يمكن للضوء السفر إلى الوراء في الزمن (بطريقة ما)

يمكن أن يتم عكس الضوء ليس فقط في الفضاء ولكن أيضًا في الزمن – ويكتشف الباحثون الذين يستكشفون مثل هذه “الانعكاسات الزمنية” مجموعة من التأثيرات الغريبة والمفيدة بشكل لا يصدق.

هل يمكننا عكس الزمن؟

تتواجد العديد من الخطط للسفر عبر الزمن العكسي ولكنها عادة ما تنطوي على تناقضات لا يمكن التوفيق بينها وتعتمد على تصورات نظرية غريبة مثل الثقوب الدودية (التي قد لا توجد في الواقع). ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر ببساطة عكس الساعة – مثل تحريك بيضة نيئة مخفوقة ورؤية الصفار والبياض يفصلان مرة أخرى – يظهر مجال فرعي غني ومتنامٍ من فيزياء الموجات أن مثل هذا “عكس الزمن” ممكن.

انعكاس الزمن

يتطلع النظراء إلى الانعكاسات الزمنية منذ عقود ولكنها ثبتت صعوبة تحقيقها عمليًا لأن تغيير خصائص المواد البصرية بسرعة وبشكل كافٍ ليس بالأمر الهين. ومع ذلك ، قد أظهر الباحثون في جامعة مدينة نيويورك اختراقًا: إنشاء انعكاسات زمنية قائمة على الضوء.

الأثر المضاد للتوقيت

للقيام بذلك ، ابتكر الفيزيائي أندريا ألو وزملاؤه “مادة متحولة” بخصائص بصرية قابلة للتعديل يمكنهم ضبطها في جزء من النانوثانية لتقليل أو زيادة سرعة مرور الضوء. تحدد المادة المتحولة خصائصها بناءً على هياكلها ؛ وتتكون العديد منها من مجموعات من القضبان المجهرية أو الحلقات التي يمكن ضبطها للتفاعل مع الضوء وتلاعبه بطرق لا يمكن للمواد الطبيعية القيام بها. وباستخدام قوتهم في الانعكاسات الزمنية ، يقول ألو ، كشفوا عن بعض المفاجآت. “ندرك الآن أن [الانعكاسات الزمنية] يمكن أن تكون أكثر ثراءً مما كنا نعتقد بسبب الطريقة التي نقوم بها تنفيذها” ، يضيف.

الآثار المضادة للتوقيت

تأتي الانعكاسات الزمنية مع مجموعة من التأثيرات المضادة للتوقيت التي تم تنبؤها نظريًا ولكن لم يتم تجربتها أبدًا بالضوء. على سبيل المثال ، سيكون ما هو في بداية الإشارة الأصلية في نهاية الإشارة المنعكسة – وهو موقف يشبه النظر إلى نفسك في المرآة ورؤية خلف رأسك. بالإضافة إلى ذلك ، بينما يؤدي الانعكاس القياسي إلى تغيير كيفية انتقال الضوء في الفضاء ، يؤدي الانعكاس الزمني إلى تغيير المكونات الزمنية للضوء – أي تردداته. نتيجة لذلك ، في الرؤية المنعكسة زمنيًا ، يكون الجزء الخلفي من رأسك لونًا مختلفًا. لاحظ ألو وزملاؤه هذين التأثيرين في جهاز الفريق. معًا ، يعدان وعدًا بتعزيز التقدم في مجالي معالجة الإشارات والاتصالات – وهما مجالان حيويان لوظيفة هاتفك الذكي ، الذي يعتمد على تأثيرات مثل تحويل الترددات.

فك الفيزياء

يمكن للقراء الذين يتقنون قوانين الفيزياء أن يطمئنوا إلى أن جهاز ألو لا ينتهك مبادئ الديناميكا الحرارية. على سبيل المثال ، لا ينشئ الموجه مصدرًا أو يدمر الطاقة ولكنه يحولها ببساطة بكفاءة من شكل إلى آخر – الطاقة التي يكتسبها أو يفقدها الأمواج تأتي من تلك التي يتم إضافتها أو طرحها لتغيير خصائص المادة المتحولة. ولكن ماذا عن زيادة الفوضى – الانتروبيا – مع مرور الوقت ، كما ينص عليه الديناميكا الحرارية؟ كيف لا يكون انعكاس الضوء في الزمن ما يعادل فك بيضة؟

