در دستاورد علمی بزرگی، فیزیک‌دانان اولین‌ بار موفق شدند مفهوم ریاضی انتزاعی و مرموزی به نام «زمان موهومی» (Imaginary Time) را در دنیای واقعی مشاهده و اندازه‌گیری کنند. این پژوهش که مشخص می کند چطور مفهومی فقطً نظری می‌تواند اتفاق فیزیکی واقعی را توصیف کند، می‌تواند فهمیدن ما از نحوه تعامل نور با ماده را تحول دهد.

بر پایه گزارش ScienceAlert، هنگامی نور از ماده‌ای شفاف، همانند شیشه، عبور می‌کند، شدت آن مقداری افت می‌یابد. این «تأخیر وقتی» اطلاعات بسیاری درمورد ساختار ماده به ما می‌دهد. فیزیک‌دانان برای توصیف ریاضی این تأخیر، از معادلاتی منفعت گیری می‌کنند که شامل اعداد «حقیقی» و «موهومی» می باشند. قسمت حقیقی این معادلات تأخیر وقتی قابل‌فهمیدن را توصیف می‌کند اما قسمت موهومی آن همیشه اتفاق‌ ریاضی انتزاعی و بدون معادل عینی اشکار برداشت می‌شد.

اکنون محققان دانشگاه مریلند آمریکا در آزمایشی پرده از راز این قسمت موهومی برداشتند.

تأخیر زمان موهومی نور زمان عبور از ماده

محققان برای فهمیدن زمان موهومی در دنیای واقعی دستگاهی ساده اما هوشمندانه ساختند: آنها در این دستگاه از ۲ کابل کواکسیال منفعت گیری کردند که کابل‌های زیاد معمولی‌اند، همانند همان کابل‌هایی که برای آنتن تلویزیون یا اینترنت منفعت گیری می‌شود. محققان این ۲ کابل را به‌صورت حلقه به هم وصل کردند. این کار سیستمی کنترل‌شده تشکیل می‌کند؛ یعنی هنگامی پالس موج به درون این حلقه فرستاده می‌شود، ناچار است در مسیری بسته حرکت کند. این کار به دانشمندان اجازه می‌دهد با دقت زیاد بالا تحول موج بعد از عبور از این مسیر را اندازه‌ بگیرند.

دانشمندان پالس‌های مایکروویو را داخل این حلقه کابلی فرستادند و با منفعت گیری از دستگاه‌های بسیار دقیق، به نام اسیلوسکوپ، پالسی را که از حلقه خارج می‌شد، ثبت کردند. آنها جستوجو کوچک‌ترین تغییرات در پالس خروجی در قیاس با پالس ورودی بودند. این دستگاه در واقع مدلی زیاد ساده‌شده از عبور نور از هر ماده‌ای (همانند عبور نور از شیشه یا آب) است که به محققان اجازه می‌دهد همه جزئیات را با دقت میلیاردم ثانیه مشاهده کنند.

آزمایش محققان نشان داد قسمت موهومی اتفاق‌ای کاملاً واقعی و فیزیکی را توصیف می‌کند؛ به‌گفتن‌دقیق‌تر، قسمت موهومی تأخیر وقتی تغییری زیاد جزئی در فرکانس (همان رنگ) پالس نور زمان عبور از ماده است.

به گفتن ساده‌تر، محققان کشف کردند در معادلات ریاضی تأخیر وقتی حقیقی می‌گوید پالس نور چه مقدار «دیرتر» از ماده خارج می‌شود؛ در روبه رو تأخیر وقتی موهومی می‌گوید فرکانس (رنگ) پالس نور بعد از عبور از ماده، چه مقدار «تحول» می‌کند. این پژوهش نشان داد این قسمت دوم برخلاف اسم آن وهم و خیال نیست و در دنیای واقعی وجود دارد.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Physical Review Letters انتشار شده است.