محتوى المدونة بتنسيق ماركداون
حسنًا، أريدك أن تتخيل معي شيئًا.
أتعرف كيف عندما تصب لنفسك كوبًا من القهوة الساخنة، ينتشر الحرارة دائمًا نحو الخارج؟ تنتشر في الهواء الأبرد المحيط بها. دائمًا. دون استثناءات، أليس كذلك؟ هذا هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية — الإنتروبيا، ميل الكون نحو الفوضى، تزداد دائمًا. تنتقل الحرارة من الأجسام الساخنة إلى الأجسام الباردة. هذا هو كل ما في الأمر.
لكن... ماذا لو أخبرتك أن العلماء اكتشفوا للتو طريقة لجعل الحرارة تتدفق للخلف؟
أعلم. لقد قام عقلي أيضًا بحركة بهلوانية صغيرة عندما قرأت عن هذا لأول مرة.
العلم المثير (الساخن؟) وراء ذلك
إليك ما هو مذهل: أثبت فريق دولي من الباحثين أنه تحت ظروف كمومية محددة جدًا، يمكنك فعليًا جعل الحرارة تتدفق من منطقة أبرد نحو منطقة أدفأ. هذا يشبه مشاهدة نهر يتدفق صعودًا. لا ينبغي أن يحدث. للكون قواعد، يا رفاق!
إذن، كيف نجحوا في ذلك؟ استغلوا واحدة من أكثر ميزات الفيزياء الكمومية إرباكًا للعقل: التراكب. ربما تعرف الأساسيات — يمكن للجسيمات الكمومية أن توجد في حالات متعددة في آن واحد حتى تراقبها. استخدم هذا الفريق تلك الخاصية لإنشاء شيء يسمى "ترتيب سببي غير محدد" (ICO اختصارًا)، وهو غريب تمامًا كما يبدو.
فكر في الأمر على هذا النحو: بدلاً من حدوث أ ثم ب — أو ب ثم أ — يقوم النظام الكمومي نوعًا ما... بحدوث كليهما في آن واحد. لا "يعرف" الإعداد فعليًا أي الجانب ساخن وأيها بارد حتى النهاية. وفي ذلك الغموض، يحدث السحر (أو الفيزياء، بالأحرى).
تعرّف على شيطان ماكسويل — النسخة الكمومية
استلهم الباحثون فعليًا من تجربة فكرية شهيرة صاغها جيمس كليرك ماكسويل عام 1867. تخيّل "شيطانًا" صغيرًا يجلس عند حاجز بين حجرتين غازيتين — إحداهما ساخنة والأخرى باردة. يمكن لهذا المخلوق الصغير نظريًا فرز الجسيمات، مما يسمح للجسيمات الباردة بالانجراف نحو الجانب الساخن، وعرقلة دخول الجسيمات الساخنة إلى الجانب البارد. نظريًا، ستقلل الإنتروبيا. وهذا من شأنه أن ينتهك القانون الثاني.
لكن إليك الأمر: لكي يعمل هذا فعليًا دون كسر قوانين الفيزياء، يجب أن يتم مسح ذاكرة ذلك الشيطان من حين لآخر. بمجرد أن تأخذ في الاعتبار الطاقة اللازمة لمسح تلك الذاكرة، تعود الإنتروبيا للارتفاع. الكون يوازن دفاتره.
يأخذ هذا البحث الجديد ذلك المفهوم ويمنحه ترقية كمومية. يسمونه مفتاحًا كموميًا — إعدادًا يمكن فيه للكيوبت (المقابل الكمومي للبت الحاسوبي العادي) أن يكون فعليًا في حالتي "0" و"1" في آن واحد، مما يحدد ترتيب حدوث الأشياء. بسبب ذلك الغموض الكمومي، يُقنَع القانون الثاني... لنقل، بلطف بالاسترخاء قليلاً.
اختبار الفكرة
والآن، هنا يصبح الأمر أكثر إثارة (مقصدًا التلاعب اللفظي تمامًا). لم تكن هذه مجرد تأملات رياضية. بنى الفريق فعليًا تجربة حقيقية باستخدام — انتظر — شعاع من الضوء.
قاموا بتقسيم شعاع فوتوني لخلق تراكب، ثم رتبوا الشعاعين الفرعيين الناتجين لتمثيل ترتيبات مختلفة لمخزني جسيمات. الهدف؟ معرفة ما إذا كانت الحرارة يمكنها حقًا التدفق للخلف عمليًا.
وأتعرف ماذا؟ نجح الأمر. تطابقت نتائجهم التجريبية مع التنبؤات النظرية بدقة تتجاوز 99%. تسعة وتسعون بالمئة! هذا يعادل عمليًا ميدالية ذهبية في الفيزياء.
لماذا يجب أن تهتم؟
بخلاف الإثارة المحضة الناتجة عن "واو، لقد كسرنا الفيزياء"، لهذا الأمر بعض التداعيات المثيرة للاهتمام حقًا.
أولاً، ينطبق على كل من السيناريوهات الكمومية والكلاسيكية — مما يعني أن التأثير لا يقتصر على الإعدادات المخبرية الغريبة. لاحظ الباحثون أن نسخة المفتاح الكمومي قد تكون مفيدة بشكل خاص لـ "الفوتونيات في الفضاء الحر"، حيث يسافر الضوء عبر الهواء المفتوح بدلاً من الكابلات الألياف البصرية.