كيف صنع الفيزيائيون كونًا مصغرًا ورصدوا ظهور الزمن دون الحاجة إلى ساعة
في تجربة رائدة، تمكن فريق من الفيزيائيين من إنشاء كون مصغر باستخدام آلاف الذرات عند درجات حرارة قريبة جدًا من الصفر المطلق، مما أتاح لهم رصد طريقة جديدة لظهور الزمن داخل النظام دون الاعتماد على ساعة خارجية تقيس مرور الوقت.
هذه الدراسة تقدم دليلاً تجريبيًا يدعم فكرة عميقة في الفيزياء النظرية، مفادها أن الزمن قد لا يكون مكونًا أساسيًا من مكونات الواقع، بل قد ينشأ من التغيرات والعلاقات التي تحدث داخل الكون نفسه.
لماذا يتساءل الفيزيائيون عن طبيعة الزمن؟
عادةً ما نفهم الزمن على أنه يمثل تدفقًا مستمرًا للأحداث، حيث تتوالى الثواني والدقائق بشكل ثابت، ويجري التطور الكوني وفق هذا الزمن. لكن معادلات فيزيائية عميقة، مثل معادلة Wheeler-DeWitt، تشير إلى أن الزمن قد لا يكون متغيرًا مدمجًا في بنية الكون على المستوى الأساسي.
هذه المعادلة تظهر أن الكون يمكن أن يُوصف بحالة كمومية واحدة ثابتة، بلا ساعة خارجية تحدد متى تحدث الأحداث أو بالترتيب الذي تصادف فيه.
هذا يثير تساؤلات هامة:
- كيف تتسلسل الأحداث إذا لم يكن هناك زمن محدد خارجي؟
- ما الذي يسمح للكون بالتغير والترتيب الزمني للأحداث؟
تصميم تجربة الكون المصغر: أدوات وتجربة
قام البروفسور “جيوفاني بارونتيني” بصنع نموذج تجريبي باستخدام ما يقرب من 24,000 ذرة تم تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، حيث تسود الظواهر الكميّة. تم حجز الذرات داخل نظام كمّي معزول عن البيئة الخارجية، وانقسم النظام إلى منطقتين باستخدام شعاعين ليزريين بترددين مختلفين.
المنطقة الأولى أُطلق عليها “المنطقة المضيئة” (bright region) والآخرى “المنطقة المظلمة” (dark region). كان بالإمكان انتقال الذرات بين المنطقتين، مما أدى إلى تغييرات دورية في توزيعها داخل المنطقة المضيئة، مع مراحل من التوسع والانكماش.
حالة التوسع شابهت من حيث الشكل تجربة الانفجار العظيم (Big Bang)، بينما التشابه في الانكماش أعاد إلى الأذهان سيناريو الانكماش العظيم (Big Crunch)، رغم أن التجربة لم تعيد خلق هذين الحدثين فعليًا، إنما زودت الباحثين بنموذج بسيط لفهم تسلسل الأحداث ضمن نظام مغلق.
كيف نشأ الزمن داخل الكون المصغر؟ مفهوم “الزمن الإنتروبي”
المفتاح لفهم ظهور الزمن داخل هذا النظام المستقل هو مفهوم الإنتروبيا، وهو مقياس في الفيزياء يعكس مدى انتشار الجسيمات والطاقة أو درجة العشوائية والاضطراب في النظام.
بدلاً من استخدام وحدة زمنية تقليدية كالساعة أو الدقيقة، رصد الباحث كيف يتغير توزيع الذرات بين المنطقتين، فكل تغير في توزيع الجسيمات داخل المنطقة المضيئة شكل مؤشرًا داخليًا لتقدم “الزمن”.
- عندما تزداد أو تقل درجة انتشار الذرات (الإنتروبيا)، يستمر الزمن الإنتروبي في التقدم.
- وعندما يستقر توزيع الذرات بدون تغيير، يتوقف هذا النوع من الزمن عن التقدم داخل النظام.
يشير هذا إلى أن مرور الزمن مرتبط داخليًا بالتغيرات التي تحدث داخل الكون المصغر نفسه، وليس إلى وجود ساعة خارجية تقيس هذه التغيرات.
كما أكد بارونتيني في دراسته أن هذه الصورة من الزمن تعكس ما يُسمى “سهم الزمن” (arrow of time)، أي الاتجاه الأحادي للتدفق من الماضي نحو المستقبل، مع ترتيب الأحداث بشكل منطقي واضح حتى خلال فترات التوسع والانكماش.
ومن المثير للاهتمام أن الزمن الإنتروبي لا يتقدم بوتيرة ثابتة، بل يمكن أن يسرع أو يبطئ حسب معدل تغير الإنتروبيا داخل النظام.
التساؤل الأعمق: ماذا عن قوانين الكمّ ونموذج الزمن الإنتروبي؟
أظهر الباحث أيضًا أن معادلة Schrödinger، الأساس في تفسير تطور الحالات الكمومية، يمكن كتابتها باستخدام مفهوم الزمن الإنتروبي. هذا يعني أن الزمن الداخلي المبني على الإنتروبيا لا يقتصر على كونه مؤشرًا للترتيب الزمني فقط، بل يمكن استخدامه لوصف التغيرات الدقيقة في سلوك الذرات داخل النظام.
بعبارة أخرى، رغم عدم وجود ساعة خارجية في التجربة، تمكن العلماء من مراقبة تطور الحالة الكمومية والتنبؤ بأماكن الذرات بحالاتها المختلفة عبر القياس الداخلي للزمن.
آفاق مستقبلية تتعلق بالكوزمولوجيا والفيزياء الكمومية
تفتح هذه التجربة آفاقًا جديدة لدراسة بعض من أصعب ألغاز الكون، خصوصًا في مجال “quantum gravity” و “quantum cosmology”، اللذين يحاولان الدمج بين ميكانيكا الكم والجاذبية ودراسة ظروف الكون البدائي.
يمكن لتجارب مستقبلية توسيع نطاق هذه الفكرة إلى أنظمة كمومية أكثر تعقيدًا، ومن ثم تقديم نماذج أكثر واقعية للانفجار العظيم أو الانكماش العظيم. كما قد تسهم هذه التقنية في تقديم فهما أفضل لظواهر مثل الثقوب السوداء أو تفسير الآليات التي تنشأ بها مفاهيم الزمن.
التجربة لم تثبت أن الزمن مجرد وهم أو أن الكون يفتقر إلى زمن أساسي، لكنها أعطت أدلة قوية على أن نظامًا كموميًا يمكن أن يحتوي على مقياس حقيقي للزمن قائم على التغيرات الداخلية دون الحاجة لساعات خارجية.
من خلال بناء كون مصغر صغير جدًا مكوّن من عشرات آلاف الذرات، تمكّن الباحثون من فتح نافذة جديدة لفهم ظاهرة تبدو بديهية لكنها عميقة ومكتنزة بالأسئلة: ما هو المصدر الحقيقي لتدفق الزمن؟
المصدر: ScienceDaily.com
📚 مقالات ذات صلة
اكتشاف المزيد من Mohdbali
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
تطبيقاتنا على أندرويد
