تخيّل أن قطرات الحبر التي انتشرت في كوب ماء تجمّعت من جديد، وعادت كما كانت قبل سقوطها. سيبدو المشهد كأن مقطع فيديو يُعرض بالعكس. لكن هل يمكن أن يحدث شيء مشابه في الطبيعة، فتعود مادة إلى حالة سابقة بدلاً من مواصلة تغيّرها المعتاد؟
هذا هو السؤال الذي تناوله الفيزيائيان ياكير أهارونوف وأفشالوم إليتسور في بحث نظري، عرضه موقع "ساينس أليرت" السبت. واختار الباحثان حالة أصغر بكثير من كوب الماء: ذرات تفقد طاقتها تدريجياً، وبحثا إمكان جعلها تتصرف كما لو أن جزءاً من هذه العملية انعكس.
ماذا يعني أن يعود الزمن؟
المقصود هنا أن يستعيد نظام صغير حالة كان عليها قبل لحظات. ولتقريب الصورة، يمكن تشبيهه بفيلم يتراجع فيه مشهد واحد، بينما يستمر العرض حوله بصورة طبيعية.
لكن التشبيه له حدود؛ فالباحثان لم يبنيا آلة تعيد الأحداث إلى الوراء، بل استخدما الحسابات لاختبار ما قد تسمح به قوانين الفيزياء على مستوى الذرات.
ذرات تطلق الضوء
عندما تحصل ذرة على طاقة إضافية، تصبح في حالة يسميها العلماء "الإثارة". ويمكنها لاحقاً أن تفقد هذه الطاقة بإطلاق الضوء.
تخيّل مجموعة من الذرات المشحونة بالطاقة، بدأ بعضها يطلق الضوء ويفقد شحنته. سأل الباحثان: هل يمكن، ضمن ترتيب خاص، أن تنتهي المجموعة بطاقة أعلى مما كانت عليه عند بدء العملية، وكأنها تراجعت خطوة نحو حالتها السابقة؟
ولحساب ذلك، تصوّرا الذرات داخل حجرة مغلقة تضم أيضاً الضوء الذي أطلقته والجدران التي يمكن أن تمتصه. فمتابعة الذرات وحدها لا تكفي؛ إذ يجب أخذ ما خرج منها وما تفاعل معها في الحسبان.
كيف يمكن عكس العملية؟
استند الباحثان إلى خاصية غريبة في عالم الذرات، تسمح بوصف النظام قبل القياس باعتباره يجمع أكثر من احتمال في الوقت نفسه.
وفي التصور الذي درساه، تمرّ على النظام مدد مختلفة بحسب المسار الذي يسلكه. ثم تُجمع هذه الاحتمالات بطريقة محددة، وتُختار نتائج معينة من المحاولات.
وتقول الحسابات إن بعض النتائج المختارة قد تُظهر النظام كما لو أنه عاد إلى حالة سابقة. وهذا لا يحدث في كل محاولة، ولا يعني أن الساعة المحيطة بالتجربة أخذت تدور إلى الخلف.
ما الذي يمنع العودة أكثر؟
المشكلة أن الذرة لا تتغيّر وحدها. فعندما تطلق الضوء، ينتقل أثر ما حدث إلى محيطها، ويصبح عكس العملية أكثر تعقيداً.
يمكن تقريب الفكرة بقطرات الحبر: إعادتها إلى شكلها الأول تتطلب التعامل مع حركتها وتفاعلها مع الماء، لا مع لونها فقط. وبالمثل، لا يكفي في الحسابات تتبّع الذرة من دون الضوء الذي خرج منها وتأثيره في المحيط.
وفي أبسط نموذج درسه الباحثان، كانت فرصة عكس العملية محدودة بمدة شديدة القِصر. وبالنسبة إلى المثال الخاص بذرات تطلق الضوء في الفضاء الحر، تبلغ نحو "فيمتوثانية"؛ أي جزءاً من مليون مليار جزء من الثانية.
وهذا الرقم يخص المثال الذي تناولته الورقة، ولا يحدد مدة واحدة تنطبق على كل الأنظمة الصغيرة.
هل يمكن تجاوز هذه المدة؟
تشير الحسابات إلى أن ذلك يحتاج إلى ترتيب أعقد وشروط أدق، فيما تصبح النتيجة المطلوبة أندر بكثير كلما حاول الباحثون عكس جزء أكبر من العملية.
ولأن الطريقة تعتمد على اختيار نتائج محددة، فإن ندرة هذه النتائج تعني الحاجة إلى عدد متزايد من المحاولات للحصول عليها.
وحتى الآن، يبقى العمل تصوراً رياضياً يحتاج إلى اختبار تجريبي. وتكمن فكرته في محاولة فهم مقدار ما يمكن لنظام صغير أن يستعيده من حالته السابقة، ولماذا يجعل تفاعله مع محيطه هذه العودة صعبة إلى هذا الحد.
