افــــــق رویـــــداد

جستجوی کوانتومی برای «منبع زمان» هیچ تفاوتی بین گذشته و آینده پیدا نمی کند

محققان دانشگاه ساری، توماس گاف، چینتالپاتی اوماشانکار شاستری، و آندریا روکو، به‌تازگی پژوهشی انجام داده‌اند تا منبع جریان زمان را در مکانیک کوانتومی بررسی کنند. آن‌ها به‌دنبال نشانه‌هایی بودند که نشان دهد چرا زمان به‌سمت آینده حرکت می‌کند و نه گذشته.

در فیزیک کلاسیک، قوانین فیزیکی نسبت به جهت زمان متقارن هستند؛ یعنی که در سطح بنیادی، تفاوتی بین گذشته و آینده وجود ندارد. با این حال، در تجربه روزمره، ما تنها حرکت زمان به‌سمت آینده را مشاهده می‌کنیم؛ مثلاً تخم‌مرغ شکسته دوباره به حالت اولیه برنمی‌گردد.

این تیم پژوهشی، از زنجیره‌های مارکوف برای مدل‌سازی سیستم‌های کوانتومی استفاده کردند. در این مدل‌ها، هر حالت جدید تنها به حالت قبلی وابسته است و سیستم هیچ حافظه‌ای از گذشته ندارد. نتایج نشان داد که در این سیستم‌های کوانتومی، زمان می‌تواند به‌طور مساوی به جلو یا عقب حرکت کند و هیچ ترجیحی برای جهت خاصی وجود ندارد.

آندریا روکو گفت: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که در حالی که تجربه ما می‌گوید زمان تنها به یک سمت حرکت می‌کند، در واقع جهت مخالف نیز به‌طور مساوی ممکن است.»

این نتایج نشان می‌دهد که در مقیاس کوانتومی، زمان می‌تواند در هر دو جهت حرکت کند، اما در مقیاس ماکروسکوپی، قوانین ترمودینامیک و افزایش آنتروپی باعث می‌شوند که ما تنها حرکت زمان به‌سمت آینده را تجربه کنیم.

سام آریامنش
🚀 @ofoghroydadd

🪄 Scientific Reports

توضیح بیشتر: زنجیره‌های مارکوف مدلی ریاضی است که در آن وضعیت فعلی یک سیستم تنها به «وضعیت قبلی» آن بستگی دارد و نه «به حالت‌های قبل‌تر». (مثل این‌که آینده‌ی یک بازی فوتبال فقط به نتیجه‌ی بازی قبلی بستگی داشته باشد، نه کل تاریخچه‌ی تیم). این مفهوم در بسیاری از زمینه‌ها مثل فیزیک، اقتصاد و هوش مصنوعی کاربرد دارد. در این پژوهش هم، دانشمندان از زنجیره‌های مارکوف برای مدل‌سازی سیستم‌های کوانتومی استفاده کردند و متوجه شدند که زمان می‌تواند هم به جلو و هم به عقب حرکت کند، بدون اینکه ترجیحی برای یک جهت خاص وجود داشته باشد.

آیا یک ریز‌سیاهچاله میتواند انسان را بکشد؟

در سال ۱۹۷۴، لری نیون، نویسنده داستان های علمی تخیلی، یک معمای قتل با یک فرض جالب نوشت: آیا می توانید مردی را با یک ریزسیاهچاله بکشید؟
من داستان را اسپویل نمی‌کنم، اگرچه حاضرم شرط ببندم که اکثر مردم استدلال می‌کنند که پاسخ به وضوح مثبت است. گرانش شدید، نیروهای جزر و مدی و افق رویداد مطمئناً به پایانی آشفته منجر خواهد شد. اما به نظر می رسد که پاسخ علمی کمی جالب تر است.

از یک طرف، روشن است که یک سیاهچاله به اندازه کافی بزرگ می تواند شما را بکشد. از سوی دیگر، سیاهچاله‌ای با جرم یک اتم هیدروژن هم به اندازه‌ای کوچک است که قابل توجه نیست.

یک سیاهچاله با حداقل چه اندازه‌ای مرگبار می شود؟ این موضوع مقاله جدیدی هست که در arXiv منتشر است.

پژوهش با «سیاهچاله‌های نخستین» آغاز می شود. اینها اجرام نظری هستند که ممکن است در اولین لحظات کیهان شکل گرفته باشند و بسیار کوچکتر از سیاهچاله هایی با جرم ستاره‌ای هستند و این نوع سیاهچاله‌ها بین «جرم اتمی تا جرمی چندین برابر زمین» هستند.

اگرچه اخترشناسان هرگز هیچ سیاهچاله نخستینی پیدا نکرده‌اند، مشاهدات چندین محدوده جرمی را رد می کنند.
به عنوان مثال، هر سیاهچاله نخستین کوچکتر از 10¹² کیلوگرم به لطف تشعشعات هاوکینگ تا الان باید تبخیر شده باشد.

