داستان اندازه‌گیری زمان در دنیایی که لحظه‌ها در هم می‌آمیزند
خلاصه داستان
تصور کنید بخواهید فیلمی را تماشا کنید که آنقدر سریع پخش می‌شود که نمی‌توانید دکمه پلی را ببینید. این دقیقاً مشکلی است که دانشمندان برای اندازه‌گیری زمان در دنیای کوانتومی با آن روبه‌رو بودند. در آن دنیا، رخدادها آنقدر سریع اتفاق می‌افتند که مرز بین آن زمان و الان محو می‌شود و کرونومترهای معمولی دیگر کاری از پیش نمی‌برند.
اما پژوهشگران دانشگاه آپسالا در سوئد راهی شگفت‌انگیز یافتند: چرا زمان را نشماریم، وقتی می‌توانیم آن را بخوانیم؟
چرا این کشف اهمیت دارد؟
برای نخستین بار، دانشمندان توانسته‌اند بدون اینکه بدانند رویدادی دقیقاً کی شروع شده، زمانی که گذشته از آن را اندازه بگیرند. این مثل آن است که از روی ارتفاع موج‌های دریا بفهمید باد از چند ساعت پیش می‌وزد، بدون آنکه لحظه شروع وزش باد را دیده باشید.
این روش می‌تواند دقیق‌ترین ساعت جهان را برای ما بسازد—ساعتی که رویدادهایی به سرعت ۱.۷ تریلیونیم ثانیه (کمتر از دو هزار میلیاردیوم ثانیه) را ثبت می‌کند.
چطور این معجزه کوانتومی کار می‌کند؟
دانشمندان از اتم‌های خاصی به نام «اتم‌های ریدبرگ» استفاده کردند. تصور کنید این اتم‌ها مثل بادکنک‌هایی هستند که با لیزر بادشان می‌کنند. در این حالت، الکترون‌ها خیلی دور از هسته اتم قرار می‌گیرند و مثل موج‌های دریا شروع به نوسان می‌کنند.
حالا وقتی چند اتم ریدبرگ در کنار هم باشند، موج‌های الکترونی‌شان با هم تداخل می‌کنند و الگوهای منحصربه‌فردی می‌سازند—درست مثل موج‌هایی که روی سطح آب با هم برخورد می‌کنند و شکل‌های مختلفی درست می‌کنند.
نکته شگفت‌انگیز اینجاست: هر یک از این الگوها، نشان‌دهنده مدت زمان مشخصی است. انگار خود طبیعت، گذر زمان را در دل این امواج نوشته و ما فقط باید آن را بخوانیم.
محققان به این الگوها «اثرانگشت زمان» می‌گویند.
از آزمایشگاه تا کاربرد
تیم تحقیقاتی اتم‌های هلیوم را با لیزر تحریک کردند و الگوهای تداخلی را مطالعه کردند. آنچه یافتند چشمگیر بود: می‌شد با نگاه کردن به ساختار این امواج گفت که چند نانوثانیه (چند میلیاردیوم ثانیه) گذشته است، بدون آنکه بدانیم دقیقاً کی شروع شده.
مارتا برهولتز، سرپرست این پژوهش: «وقتی از شمارنده استفاده می‌کنید، باید صفر را تعریف کنید. اما اینجا نیازی به راه‌اندازی ساعت نیست. فقط به الگوی تداخلی نگاه می‌کنید و می‌گویید: خب، ۴ نانوثانیه گذشته است.»
این دقت فوق‌العاده کجا به کار می‌آید؟
۱. مشاهده واکنش‌های شیمیایی در لحظه رخ دادن
می‌توانیم ببینیم اتم‌ها دقیقاً چگونه به هم متصل یا از هم جدا می‌شوند، در همان لحظه‌ای که این اتفاق می‌افتد—مثل فیلم‌برداری آهسته از یک آتشبازی که در کسری از ثانیه منفجر می‌شود.
۲. رایانه‌های کوانتومی دقیق‌تر
ساخت قطعات و سنسورهای کوانتومی که برای کارکرد صحیح به یک زمان‌سنج داخلی مطمئن نیاز دارند. این رایانه‌ها آینده فناوری هستند و هر جزء آنها نیاز به دقت فوق‌العاده‌ای دارد.
۳. کشف ماهیت مرموز زمان
این روش به فیزیکدانان کمک می‌کند تا بفهمند زمان در کوچکترین سطح وجود، واقعاً چیست و چگونه رفتار می‌کند—سؤالی که از زمان آینشتین همچنان بی‌پاسخ مانده است.
نگاهی به آینده
در آینده می‌توان به جای هلیوم از اتم‌های دیگر یا لیزرهایی با انرژی‌های مختلف استفاده کرد تا فهرست «اثرانگشت‌های زمانی» گسترده‌تر شود و در شرایط گوناگون کاربرد داشته باشد.
جهان دیگر فقط با ساعت‌های مچی کار نمی‌کند. حالا اتم‌ها خودشان ساعت‌های ما هستند—ساعت‌هایی که زمان را در دل امواج کوانتومی خود حک کرده‌اند و منتظرند ما آن را بخوانیم.
این پژوهش در سال ۲۰۲۲ در نشریه Physical Review Research منتشر شده است.
0 نظرات