هل يستطيع الزمن أن يعود للوراء؟ سر غريب يكشف علاقته بالضوء

تشير دراسة حديثة إلى أن سلوك الضوء قد يكون مرتبطًا بشكل أساسي بسير الزمن في اتجاه واحد.

توصل فريق من العلماء إلى حل معادلة معقدة قد تسهم في فهم جديد للعلاقة بين الضوء والزمن، مما يفتح آفاقًا جديدة في مجال الفيزياء البصرية.

عندما يمر الضوء عبر وسيط مثل الزجاج أو الماء، يتغير سرعته نتيجة لاختلاف الكثافة بين الوسيطين. وقد تم تفسير هذه الظاهرة بواسطة المعادلة الموجية القياسية المعروفة، والتي تربط سلوك الضوء على جانبي الوسيط بسهولة. ولكن عند النقطة الفاصلة بين الوسيطين، تحدث تسارع غير مفسر للضوء، وهو ما لم تتمكن المعادلات الحالية من تفسيره.

في عام 2023، قدم فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور ماتيس كويفوروفا من جامعة شرق فنلندا، معادلة جديدة لحل هذه المعضلة في كون ذي بُعدين: بعد زمني وآخر مكاني.

 ارتباط الضوء بالزمن

قال البروفيسور كويفوروفا: "لقد وجدت طريقة أنيقة لاستنتاج المعادلة الموجية القياسية في بُعدين، بافتراض أن سرعة الموجة ثابتة. ثم تساءلت: ماذا لو لم تكن ثابتة؟". قاد هذا التساؤل الفريق إلى صياغة معادلة موجية متسارعة.

تمكنت المعادلة الجديدة من تقديم حل دقيق لكل من جانبي الوسيط وللنقطة الفاصلة بينهما. ومع ذلك، تعتمد صحة الحل على شرط أساسي: أن الزمن يتحرك فقط في اتجاه واحد.

يعتمد المفهوم العلمي للسهم الزمني عادةً على الديناميكا الحرارية، حيث يتزايد الإنتروبي في الأنظمة المعزولة مع مرور الوقت. ولكن هذه المعادلة الجديدة تشير إلى أن السهم الزمني قد يكون خاصية جوهرية للطبيعة، حتى بالنسبة للضوء.

خلاف تاريخي في الفيزياء

تشير الدراسة أيضًا إلى حل نزاع قديم يُعرف باسم "جدل أبراهام-مينكوفسكي"، والذي يتعلق بما يحدث لزخم الضوء عند دخوله إلى وسط معين. افترض أبراهام أن الزخم ينخفض، بينما رأى مينكوفسكي أنه يزداد.

أثبتت التجارب صحة كلا الرأيين، ولكن وفقًا للمعادلة الجديدة، يظل الزخم محفوظًا بفضل تأثيرات النسبية، حيث يظهر التغيير في الزخم بناءً على طريقة الملاحظة.