كما يشرح جون بيندري ، فيزيائي متخصص في المواد المتحولة في كلية إمبريال لندن ، فإن عكس الضوء على الرغم من أنه يبدو غريبًا ، فإنه متسق تمامًا مع مبادئ الديناميكا الحرارية الصارمة. يقول إن ارتفاع الانتروبيا هو في الواقع مسألة فقدان المعلومات. على سبيل المثال ، قم بترتيب تلاميذ المدرسة بالترتيب الأبجدي ، وسيعرف شخص ما بالضبط أين يمكن العثور على كل طفل. ولكن اتركهم يتجولون في الملعب ، وهناك عدد هائل من الطرق المختلفة التي يمكن ترتيب الأطفال بها ، وهو ما يعادل زيادة في الانتروبيا ، وتفقد المعلومات التي كانت لديك لتحديد موقع كل طفل. “إذا كانت [شيئًا ما] قابلة للعكس في الزمن ، فهذا يعني أنك لا تولد الانتروبيا” ، يقول بيندري ، حتى لو بدا أنك كذلك. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الأطفال لا يزالون يركضون للعب ، إلا أنهم يعرفون أي خطوط يجب تشكيلها للعودة إلى الفصل عندما يرن الجرس – لذا لا يتم إنتاج الانتروبيا. “أنت لا تفقد المعلومات” ، يقول.

الظواهر البصرية الأخرى

ليس الانعكاس هو الظاهرة البصرية الوحيدة التي تتلقى المعالجة في المجال الزمني. في أبريل ، قام بيندري وفريق من الباحثين ، بما في ذلك ريكاردو سابينزا من كلية إمبريال لندن ، بتجربة تشابه زمني لتجربة كلاسيكية قديمة لعبت في نهاية المطاف دورًا رئيسيًا في تأكيد الطبيعة الموجية للضوء. أجرى الفيزيائي توماس يونغ في عام 1801 ، وتسمى “تجربة الشق المزدوج” ، وقدمت دليلاً لا يدع مجالًا للشك في الطبيعة الموجية للضوء ، حتى في وجه الأدلة اللاحقة على أن الضوء يعمل كجسيم ، يمكن للعلماء أن يستنتجوا فقط أن كلا الوصفتين تنطبق. أرسل موجة على حاجز به فتحتين ، وستتداخل الموجات المنبثقة من فتحة واحدة مع تلك المنبثقة من الفتحة الأخرى. مع الضوء ، يظهر هذا التداخل البناء والمدمر على شاشة ما وراء الشق المزدوج كخطوط ساطعة متعددة أو “شرائط”. استخدم سابينزا وبيندري وزملاؤه أكسيد القصدير الزنك (ITO) ، وهو مادة تتفاعل بسرعة وتتحول من شفافة إلى غير شفافة ، لإنتاج “شقوق زمنية”. أظهروا أن الشعاع الضوئي الذي يتفاعل مع شقي الزمن سينتج نمط تداخل مقابل في التردد ، والذي تم استخدامه كتشابه زمني – أي أن هناك خطوط ضوء ساطعة بترددات مختلفة.

فك الفيزياء

وفقًا لإنغيتا ، فإن ما يحفز التجارب التي تبديل الزمن والمكان في التأثيرات البصرية هو “الميزات المثيرة والجديدة التي يمكننا العثور عليها في فيزياء تفاعل الضوء والمادة”. وهناك الكثير منها. يصف بيندري بابتسامة كيف كشفت استكشافاته الزمنية مع المواد المتحولة “أشياء غريبة جدًا” ، بما في ذلك ما يسميه “ضاغط الفوتونات”. ضاغط الفوتونات لبيندري هو مادة متحولة مخططة بمناطق ذات خصائص بصرية مختلفة تؤثر في سرعة انتشار الضوء. يمكن ضبط الخطوط ، وتشكيل نوع من “الشبكة المعدنية” ، وعندما يتحرك هذا الشبكة المعدنية عبر المادة المتحولة جنبًا إلى جنب مع الضوء ، يمكن أن يعمل على احتجاز الفوتونات وتوجيهها معًا ، مما يضغطها بفعالية. كشفت التحقيقات الإضافية أيضًا أن هذا النوع من ضاغط الفوتونات يشترك في بعض الخصائص مع الثقوب السوداء ، مما يوفر نموذجًا مختبريًا أكثر إدارة لدراسة تلك الكائنات الفلكية المتطرفة. بعد أن كشفوا عن بعد زمني جديد تمامًا للمواد المتحولة ، فإن ضاغط الفوتونات الضاغطة للثقوب السوداء هي مجرد واحدة من الظواهر الغريبة التي يمكن الاستكشاف فيها ، والإمكانيات لا حصر لها.

اجمالي الكلمات: 600

Source: https://www.scientificamerican.com/article/light-can-travel-backward-in-time-sort-of/