هر سیاهچاله نخستینی بزرگتر از 10²⁰ کیلوگرم هم به صورت گرانشی ستاره های کهکشان راه شیری را عدسی میکند. از آنجایی که ما هیچگونه از این اثرات عدسی را شناسایی نکرده‌ایم، پس یا باید بسیار نادر باشند یا اصلا وجود ندارند.

برخی از مدل‌های نظری استدلال می‌کنند که سیاه‌چاله‌های نخستین می‌توانند منبع ماده تاریک باشند. اگر چنین باشد، محدودیت‌های رصدی، جرم آن‌ها را به محدوده 10¹³-10¹⁹ کیلوگرم محدود می‌کند، که این مشابه محدوده جرمی سیارک‌ها است.

بنابراین، این پژوهش بر این محدوده متمرکز است و به دو اثر می‌پردازد: نیروهای جزر و مدی و امواج ضربه‌ای.

نیروهای جزر و مدی به این دلیل اتفاق می‌افتند که هر چه به یک جرم نزدیک‌تر می‌شوید، گرانش آن قوی‌تر می‌شود. این به این معنی است که یک سیاهچاله با نزدیک شدن به شما یک نیروی تفاضلی اعمال می کند(یعنی با نزدیکتر شدن به این چیز، به هر بخش بدن شما فشار متفاوتی وارد میشود). بنابراین پرسش این است که آیا این دیفرانسیل نیرو به اندازه کافی قوی است که گوشت را پاره کند؟
وسعت سیاهچاله هایی با جرم سیارک، کمتر از یک میکرومتر است، بنابراین حتی نیروهای جزر و مدی نیز منطقه کوچکی را پوشش می دهند. اگر یکی از قسمت میانی شما یا یکی از اندام شما عبور کند، ممکن است آسیب موضعی داشته باشد، اما هیچ چیز کشنده‌ای نیست؛ شبیه سوزنی است که از شما عبور می کند.(تشبیه خوبی کرد؛ نباید سیاهچاله را مثل جاروبرقی های مکنده تصور کنید، تا ببینیم در چنین حالتی چه اندازه بدن شما در دام گرانشی آن می افتد و از افق رویدادش عبور میکند)

اما اگر همین سیاهچاله از سر شما عبور کند، داستان متفاوت خواهد بود.(تفنگی که میکرو سیاهچاله شلیک میکند، جالب میشود) نیروهای جزر و مدی می توانند سلول های مغز را از هم جدا کنند که عوارضش بسیار جدی تر است. از آنجایی که سلول های مغز ظریف هستند، حتی اختلاف نیرو بین ۱۰ تا ۱۰۰ نانونیوتن ممکن است شما را بکشد. اما این یک سیاهچاله در بالاترین حد محدوده جرمی است که ما میتوانیم در نظر بگیریم(حداکثر جرم را در نظر گرفته ایم).

امواج شوک بسیار خطرناک تر خواهند بود. در این حالت، هنگامی که یک سیاهچاله وارد بدن شما می شود، یک موج چگالی ایجاد می کند که در شما موج می‌زند(موج ضربه‌ای). این امواج شوک به طور فیزیکی به سلول‌ها آسیب می‌رسانند و انرژی گرمایی را منتقل می‌کنند که باعث آسیب بیشتر می‌شود. برای ایجاد انرژی یک موج ضربه‌ای- مشابه با یک گلوله کالیبر ۲۲ - به سیاهچاله‌ای با تنها به جرمی 1.4 در 10¹⁴ کیلوگرم نیاز داریم که در محدوده سیاهچاله های نخستین ما هم قرار دارد.

بنابراین بله، یک سیاهچاله نخستین می تواند شما را بکشد.

اگرچه این یک داستان باحال است، اما هرگز در زندگی واقعی اتفاق نمی افتد. حتی اگر سیاهچاله های نخستین با جرم سیارک وجود داشته باشند، آنگاه تعداد آنها در مقایسه با وسعت فضا؟ خیلی کم است تقریبا هیچ است؛ به این معنی است که احتمال وقوع آن برای هر کسی در طول عمرش کمتر از یک در ۱۰ تریلیون است.

سام آریامنش
🚀 @ofoghroydad

Reference: Robert J. Scherrer. “Gravitational Effects of a Small Primordial Black Hole Passing Through the Human Body.” arXiv preprint arXiv:2502.09734
(2025)

تبعیض جنسیتی ناخودآگاه و طبیعی و اینکه نباید اجازه داد این ناخودآگاه در عمل بر روی تصمیم ما تاثیر بگذارد؛
نچرالی(زیستی) که نباید نرمال(روانشناسی، حقوقی، قانونی، اخلاقی) باشد.

خواندن این پرسش و پاسخ

@ofoghroydad