كان «علماء يجعلون الزمن الكمومي يتدفق إلى الوراء» من أكثر عناوين الفيزياء تداولًا في 2026[1]. أما العمل الحقيقي لفيزيائيي مختبر لوس ألاموس الوطني فدقيق ومثير للاهتمام حقًا: إنه عن سهم الزمن، ولماذا يوجد، وكيف يمكن لقياس نظام كمومي أن يحنيه. يشرح هذا المقال الأمر بعناية، لأن العنوان والفيزياء ليسا الشيء نفسه تمامًا.
لماذا للزمن اتجاه أصلًا؟
أساسيات GCSE
صوّر كرة بلياردو ترتد عن حافة الطاولة ثم اعرض التصوير معكوسًا: سيظل المشهد ممكنًا. فقوانين الحركة الأساسية تعمل بالقدر نفسه في الاتجاهين. لكن صوّر بيضة تنكسر واعرضها معكوسة، وسيعرف الجميع أنها مقلوبة. الفرق هو الإنتروبيا، وهي تقريبًا مقياس لعدد الطرق التي يمكن أن تترتب بها طاقة النظام وجسيماته. ويقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية إن الإنتروبيا الكلية لنظام معزول لا تتناقص: البيض ينكسر، والحرارة تنتقل من الساخن إلى البارد، والعطر ينتشر في الغرفة. وهذا الميل ذو الاتجاه الواحد هو ما يسميه الفيزيائيون سهم الزمن.
القياس يمنح الأنظمة الكمومية سهمًا أيضًا
تعمّق A-Level
في فيزياء الكم، قياس النظام ليس فعلًا سلبيًا: إنه يربكه (وهذا ما يُسمى ردّ فعل القياس). فالقياسات المتكررة تدفع النظام الكمومي في مسار عشوائي، ولهذه المسارات أيضًا اتجاه طبيعي يمكن وصفه بإنتاج الإنتروبيا. وتساءل فريق لوس ألاموس: إذا قسنا باستمرار واستجبنا فورًا، فهل يمكن التحكم في هذا الاتجاه؟
الفكرة في خطوطها العريضة: قِس النظام، ومرّر النتيجة إلى وحدة تحكم، وطبّق فورًا مجالًا أو نبضة مصممة. وبحسب الاستراتيجية، يمكن للتغذية الراجعة أن تلغي اضطراب القياس أو تضخّمه أو تبالغ في تصحيحه. رسم تخطيطي.
وكان جوابهم: نعم، نظريًا. فباستخدام مجالات تحكّم مصممة بعناية (هاميلتوني مصمَّم، أي مجموعة مختارة من القوى المؤثرة في النظام) مع التغذية الراجعة، بيّنوا أن النظام الخاضع للقياس يمكن توجيهه في مسارات يكون سهم الزمن فيها مكبوتًا أو ممطوطًا أو ضبابيًا أو حتى معكوسًا، بحيث تبدو المسارات متوافقة مع زمن يجري إلى الوراء[1].
«الأدوات التي بنيناها تستطيع التلاعب بسهم الزمن المُدرَك، ما يفتح طرقًا جديدة ومدهشة للتحكم في الأنظمة الكمومية.» لويس بيدرو غارسيا-بينتوس، لوس ألاموس[1]
طاقة من القياس
واقترح الفريق أيضًا «محرك قياس»: طريقة لاستخراج طاقة مفيدة مباشرة من الاضطراب الذي تسببه القياسات الكمومية. وبعبارتهم، تصبح القياسات الكمومية «موردًا حراريًا يمكن الاستفادة منه لإنجاز شغل»[1].
الفرق الذي يخلط بينه الطلاب غالباً
ليست آلة زمن، وليست طاقة مجانية.
تحقّق سريع
أي عبارة عن عمل لوس ألاموس بشأن «عكس الزمن» صحيحة؟
لماذا قد يكون ذلك مهمًا
- الحوسبة الكمومية: تتعرض الكيوبتات باستمرار لاضطرابات من بيئتها ومن القياس. وطرق أفضل لتوجيه هذه الاضطرابات أو إلغائها أو إعادة استخدامها قد تساعد في التحكم بها.
- الديناميكا الحرارية الكمومية: فهم متى يمكن أن يكون القياس مصدرًا للشغل يساعد على تحديد الكلفة الحقيقية للطاقة في الحوسبة.
- الفيزياء الأساسية: يزيد من حدّة سؤال مصدر سهم الزمن.
