زمان می‌تواند ‘منفی’ باشد؛ مشاهده فوتون‌ها پیش از ورود به ماده از آن خارج می‌شوند
آیا می‌توانید قبل از ورود به اتاقی از آن خارج شوید؟ این ممکن است ایده‌ای دیوانه‌وار به نظر برسد اما در «زمان منفی» حداقل برای فوتون‌ها ممکن است.
در مطالعه‌ای که به تازگی منتشر شده، تیمی از محققان دانشگاه تورنتو ادعا می‌کنند که مشاهده کرده‌اند فوتون‌ها ماده‌ای را ترک می‌کنند پیش از اینکه وارد آن شوند. این اولین بار است که دانشمندان با شواهدی از زمان منفی روبرو می‌شوند.
«تاخیر زمانی منفی ممکن است پارادوکسی به نظر برسد، اما به این معناست که اگر ساعتی ‘کوانتومی’ برای اندازه‌گیری مدت زمانی که اتم‌ها در حالت تحریک‌شده قرار دارند بسازید، عقربه ساعت در بعضی شرایط به عقب حرکت خواهد کرد به جای اینکه به جلو حرکت کند،» جوزایا سینکلر، همیار محقق در MIT که قبلاً با نویسندگان مطالعه همکاری کرده است، به علمی آمریکایی گفت.
تشخیص تاخیر زمانی منفی
در هفت سال گذشته، نویسندگان مطالعه به بررسی تحریک اتمی پرداخته‌اند، پدیده‌ای که در اثر تعامل بین نور و ماده رخ می‌دهد.
در طی تحریک اتمی، الکترون‌ها در یک اتم انرژی را از نور جذب کرده و به سطح انرژی بالاتری می‌جهند. با این حال، این تقویت انرژی دائمی نیست و به زودی الکترون‌ها به سطوح قبلی خود بازگشته و فوتون‌ها را آزاد می‌کنند.
این فرآیند باعث تاخیری می‌شود که باعث می‌شود نور زمان بیشتری برای عبور از ماده نسبت به وقتی که توسط اتم‌ها جذب و مجدداً منتشر نمی‌شد، نیاز داشته باشد.
نویسندگان مطالعه آزمایشی را برای بررسی این تاخیر زمانی(a.k.a. گروه تاخیر) در فوتون‌ها انجام دادند. آنها فوتون‌ها را به اتم‌های روبیدیم بسیار سرد شلیک کرده و تحریک اتمی را بررسی کردند. این آزمایش منجر به مشاهده‌ی جالبی شد.
محققان متوجه شدند که برخی فوتون‌ها سریع‌تر از کامل شدن فرآیند تحریک اتمی از اتم‌ها عبور کردند. این نتایج به تاخیر زمانی منفی تبدیل می‌شد، به طوری که به نظر می‌رسید فوتون‌ها پیش از ورود به ماده از آن خارج شده‌اند.
این دیوانه‌وار به نظر می‌رسد، می‌دانم. این به مقدار مثبتی از زمان نیاز داشت، اما آزمایش ما نشان داد که فوتون‌ها می‌توانند به نظر برسد که اتم‌ها را در حالت تحریک‌شده در مدت *منفی* زمان قرار دهند، اینجا تمام است!” آفرام استاینبرگ، یکی از نویسندگان مطالعه و فیزیکدان کوانتومی در دانشگاه تورنتو، درباره این موضوع پست کرد.
تاثیر زمان منفی بر فیزیک اما نه بر ما
این آزمایش بسیار خاص و سخت بود. به عنوان مثال، دستگاهی که در آن فوتون‌ها با اتم‌های روبیدیم فوق‌سرد تعامل داشتند، سه سال زمان برای توسعه داشت.
نتایج این آزمایش “نشان می‌دهند که مقادیر منفی گرفته شده توسط زمان‌هایی مانند گروه تاخیر از اهمیت فیزیکی بیشتری نسبت به آنچه که به طور عمومی قدردانی می‌شود برخوردارند،” به گفته محققین.
نکته مهمی که باید توجه داشت این است که فوتون‌ها در آزمایش اطلاعاتی درباره طبیعت زمان حمل نمی‌کردند. بنابراین نتایج این آزمایش با درک ما از زمان و فوتون‌ها در چارچوب نظریه نسبیت خاص در تناقض نیست.
این بر تجربه ما از زمان تاثیری نخواهد گذاشت، و بنابراین، مفهوم زمان برای ما به همان شکل باقی خواهد ماند.
با این حال، از آنجا که تاخیر زمانی منفی در مورد فوتون‌ها وجود دارد، اکنون احتمالاً بر تحقیقات بیشتر در راستای درک جزئیات جهان کوانتومی تأثیر خواهد گذاشت.
مطالعه ، که هنوز تحت بررسی همتا نیست، در سرور پیش‌چاپ arXiv بارگذاری شده است.
