الساعات الذرية تكتشف التراكب الكمي للوقت لأول مرة

قام فريق دولي من الباحثين بتطوير إطار نظري يسمح للساعات الذرية الأيونية المحتجزة بقياس التراكب الكمي للوقت، وهي ظاهرة تتعايش فيها تدفقات زمنية مختلفة في وقت واحد على مقياس كمي. تم إنشاء النموذج من قبل علماء في جامعة كيوشو، ومعهد ستيفنز للتكنولوجيا، وجامعة واترلو، والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، وجامعة ولاية كولورادو وجامعة ستوكهولم. يمهد هذا الاكتشاف الطريق للتحقق تجريبيًا من أحد أعظم ألغاز الفيزياء الحديثة: التفاعل بين النسبية وميكانيكا الكم.

وحتى الآن، لم تؤكد أي تجربة وجود هذا “التفاعل الزمني” بين ركيزتي الفيزياء المعاصرة. ويقول الباحثون إن الخطوة التالية تتضمن إثبات المفهوم في بيئة معملية، مما قد يحدث ثورة في فهمنا للوقت والجاذبية.

دقة ثورية في الأيونات المحاصرة

تعمل الساعات الذرية التقليدية من خلال مراقبة تردد ذرات معينة، مما يحقق دقة غير مسبوقة في القياسات الزمنية. تُظهر التكوينات الأكثر تقدمًا للأيونات المحاصرة حساسية شديدة جدًا بحيث يمكنها اكتشاف التمدد الزمني الذي تنبأ به ألبرت أينشتاين عند اختلافات في الارتفاع تبلغ بضعة ملليمترات.

واقترح الفريق تقنية جديدة للتحكم في حركة هذه الساعات، مما يشير إلى تحسن في الحساسية للتأثير الكمي بمقدار 100 إلى 1000 مرة مقارنة بالطرق السابقة. وأوضح جوشوا فو، الأستاذ المشارك في معهد الدراسات المتقدمة بجامعة كيوشو وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة، الآلية الأساسية:

• تصبح حركة الساعة الذرية متشابكة مع طاقتها الداخلية
• يؤدي التشابك إلى فقدان الساعة لخصائصها الكمومية القابلة للاكتشاف
• يمكن للتقنيات الحديثة تسجيل هذه التغييرات بحساسية جديدة
• يتيح لك الإطار تحديد التدفقات الزمنية المتزامنة المختلفة

الزمن الكمي مقابل الزمن العياني

في العالم المرئي، يتدفق الوقت بلا هوادة في اتجاه واحد. أثبت أينشتاين أن الجاذبية والسرعة تغيران معدل التدفق الزمني، لكن نظريته النسبية افترضت أن “سهم الزمن” هذا يظل ثابتًا على المقياس العياني. لكن في الكون الكمي، الواقع مختلف جذريًا. يمكن أن يتواجد الزمن في حالة تراكب، وهي حالة تتعايش فيها تدفقات زمنية متعددة في نفس اللحظة. ظلت هذه الخاصية نظرية، دون دليل تجريبي حتى تطوير هذا الهيكل.

وعلق فو على أصول البحث: “لقد اكتشفنا أن حركة الساعة الذرية تصبح متشابكة مع طاقتها الداخلية. وعلامة هذا التشابك هي أن الساعة نفسها تفقد بعض خصائصها الكمومية، والتي يمكن اكتشافها باستخدام التقنيات الحديثة”. لقد فتح فهم هذه الديناميكية إمكانيات غير مسبوقة لقياس الظواهر التي كانت تعتبر في السابق غير قابلة للوصول.

Leia Tambem

يحتاج المهاجم ليونيل ميسي إلى تمريرتين حاسمتين لمعادلة الرقم القياسي التاريخي لبيليه في كأس العالم

تم القبض على شركة Green Bay Packers التي تدير جوش جاكوبس في ولاية ويسكونسن بتهمة العنف المنزلي

ثروات كريستيانو رونالدو وليونيل ميسي تتجاوز الملعب باستثمارات تبلغ مليار دولار

الطريق لاستكشاف الجاذبية الكمومية

إذا أكدت الاختبارات التجريبية جدوى النموذج النظري، فقد تصبح الساعات الذرية أدوات بحثية لظواهر كمومية كان من الصعب قياسها بدقة في السابق. يتضمن ذلك أسئلة أساسية مثل الطبيعة الكمومية للزمن نفسه، وربما الجاذبية في النظام الكمي.

وقال فو إن فريقه يقوم بتطوير تجربة تفصيلية “لتحويل النموذج النظري إلى واقع”. وإذا نجحت هذه الجهود، فإنها ستوفر وجهات نظر جديدة لا تظهر في النسخة النظرية البحتة. كما أبدى الباحث اهتمامه باستخدام الساعات الذرية المبنية على النموذج الجديد لسبر الجاذبية الكمومية، ووصفها بأنها “السؤال الأساسي الآخر في الفيزياء”.

ينشئ الإطار الساعات الذرية كأدوات قابلة للتطبيق لاستكشاف الظواهر المتنوعة في العالم الكمي. علاوة على ذلك، فإنه يفتح حدودًا تجريبية جديدة في الفيزياء الأساسية ويوفر طريقًا قابلاً للتطبيق لساعات ذرية أكثر دقة من الجيل التالي. وتشمل التطبيقات العملية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية المحسنة بدقة، مع إمكانية الكشف عن الجوانب المخفية للكون الكمومي.

الآثار المترتبة على الفيزياء الأساسية

يمثل البحث تقارب المجالات التي ظلت تاريخيا منفصلة. النسبية وميكانيكا الكم، وهما الإطاران النظريان الأكثر نجاحًا في الفيزياء، لم يتم التوفيق بينهما بشكل كامل على نطاق تجريبي. يقدم هذا النهج الجديد طريقًا محتملًا نحو هذا التوحيد، على الأقل في السياق المحدد للقياس الزمني.

ويشير الباحثون إلى أن القدرة على قياس التراكب الكمي للزمن تفتح “حدودًا تجريبية جديدة في الفيزياء الأساسية”. النجاح في هذا المسعى يمكن أن يوفر بيانات مهمة عن طبيعة الجاذبية، وهي ظاهرة لا تزال غامضة في النظام الكمي. وتتعاون الجامعات ومعاهد البحوث في خمسة بلدان في هذا الجهد، مما يعكس أهمية العمل بالنسبة للمجتمع العلمي العالمي.