نسبیت خاص و مساله‌ی همزمانی!

[∆ MeRzaD ∆]

انیشتن نشان داد که بسته به نقطه نظر شما، هر دو رویدادِ غیر وابسته می‌توانند با هر ترتیب زمانی قرار گیرند. فیزیکدانان در حال حاظر گاه شناسی سه رویداد و بیشتر را کشف کرده‌اند.

نسبیت خاص شیوه‌ی تفکر ما را نسبت به زمان و ترتیب رویدادها دگرگون کرده است. انیشتین نشان داد دو رویداد که ممکن است از دید یک ناظر هم‌زمان در نظر گرفته شوند، می‌توانند از دید ناظر دیگر هم‌زمان نباشد. در حقیقت این امکان وجود دارد که دو رویداد با فاصله‌ی فضایی، به هر ترتیب زمانی قرار گیرند. این امکان از راه گزینش چهارچوب‌های مرجع مختلف وجود دارد.


اما در مورد سه رویداد یا بیشتر چه می‌توان گفت؟ آیا این امکان وجود دارد که تمام ترتیب‌های زمانی ممکن را در هر چهارچوب در نظر گرفت؟ اگر چنین امکانی نیست، چه محدودیتی وجود دارد؟ این پرسشی بود که Alfred Shapere  از دانشگاه کنتاکی در Lexington و Frank Wilczek از MIT در کمبریج  مطرح کردند. امروز آن‌ها پاسخی برای این پرسش یافته‌اند. برهانی که این دو ارایه دادند ساده است. سه رویداد A ، B و C را در نظر بگیرید، شش امکان برای ترتیب زمانی آن‌ها وجود دارد. این رویدادها در جهانی با سه بعد فضایی و یک بعد زمانی روی می‌دهند. این امکان همواره وجود دارد که این سه رویداد را توسط یک مثلث در صفحه دو بعدی توصیف کرد.
 

Shapere و  Wilczek   نشان دادند که اگر صفحه‌ی این مثلث به طور کامل فضاگونه باشد، یا به عبارت دیگر عمود به بعد زمان باشد در این صورت چهارچوب مرجعی وجود دارد که در آن، رویدادها به طور هم‌زمان می‌باشند و با یک تبدیل کوچک می‌توان به هر شش ترتیب زمانی دست یافت. اما اگر صفحه به هر شکلی زمان‌گونه باشد آن‌گاه یک ترتیب مشخص، غیر ممکن است.

آن‌ها به این سو می‌روند که این نتیجه را برای هر تعداد رویداد، در هر بعدی برای فضازمان تخت و خمیده بسط دهند.

آن‌ها در نهایت نشان می‌دهند که چگونه می‌توان این شیوه را وارونه کرد، یعنی چگونه می‌توان با توجه به ویژگی‌های فضازمان داده شده، طبیعت گاه‌شناسی که این فضا زمان مجاز می‌داند را نتیجه گرفت.

این موضع می‌تواند کاربردهای جالبی داشته باشد. گاه‌شناسی رویدادها نقش مهمی در مکانیک کوانتومی بازی می‌کند. به عنوان مثال، سه رویداد A ، B و C را در نظر بگیرید که از هم فاصله‌ی فضایی دارند. ممکن است مشاهده‌گری برای توصیف این رویدادها از تابع موج استفاده کند به گونه‌ای که رویداد A (از نظر زمانی) پیش از B  باشد. در این حالت، اندازه‌گیری در A تابع موج را نابود کرده و موجب می‌شود که این تابع موج برای B قابل دسترس نباشد. این در صورتی است که مشاهده‌گر دیگر تابع موجی را چنان در نظر می‌گیرد که رویداد B پیش از A  باشد. در این حالت نیز اندازه‌گیری در B موجب نابودی تابع موج شده و آن را برای A غیر قابل دسترس می‌کند. بدون هیچ فرضی مبنی بر مقیدبودنِ گاه‌شناسیِ رویدادها، به این نتیجه می‌رسیم که رویداد A  نمی‌تواند هم‌زمان پیش از B و C  باشد.

بنابر گفته‌ی Shapere و Wilczek " با یک وضعیت عجیب و غریب روبه‌رو هستیم، اندازه‌گیری در A  می‌تواند موجب نابودی تابع موج در B  یا C در چهارچوب‌های متفاوت شود، اما این نابودی برای B و C هم‌زمان رخ نمی‌دهد".

این مسئله یک تناقض نیست اما یک تصنع عجیب می‌باشد. آشکار است که کمبود‌هایی در منطق فیزیکدانانی که عادت دارند به مکانیک کوانتومی به این شیوه بیاندیشند، وجود دارد.

Shapere و  Wilczek بیان می‌کنند که آن‌ها به طور خاص، این ره‌یافت را برای گاه‌شناسی گسترش دادند تا باعث روشن شدن منطق کوانتومی شوند.

استفاده از گاه‌شناسیِ نسبیت خاص به عنوان زمینه‌ی آزمایشی برای منطق مکانیک کوانتومی، به نتایج جالبی می‌انجامد. هیجان‌انگیزترینِ آن‌ها ممکن است نوعی از تناقض‌ها باشد که بین دو نظریه با پیش‌بینی‌های متفاوت، به وجود می‌آید. این امر به ما این اجازه را می‌دهد که آزمایش تجربی انجام دهیم.

البته تضادهایی بین نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی در قالب درهم‌تنیدگی وجود دارد. درهم‌تنیدگی در واقع یک پدیده‌ی عجیب  کوانتومی است که در آن دو جسم با وجود این‌که از لحاظ فضایی از هم مستقل هستند، تابع موج خود را با یک‌دیگر به اشتراک می‌گذارند.

سرشت درهم‌تنیدگی یکی از بزرگ‌ترین معماهای دانشمندان است. این امکان وجود دارد که ره‌یافت گاه‌شناسی، کمکی برای حل این معما باشد.