بیگ بنگ: در زیر سطح این دنیای آشنا یک دنیای کوچکترِ کوانتومی وجود دارد که ایده‌های بنیادی ما از فضا و زمان را تعریف می‌کند. بر اساس یک مطالعۀ جدید، در این دنیای کوچک، مفاهیم «قبل» و «بعد» منحل می‌شوند، به گونه‌ای که دو رویداد می‌توانند هم قبل و هم بعد از یکدیگر رخ دهد. به عبارت دیگر، رویداد A می‌تواند قبل از رویداد B رخ دهد و رویداد B می‌تواند قبل از رویداد A به وقوع بپیوندد.

به گزارش بیگ بنگ، این ایده که «سوئیچ کوانتومی»(quantum switch) نامیده می‌شود در سال 2009 توسط گروهی دیگر پیشنهاد شد و از آن زمان به بعد به طور نظری و تجربی آزمایش شده است. کیریل برانشیارد، یکی از نویسندگان این مطالعۀ جدید و فیزیکدان موسسه‌ NEEL در فرانسه گفت که آزمایشات قبلی نشان دادند رویداد A می‌تواند هم قبل و هم بعد از رویداد B رخ دهد، اما تحقیقات نمی‌تواند نشان دهد که این دو سناریو در یک زمان اتفاق افتاده‌اند.

برانشیارد گفت: «برای تعیین دقیق محل رویداد این نقض رابطۀ علت و معلولی، محققان یک سوئیچ کوانتومی دیگر را با یک معماری متفاوت انجام دادند.» این طرح جدید به محققان کمک کرد تا به طور تجربی ثابت کنند که رویداد A هم قبل و هم بعد از رویداد B رخ داده، نه تنها در یک زمان، بلکه در یک مکان! برانشیارد و تیمش مشاهده کردند که پروتون – یک ذرۀ کوانتومی نور – چگونه در طول یک مدار حرکت می‌کند. این فوتون می‌تواند یکی از دو مسیر را طی کند: اگر فوتون یک مسیر را انتخاب کند، این رویداد A نامیده می‌شود، و اگر مسیر دیگر را انتخاب کند، رویداد B نامیده می‌شود.

می دانید که یک فوتون هم می‌تواند یک ذره و هم یک موج باشد. اگر محققان از یک فوتون با یک قطبش افقی استفاده می‌کردند – مسیری که این امواج در آن نوسان دارند – فوتون می‌توانست در ابتدا در مسیر A حرکت کند و سپس بالعکس در مسیر B حرکت کند، یعنی رویداد A قبل از رویداد B رخ داده است. اگر آنها فوتون را به طور افقی قطبیده می‌کردند، فوتون می‌توانست ابتدا مسیر B و سپس مسیر A را طی کند، یعنی B قبل از A رخ می‌داد.

به گفتۀ برانشیارد، اما در دنیای کوانتومی، یک پدیدۀ عجیب و غریب که جانشینی نامیده می‌شود غالب است. در جانشینی، فوتون‌ها می‌توانند بصورت افقی و عمودی قطبیده شوند – همانطور که پارادوکس معروف گربه شرودینگر نشان می‌دهد؛ در این پارادوکس یک گربه در دنیای کوانتومی می‌تواند هم زنده و هم مرده باشد. هرچند، فیزیکدانان نمی‌توانند ببینند یا اندازه‌گیری کنند که فوتون‌ها چه کاری را انجام می‌دهند؛ در واقع عمل ِ اندازه‌گیری باعث رخداد نهایی می شود. برانشیارد افزود: «دنیای اندازه‌گیری فوتون‌ها را وادار می‌کند تا تصمیم بگیرند یک ترتیب را نسبت به دیگری انتخاب کنند.»

در عوض، محققان یک سری «موانع» یا قطعات نوری مثل لنز و منشور را ترتیب کردند که به طور غیرمستقیم باعث تمایز بین این دو رویداد شد. همانطور که فوتون‌ها در طول مسیرها حرکت کردند، لنزها و منشورها شکل امواج هر فوتون را تغییر دادند. این کار به نوبت قطبش آنها را تغییر داد – مسیری که می‌تواند بالا یا پایین، جانبی یا در هر زاویه‌ای باشد. در انتهای سفرهای فوتون‌ها، محققان توانستند قطبش جدیدی را اندازه‌گیری کنند.

برانشیارد و تیمش قطعات نوری‌شان را در جهات متفاوتی قرار دادند، به گونه‌ای که بتوانند آزمایشات زیادی با محیط‌های گوناگون انجام دهند. ترکیبی از اندازه‌گیری‌های انجام شده در حین آزمایش بعنوان یک «شاهد علّی» بکار می‌رود – مقداری که اگر منفی باشد به این معنی است که فوتون‌ها در یک زمان از هر دو مسیر عبور کرده‌اند.

در واقع، وقتی فوتون‌ها در وضعیت ِ جانشینی بودند، شاهد علّی منفی می‌شد؛ که نشان می‌دهد فوتون‌ها در یک زمان از هر دو مسیر عبور کرده‌اند، یعنی «قبل» و «بعد» هیچ معنایی برای این ذرات کوچک ندارد. رویداد A باعث رویداد B شد و رویداد B در عین حال رویداد A را به وجود آورد. برانشیارد گفت: «در آینده، سوئیچ کوانتومی باعث ِ ارتقای ارتباطات در دستگاه‌های کوانتومی می‌شود.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com