نقض اصول فیزیک؛ چه تاثیری بر واقعیت با تغییر جای علت و معلول ایجاد میشود؟
فرارو- در یک دستاورد شگفتآور که مرزهای دانش فیزیک کلاسیک و حوزه ذرات بنیادی را به چالش میکشد، دانشمندان با استفاده از اصل برهمنهی توانستهاند یکی از اصول بنیادی طبیعت را به نفع درک عمیقتر کیهان بازتعریف کنند.
به گزارش فرارو به نقل از پاپیولر مکانیکس، یک گروه بینالمللی از فیزیکدانان موفق به شناسایی پدیدهای منحصر به فرد شدهاند: انتقال انرژی حرارتی از یک محفظه cooler به سمت محفظهای گرمتر؛ این واقعه به شکل غریزی برخلاف الگوی طبیعی انتقال گرما قرار دارد. این یافته علمی که نتایج آن در ژورنال معتبر «فیزیکال ریویو لترز» همینطور منتشر شده، با بهرهگیری از ویژگی شگفتانگیز مکانیک کوانتومی به نام «برهمنهی» به وقوع پیوسته است.
در وضعیت برهمنهی، یک سیستم میتواند بهطور همزمان در دو حالت مختلف وجود داشته باشد. این پدیده به ظهور وضعیتی پویا به نام «نظم علّی نامعین» (ICO) میانجامد. در این چارچوب، یک عامل نامرئی بدون دسترسی به اطلاعات قطعی در مورد محتویات مخازن یا تشخیص دما، بر هر دو حالت اثر میگذارد. چنین پژوهشهایی گامهای بنیادی را در جهت نزدیکی مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک به یک نظریه یکپارچه برای گرانش به ارمغان میآورد.
برای تجسم این ساختار میتوان به آزمایش فکری شناخته شده «شیطانک ماکسول» مراجعه کرد. تصور کنید دو محفظه گاز در کنار هم قرار دارند و یک دیواره نفوذپذیر آنها را از یکدیگر جدا کرده است. اگر عاملی هوشمند در کنار این دیوار بایستد، میتواند ذرات خنک را به طرف محفظه گرم هدایت کرده و در عین حال از ورود ذرات گرم به بخش خنک جلوگیری کند، آنگاه مسیر طبیعی انتقال حرارت معکوس خواهد شد.
محاسبات دقیق ریاضی نشان میدهند که برای دفع نقض قانون دوم ترمودینامیک، حافظه این ناظر باید بهصورت دورهای پاکسازی شود تا میزان آنتروپی یا بینظمی کل سیستم به حالت قبلی بازگردد. در فیزیک نوین، چنین عاملی به صورت یک «سوئیچ کوانتومی» پیادهسازی میشود؛ ابزاری که این امکان را فراهم میآورد تا مسیر علّی انتخاب یا تعیین شود از طریق یک کیوبیت. بر خلاف سوئیچهای معمولی در رایانههای کلاسیک که تنها از حالتهای صفر و یک استفاده میکنند، یک سوئیچ کوانتومی میتواند بهطور همزمان در حالتهای صفر و یک باشد و ظرفیت پردازشی بسیار بالاتری را فراهم میآورد.
محققان برای تجسم عینی این نظریات ریاضی در آزمایشگاه، از پرتوهای نوری بهره گرفتند. آنها با تقسیم یک باریکه نور، اصل برهمنهی را بهصورت عملی بازتولید کردند و دو زیرشاخه پرتو را با توجه به طراحی دو مخزن ذرات تنظیم کردند. آزمایشهای عملی با دقت چشمگیری انجام شد و تطابق آماری فراتر از ۹۹ درصد با پیشبینیهای نظری به دست آمد.
به گفته پژوهشگران، نسخهای که بر اساس سوئیچ کوانتومی بنا شده از انعطافپذیری بینظیری برای کاربرد در سیستمهای «فوتونیک در فضای آزاد» برخوردار است؛ شرایطی که در آن پرتوهای نور نه درون کابلهای فیبر نوری، بلکه در فضای آزاد حرکت میکنند. حذف نیاز به واسطههای فیزیکی فشرده این قابلیت را میدهد که بتوان باریکههای کوانتومی را به فواصل طولانی بدون نیاز به هزینههای سنگین کابلکشی هدایت کرد؛ دستیابی که دروازههای جدیدی را به سوی تحول در زمینه ارتباطات دادهای و انتقال انرژی در آینده گشوده است.