لقد أوضح الفيزيائيون سبب استحالة العودة بالزمن إلى الوراء

اقترح باحثون صينيون نظرية بسيطة لكنها قوية تشرح أحد أقدم الألغاز في الفيزياء: لماذا يتدفق الوقت للأمام فقط ولماذا يظل السفر إلى الماضي مستحيلا.

الفيزيائي تساى تشينغ يو وزملاؤه من جامعة هاينان في جنوب الصين، طوروا تفسيرًا جديدًا على المستوى الكمي لسبب عدم قدرتنا على التحول إلى درجة الغليان عودة البيض إلى الخام أو تصبح أصغر سنا، على الرغم من أن قوانين الفيزياء تسمح للزمن بالعكس تماما.

لقد قدموا مفهومهم في مجلة يراجعها النظراء حوليات الفيزياء. وعلى عكس النظريات السابقة، فهي لا تعتمد على الملاحظات أو القياسات أو المؤثرات الخارجية. أظهر المؤلفون أن سهم الزمن يمكن أن ينشأ بشكل طبيعي من عملية الترابط بين الجسيمات الكمومية، وهي عملية مدمجة في نسيج الفيزياء المجهرية.

في نهاية القرن التاسع عشر، اقترح الفيزيائي النمساوي لودفيج بولتزمان أن الزمن يتحرك للأمام لأن الأنظمة المعزولة تميل إلى التطور من النظام إلى الفوضى – وهي فكرة تُعرف باسم نمو الانتروبيا– وليس العكس. ومع ذلك، تبقى المفارقة قائمة. المعادلات الأساسية التي تصف الحركة – من قوانين نيوتن إلى معادلة شرودنغر – متناظرة فيما يتعلق بانعكاس الزمن: فهي لا تفقد معناها إذا استبدلناها ر على – ر وبدء عقارب الساعة إلى الوراء.

ولحل هذا الجدل على المستوى الكمي، ركزت العديد من النظريات المبكرة على البيئة. عندما يتفاعل النظام الكمي مع العالم الخارجي، يمكن تدمير حالاته الهشة بطريقة لا رجعة فيها. هذه العملية تسمى فك الترابط، تم استخدامه لتفسير ظهور اتجاه الزمن.

لقد تعامل الفيزيائيون الهاينانيون مع المشكلة بشكل مختلف، حيث نظروا داخل نظام كمي مغلق حيث لا شيء يدخل ولا يخرج شيء. اكتشفوا أنه بمجرد تفاعل الجسيمات وتصبح متصلة عن طريق الارتباطات الكمومية، لا يمكن كسر هذه الروابط، مما يعزز بشكل فعال عدم رجعة الزمن، مما يجبره على التدفق للأمام.

وقال عضو الأكاديمية الصينية للعلوم، عالم الفيزياء النظرية الشهير سون تشانغبو: “يضع العمل أساسًا نظريًا متينًا لتفسير قانون زيادة الإنتروبيا وسهم الزمن على مستوى ميكانيكا الكم، ويكشف بعمق الدور الرئيسي للارتباطات الكمومية والكلاسيكية في الفيزياء. إنه يمس سؤالًا علميًا أساسيًا وله أهمية نظرية مهمة”.

استخدم تساي وفريقه الارتباطات لقياس مقدار المعلومات التي تتم مشاركتها بين أجزاء مختلفة من نظام الحلقة المغلقة لتتبع التغييرات بمرور الوقت. وكانت النتيجة الرئيسية للدراسة “نظرية الاستبعاد” الرياضية التي تثبت أنه بمجرد تشكيل هذه الارتباطات، لا توجد عملية عالمية يمكنها محوها.

وكما تزداد الإنتروبيا بمرور الوقت في الأنظمة الكلاسيكية، فإن الارتباطات تزداد دائمًا في العالم الكمي. والأهم من ذلك، أن هذا النمو لا رجعة فيه، وهو ما يقدم تفسيرا داخليا جديدا لسبب تحرك الزمن إلى الأمام.

وفقًا للباحثين، يقدم هذا الاكتشاف تفسيرًا موحدًا: الارتباطات المتزايدة لا تشير فقط إلى اتجاه الزمن في عالم الكم، ولكنها تساعد أيضًا في تفسير ارتفاع الإنتروبيا والظواهر الأخرى في العالم الكلاسيكي.

وأشاروا إلى أن البحث يظل نظريًا، ويعتمد على نماذج مثالية لنظام معزول تمامًا. في الواقع، لا يوجد نظام كمي معزول تمامًا عن بيئته. وخلص الباحثون إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تختبر هذه الأفكار في سياقات أكثر واقعية.

اشترك واقرأ “العلم” في

برقية