ماند.