علی‌رغم تلاش‌های قابل توجهی که فیزیکدانان در طول ۵۰ سال گذشته انجام داده‌اند، نظریه‌های مکانیک کوانتومی و گرانش از دیرباز ساز مخالف می‌زنند و توافقی بین آنها نیست. با این حال، اخیرا یک تیم بین‌المللی از محققان به سرپرستی فیزیکدانان دانشگاه وین، آکادمی علوم اتریش، دانشگاه کوئینزلند و موسسه فناوری استیونز عناصر کلیدی دو نظریه را که جریان زمان را توضیح میدهد، با هم ادغام کرده و دریافتند که ترتیب زمانی بین رویدادها میتواند ویژگی‌های کوانتومی اصیلی را نشان دهد.
بر اساس نظریه نسبیت عام، وجود جرم ِ بزرگ میتواند جریان ِ زمان را کُند نماید. یعنی ساعتی که در نزدیکی جرم عظیمی کار گذاشته شود، در مقایسه با همان ساعتی که در فاصلۀ دورتری است، آهسته‌تر کار خواهد کرد. با این حال، قوانین نظریه کوانتوم این اجازه را به اجرام/اشیا میدهد تا در حالت برهم‌نهی قرار بگیرند. حالت برهم‌نهیِ دو موقعیت با قرار دادن یک شیء در یک یا موقعیتی دیگر بصورت تصادفی فرق دارد. یکی از سوالات مهم در فیزیک این است: چه اتفاقی می‌افتد اگر جرم بزرگی که میتواند جریان/شار زمان را تحت تاثیر قرار بدهد، در حالت برهم‌نهی کوانتومی قرار بگیرد؟
این موضوع خیلی بحث‌برانگیز است؛ برخی فیزیکدانان ادعا می‌کنند که چنین سناریوهایی اساسا غیرممکن هستند؛ باید سازوکارهایی وجود داشته باشد که جلوی شکل‌گیری حالت برهم‌نهی را بگیرد. اما برخی دیگر از فیزیکدانان می‌گویند که چنین چیزی ممکن است و نظریه‌های مختلفی را هم برای پشتیبانی از آن می‌توان ارائه کرد. ماگدالنا زیچ از دانشگاه کوئینزلند گفت: «ما کارمان را با بررسی این سوال شروع کردیم: اگر ساعتی در حالت برهم‌نهی کوانتومی تحت تاثیر جرم/شیء بزرگی قرار گیرد، به چه شکل کار می‌کند؟»
دانشمندان انتظار داشتند موانع ِ پیش رو این سناریو را غیرممکن کند، اما در کمال تعجب، توانستند با استفاده از فیزیک استاندارد بطور دقیق توضیح دهند که چه اتفاقی افتاد. آنها دریافتند که وقتی جرم/شیء بزرگی در مجاورت مجموعه‌ای از ساعت‌ها در حالت برهم‌نهی قرار داشته باشد، ترتیب ِ زمانی آنها بصورت کوانتومی عمل می‌کند. «کسلی براکنر» محقق و نویسنده از دانشگاه وین و آکادمی علوم اتریش گفت: «حالتی که در ترتیب ِ زمانی کوانتومی پدید می آید، از تجربه روزمره دنیای ما به دور است. لذا به اثرات فیزیکی جدیدی منجر می‌شود.»
برای اینکه بدانید دقیقا چه اتفاقی می‌افتد، فرض کنید دو فضاپیما برای انجام عملیات آموزش می‌بینند. اینها طوری برنامه‌ریزی شده‌اند که در زمان معینی به یکدیگر شلیک کنند و بلافاصله موتورشان را روشن کنند تا از حمله یکدیگر بگریزند. اگر یکی از آنها خیلی زود اقدام به شلیک کند، دیگری را به نابودی خواهد کشید. اگر عامل قدرتمندی جای یک جرم غول‌پیکر مثل یک سیاره را بگیرد، در نزدیکی فضاپیما، شمارش زمان را کُندتر می‌کند. در نتیجه، فضاپیمایی که به دور از جرم قرار دارد، زودتر شلیک می‌کند تا از حمله بگریزد.
قوانین فیزیک کوانتومی و گرانش پیش‌بینی می‌کنند که با دستکاری حالت برهم‌نهی کوانتومی سیاره، فضاپیماها میتوانند در این حالت قرار بگیرند و یکی از آنها نابود شود. چنین حالت برهم‌نهی که دو سیستم در آن دخیل است، درهم تنیدگی نامیده می‌شود. تحقیقات جدید نشان میدهد که ترتیب زمانی بین رویدادها میتواند برهم‌نهی و درهم تنیدگی را بروز بدهد. حالا می‌توان از نتایج بدست آمده بعنوان ابزار آزمایش نظری استفاده کرد تا چارچوبی برای گرانش کوانتومی تنظیم شود. همچنین، ایجاد نظریه صحیح گرانش کوانتومی میتواند در دستور کار قرار بگیرد.
مطالعه حاضر میتواند برای فناوری‌های کوانتومی آینده مفید باشد. رایانه‌های کوانتومی که از ترتیب کوانتومی برای انجام برخی از عملیات استفاده می‌کنند، شاید آن دسته از دستگاه‌هایی را که تنها با استفاده از توالی‌های ثابت، کار می‌کنند، شکست دهند. اجرای عملی ترتیب زمانی کوانتومی به شرایط سفت و سختی احتیاج ندارد (مثل قرارگیری سیاره‌ها در حالت برهم نهی) و میتواند بدون استفاده از گرانش شبیه‌سازی شود. کشف ِ ویژگی‌های کوانتومیِ زمان میتواند زمینه‌سازِ ایجاد وسیله‌های کوانتومی بهتر شود و رایانه‌های کوانتومی پیشرفته‌ای به بازار بیایند.
ارسال مطلب به ایمیل دوستاتون:
