کشف بزرگ فیزیکدانان درباره زمان!

به گزارش اقتصادنیوز به نقل از ایسنا، به نظر می‌رسد زمان برای ما در یک جهت جریان دارد. ما هرگز نمی‌بینیم که یک شیشه شکسته دوباره به شکل اولیه خود برگردد، اما برای فیزیکدانان، این چندان صادق نیست. معادلاتی که حرکت را توصیف می‌کنند در زمان به هر دو صورت عمل می‌کنند.

به عنوان مثال در ویدیویی از یک آونگ در حال حرکت، اگر شما آن را برعکس پخش کنید، حرکت آن در مقایسه با حالت اول، یکسان به نظر می‌رسد. ما زمان را به دلیل قانون دیگری از طبیعت به نام قانون دوم ترمودینامیک به صورت برگشت‌ناپذیر می‌بینیم. این قانون می‌گوید که اختلال در یک سیستم همیشه افزایش می‌یابد. اگر شیشه شکسته خود را دوباره جمع کند، اختلال کاهش می‌یابد.

همین قانون در مورد کهنه شدن مواد نیز صدق می‌کند. اما فیزیکدانان دانشگاه فنی دارمشتات دریافته‌اند که اینطور نیست. آنها کشف کرده‌اند که حرکت مولکول‌ها در شیشه یا پلاستیک را اگر از زاویه خاصی به آن نگاه کنید، می‌توان در زمان معکوس کرد.

تیمی به رهبری تیل بومر در موسسه فیزیک ماده متراکم در دانشگاه فنی دارمشتات نتایج خود را در مجله Nature Physics منتشر کرده است.

ساعت داخلی شیشه

شیشه یا پلاستیک از یک شبکه درهم‌تنیده از مولکول‌ها ساخته شده‌اند. این مولکول‌ها دائما در حال حرکت هستند و موقعیت خود را تغییر می‌دهند. آنها همیشه به دنبال یک حالت انرژی پایین‌تر هستند که بر خواص مواد در طول زمان تأثیر می‌گذارد که به عنوان کهنه شدن شیشه تعریف می‌شود.

این فرآیند برای برخی مواد مانند شیشه پنجره می‌تواند میلیاردها سال طول بکشد. فرآیند کهنگی را می‌توان با «زمان ماده» توصیف کرد و اینگونه فکر کرد که این ماده دارای ساعتی است که تیک تاک متفاوتی نسبت به ساعت روی دیوار دارد و زمان مواد بسته به سرعت بازآرایی مجدد مولکول‌های ماده، سریع‌تر یا کندتر می‌شود.

این مفهوم حدود ۵۰ سال پیش مطرح شد، اما طی این مدت هیچ کس نتوانسته زمان ماده را اندازه‌گیری کند. اکنون پژوهشگران در دانشگاه فنی دارمشتات به سرپرستی پروفسور توماس بلوچوویچ این کار را برای اولین بار انجام داده‌اند.

یک کشف شگفت‌انگیز

بومر می‌گوید: این یک چالش تجربی بزرگ بود. حرکات ظریف مولکول‌ها باید با یک دوربین فیلمبرداری بسیار حساس ثبت می‌شد.

بلوچوویچ می‌گوید: شما نمی‌توانید فقط به تکان خوردن مولکول‌ها نگاه کنید.

اما پژوهشگران چیزی غیر منتظره را دیدند. آنها لیزر را بر روی نمونه شیشه تاباندند و مولکول‌های شیشه، نور را پراکنده کردند. پرتوهای پراکنده نور روی هم قرار گرفتند و یک الگوی تصادفی از نقاط روشن و تاریک روی حسگر دوربین ایجاد کردند.

پژوهشگران با استفاده از روش‌های آماری توانستند نحوه تغییر این الگو را در طول زمان محاسبه کنند. این کار به آنها می‌گفت که ساعت داخلی مواد با چه سرعتی می‌گذرد.

بلوچوویچ می‌گوید: این به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی نیاز داشت که فقط با جدیدترین دوربین‌های فیلمبرداری امکان‌پذیر بود.

نتایج شگفت آور بود. آنها با کمک پژوهشگران دانشگاه راسکیلد(Roskilde) در دانمارک، حرکات مولکولی را در رابطه با زمان ماده تجزیه و تحلیل کردند. آنها دریافتند که این حرکات قابل برگشت در زمان هستند. این بدان معنی است که اگر زمان مادی به عقب برود، مانند مثال ویدیوی آونگ، یکسان به نظر می‌رسد.

بومر تأکید کرد: با این حال، این بدان معنا نیست که کهنگی یا پیری مواد را می‌توان معکوس کرد، بلکه نتیجه نشان می‌دهد که مفهوم زمان مادی راه خوبی برای به تصویر کشیدن بخش غیرقابل برگشت پیری مواد است و تیک تاک آن نشان دهنده گذر زمان برای خود ماده است.

این به چه معنی است؟

پژوهشگران همچنین دریافتند که فقط برخی از چیزهایی که در مواد حرکت می‌کنند، به پیری آن کمک می‌کنند. فقط حرکاتی که مربوط به زمان مادی هستند، اهمیت دارند. برای نشان دادن این موضوع، آنها از یک مثال استفاده کردند مبنی بر اینکه کودکانی که در صندلی عقب یک خودرو مشغول بازی هستند، بر حرکت آن خودرو تأثیر نمی‌گذارد.

پژوهشگران دانشگاه فنی دارمشتات معتقدند که این یافته در مورد همه مواد نامنظم صدق می‌کند و فقط مختص شیشه یا پلاستیک نیست. آنها این فرضیه را با بررسی دو دسته از مواد و شبیه‌سازی یک ماده مدل در رایانه آزمایش کردند و در همه موارد نتایج یکسانی گرفتند.

موفقیت فیزیکدانان تازه شروع کار است. بلوچوویچ می‌گوید: این ما را با کوهی از سؤالات بی‌پاسخ مواجه می‌کند.

به عنوان مثال، آنها می‌خواهند بدانند که چگونه برگشت‌پذیری زمان ماده با برگشت‌پذیری قوانین فیزیکی طبیعت مرتبط است یا اینکه چگونه مواد مختلف ساعت‌های داخلی متفاوتی دارند.

پژوهشگران مشتاق اکتشافات بیشتر در این زمینه هستند، بنابراین می‌توانیم انتظار اکتشافات هیجان ‌انگیزتری را داشته باشیم.