سؤال بنمط الامتحان
اذكر القانون الثاني للديناميكا الحرارية بدلالة الإنتروبيا، واستخدمه لتفسير لماذا تنتقل الحرارة تلقائيًا من جسم ساخن إلى جسم بارد وليس العكس. [3 درجات]
إظهار الإجابة النموذجية وتوزيع الدرجات
- الإنتروبيا الكلية لنظام معزول لا تتناقص أبدًا (تزداد في أي عملية تلقائية) (درجة واحدة)
- عند انتقال الحرارة من الساخن إلى البارد تكون الإنتروبيا التي يكسبها الجسم البارد أكبر مما يفقده الساخن (ΔS = Q/T أكبر عند T الأدنى)، فتزداد الإنتروبيا الكلية (درجة واحدة)
- انتقال الحرارة من البارد إلى الساخن سيقلل الإنتروبيا الكلية، لذا لا يحدث تلقائيًا (يحتاج إلى بذل شغل، كما في الثلاجة) (درجة واحدة)
ما يركّز عليه الممتحن: اذكر القانون بدقة، ثم استخدم ΔS = Q/T لمقارنة الجسمين.
خطأ شائع: القول إن الإنتروبيا «تزداد دائمًا» لأي جسم. الإنتروبيا الكلية لنظام معزول هي التي لا يمكن أن تنخفض؛ فداخل الثلاجة يمكن أن يفقد إنتروبيا لأن قدرًا أكبر يُطرح خارجها.
الديناميكا الحرارية والقياس الكمومي من أكثر موضوعات الفيزياء عرضة لسوء الفهم، ومن أكثرها إثمارًا أيضًا. ولمثال آخر ينجز فيه «الفراغ» الكمومي شغلًا حقيقيًا، اقرأ كيف تقوّي تقلبات الفراغ موصلًا فائقًا.
هل تريد مراجعة هذا الموضوع؟
تقدّم موستاك دروساً خصوصية عبر الإنترنت في الكيمياء والعلوم لمستويي GCSE وA-Level، مع التركيز على الفهم ومهارات الامتحان والتطبيق.
المصادر ولمزيد من القراءة
- ScienceDaily: Scientists make quantum time flow backward in stunning physics breakthrough (Jul 2026) — لوس ألاموس، Physical Review X، اقتباسات، محرك القياس، تحفّظ القانون الثاني
- Wikipedia: Maxwell's demon — خلفية
- Wikipedia: Arrow of time — خلفية
آخر مراجعة: 5 أكتوبر 2026. الأرقام قيم نموذجية منشورة، والقواعد قد تتغيّر. صياغة الامتحانات تختلف باختلاف المواصفة الدراسية، لذا تحقّق من مواصفتك أنت.
أسئلة شائعة
هل جعل العلماء الزمن يعود إلى الوراء فعلًا؟
لا. صمّم فيزيائيون في مختبر لوس ألاموس الوطني طرق تحكّم تجعل نظامًا كموميًا خاضعًا للقياس يسلك مسارًا يبدو فيه «سهم الزمن» متجهًا إلى الوراء، أو ممطوطًا أو ضبابيًا. أما الزمن نفسه، بالنسبة للمختبر وكل من فيه، فيستمر في التقدم طبيعيًا.
هل كانت تجربة؟
كانت دراسة نظرية نشرها لويس بيدرو غارسيا-بينتوس مع يي-كاي ليو وأليكسي غورشكوف في مجلة Physical Review X عام 2026. ويخطط المؤلفون لعروض باستخدام كيوبتات فائقة التوصيل، وهي وحدات البناء في بعض الحواسيب الكمومية.
هل يخرق ذلك القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
لا. فكما في تجربة «شيطان ماكسويل» الفكرية الشهيرة، قد تبدو الإنتروبيا متناقصة محليًا، لكن الباحثين يوضحون أن القانون الثاني لا يُخرق عند احتساب كل التكاليف الحرارية، بما فيها القياس والتغذية الراجعة.
ما «محرك القياس»؟
جهاز مقترح يستخرج طاقة مفيدة من الاضطراب الذي تسببه القياسات الكمومية نفسها، فيتعامل مع القياس بوصفه موردًا حراريًا.
تقييمات وآراء القراء
قيّم هذا المقال في عدة جوانب مختلفة — تقييمك يساعد القراء الآخرين، ويساعدنا على التحسّن.
هل كان هذا المقال مفيداً؟
أخبرنا برأيك — تصحيح، سؤال لم تتم الإجابة عنه، أو موضوع تودّ أن نغطيه لاحقاً.
تفضّل التحدث مباشرة؟ احجز مكالمة فيديو مجانية في الوقت الذي يناسبك: 15 دقيقة لسؤال سريع، و30 دقيقة لغير ذلك. تظهر المواعيد بتوقيتك المحلي.
عن الكاتب
Sudershan Soni
المؤسس والمدرّس الرئيسي في موستاك — مدرّس رياضيات وعلوم وعلوم حاسوب و STEM حاصل على الماجستير بخبرة تتجاوز 20 عاماً، يدرّس الطلاب من اختبار +11 و GCSE حتى A-Level وما بعده، عبر الإنترنت حول العالم.
اقرأ الملف الكامل