هل يمكن الزمن أن يتحرك للأمام فقط؟ يشير الحل لمشكلة الضوء المعقدة إلى نعم، وقد يرتبط سلوك الضوء أيضًا على نحو أساسي بسهم الزمن.
إن الضوء شيء مألوف للغاية في عالمنا، مع ذلك ما يزال بإمكانه إظهار بعض الكرات المنحنية المذهلة عندما يُنظر إليه بالتفصيل. تأتي إحدى هذه الكرات المنحنية من ظاهرة راسخة إلى حد كبير: ماذا يحدث عندما يمر الضوء عبر واجهة؟ قد يكون ذلك زجاجًا أو ماءً أو شيئًا مختلفًا تمامًا. حُدد الحل لذلك منذ فترة طويلة، لكن وجد العلماء الآن شيئًا غريبًا يحدث في المنتصف.
عندما يمر الضوء عبر واجهة تتغير سرعته. الحل لسلوك الضوء على أحد جانبي الواجهة أو الجانب الآخر هو معادلة الموجة القياسية الراسخة. يمكن ربطها دون مشكلة -حل مستمر على شكل قطع- لكن لا يفسر ما يحدث عند الواجهة نفسها. هناك، يجب أن تتعرض الموجة لتسارع لا يُفسَّر بالحل الحالي.
طرح الباحثون عام 2023 معادلة في حالة كون له بُعد مكاني واحد وبعد زمني واحد.
قال المؤلف الرئيسي الأستاذ المساعد ماتياس كويفوروفا من جامعة شرق فنلندا في بيان: «في الأساس، وجدت طريقة أنيقة للغاية لاستنتاج معادلة الموجة القياسية في أبعاد 1+1. كان الافتراض الوحيد الذي احتجته هو أن سرعة الموجة ثابتة. ثم فكرت في نفسي: ماذا لو لم تكن ثابتة دائمًا؟ لقد تبين أن هذا سؤال جيد حقًا».
توصل الفريق إلى معادلة موجة متسارعة. في البداية، لم يكن الحل منطقيًا، لكن أدرك الفيزيائيون أنهم بحاجة إلى سرعة مرجعية وهي سرعة الضوء في الفراغ. أدى حل المعادلة إلى تقديم الحل الصحيح سواء عند الواجهة أم على جانبيها، لكن لها متطلب حاسم واحد، تحتاج إلى الوقت للتحرك للأمام فقط.
سهم الزمن هو مفهوم مهم في العلوم. وفي الفيزياء، نتحدث في كثير من الأحيان عن سهم الزمن الديناميكي الحراري. في جميع الأنظمة المعزولة، تزداد الإنتروبيا مع مرور الوقت. وهذا يعطي بوضوح اتجاهًا للزمن.
تبدو هذه المعادلة -مع أنها في بُعد واحد فقط- كأنها تشير إلى أن سهم الزمن لا يأتي من الديناميكا الحرارية فقط، بل قد يكون خاصية جوهرية للطبيعة حتى الضوء المنتشر يجب أن يطيعها.
وفي مجال البصريات، يعني حل هذه المعادلة حل جدال طويل الأمد أربك الفيزيائيين لسنوات.
أوضح البروفيسور ماركو أورنيجوتي -قائد الدراسة- بقوله: «كان هذا الجدل مشهورًا جدًا في الفيزياء، الذي يُطلق عليه جدال أبراهام-مينكوفسكي. الجدل هو أنه عندما يدخل الضوء وسطًا، ماذا يحدث لزخمه؟ قال مينكوفسكي إن الزخم يزداد، بينما أصر أبراهام على أنه يتناقص».
تدعم الأدلة التجريبية كلا الجانبين، ووفقًا للمعادلة، فإن الزخم محفوظ بفضل التأثيرات النسبية. ويبدو أنه يزداد أو يتناقص فقط اعتمادًا على كيفية النظر إليه.
تابع أورنيجوتي قائلًا: «لقد وجدنا أنه يمكننا أن ننسب وقتًا مناسبًا للموجة، وهو ما يشبه تمامًا الوقت المناسب في النظرية النسبية العامة».
ينتقل العمل من معضلة بصرية محددة إلى حقيقة أساسية محتملة للكون. فإذا كان سهم الزمن يسير دائمًا في اتجاه واحد، فقد نضطر إلى قول وداعًا لأحلام السفر عبر الزمن إلى الماضي.
اقرأ أيضًا:
هل يمكن أن يكون الزمن بالسالب؟ دليل جديد يحمل نتائج مثيرة!
يبدو أن الزمن في الزجاج قد يعود إلى الوراء
ترجمة: لور عماد خليل
مراجعة: باسل حميدي
تدقيق: تمام طعمة
