تغییر روی آزمایش فیزیکی معروف نشان داد که نور می‌تواند با گذشته خودش تداخل کند.
خلاصه: در آزمایش دو شکاف یانگ، نور از دو شکاف که با فاصله اندکی از یکدیگر قرار دارند، عبور می‌کند. پس از دو شکاف، نور عبوری از دو مسیر با هم تداخل کرده و طرح تداخلی حاصله بر حسب میزان رویت‌پذیری آن، مشاهده می‌شود. در آزمایشی که اخیراً در دانشگاه امپریال کالج لندن انجام شده است، با تغییر ضریب بازتاب در اکسید قلع ایندیم دو شکاف زمانی ایجاد می‌شود که در نتیجه آن نور می‌تواند با گذشته یا آینده خود تداخل کند.
در سال 1801، دانشمند بریتانیایی توماس یانگ آزمایش دو شکاف را انجام داد که در تاریخ فیزیک به این شکل ثبت شده است: او با تابش نور از طریق دو شکاف در یک ماده، نشان داد که نور مانند یک موج رفتار می کند، یعنی نور مسیرهای مختلف را به طور همزمان طی می کند و بعد از بازترکیب با هم تداخل می‌کنند.
از آن به بعد، آزمایشهای زیادی برای نشان دادن رفتارهای موج‌گونه و ذره‌گونه تابش الکترومغناطیسی انجام شده است. به بیان دیگر، بسته به نحوه اندازه‌گیری، نور می‌تواند مانند تیله‌هایی باشد که ازیک سطح شیب‌دار به پایین می‌غلتند یا مانند موج‌هایی باشد در یک حوضچه منتشر می‌شوند. فقط فوتون‌ها نیستند که به این شکل رفتار می‌کنند. دانشمندان از چیدمان‌های مشابهی برای نشان دادن رفتاری شبیه به این برای الکترون‌ها، نوترون‌ها و کل اتم‌ها استفاده کرده‌اند و یک اصل اساسی فیزیک کوانتومی را به عنوان نظریه‌ای مبتنی بر احتمال بنا کردند. اکنون دانشمندان آزمایش یانگ را با یک تغییر مدرن بازسازی کرده‌اند. آن‌ها به جای یک جفت شکاف جدا شده در فضا، از «شکاف‌های زمانی» استفاده کردند که با تنظیم سریع در ضریب بازتاب در یک ماده ایجاد می‌شوند. با این کار توانایی موجی از نور را برای تداخل با گذشته و آینده‌اش آزمایش کردند. فیزیکدان ریکاردو ساپینزا (به انگلیسی:Riccardo Sapienza ) از امپریال کالج لندن در بریتانیا می گوید: ” این آزمایش اطلاعات بیشتری در مورد ماهیت بنیادی نور به ما می‌دهد. همچنین یک گام مهم در مسیر پیدا کردن موادی است که می‌توانند نور را در مکان و زمان به طور دقیق کنترل کنند.”
شکل 1: چیدمان آزمایشگاهی.
ساپینزا و همکارانش از یک لایه نازک از اکسید قلع ایندیم استفاده کردند، ماده‌ای که در صفحه نمایش گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود. پالس‌های لیزری ضریب بازتاب این ماده را تغییر دادند تا دو پریود مشخص ایجاد کنند که نور با برخورد به این بخش دو مسیر مختلف در زمان را طی می‌کند به نحوی که یک موج نور می‌تواند با خودش تداخل کند.
این تفاوت‌ها در زمان، باعث می‌شود هنگام برخورد نور با ماده فرکانس آن تغییر کند، که باعث تداخل بین امواج مختلف با رنگ‌های متمایز می‌شود نه تداخل بین نورهایی با شدت متفاوت. دانشمندان از این الگوی تداخل برای مطالعه در مورد رفتار موج‌گونه نور استفاده کردند.
جان پندری (به انگلیسیJohn Pendry )، فیزیکدان از امپریال کالج لندن، می‌گوید: “آزمایش دو شکاف زمانی، دری را به روی طیف‌سنجی کاملاً جدیدی باز می‌کند که قادر به تفکیک ساختار زمانی یک پالس نور است.”
جالب اینجاست که شکاف‌ها بسیار سریع‌تر از آنچه دانشمندان انتظار داشتند باز می‌شوند – بین 1 تا 10 فمتوثانیه (کوادریلیونم ثانیه). اینکه این آزمایش بهتر از مدل‌سازی نظری بود، نشان می‌دهد که بخش‌های از مدل‌سازی نیاز به بازنگری دارند: مواد لزوماً همانطور که دانشمندان فکر می‌کردند با نور برهم‌کنش نمی‌کنند (مثلاً وقتی شدت یا سرعت تغییر می‌کند).
وجود ماده‌ای مانند اکسید قلع ایندیم که می‌توانند نحوه واکنش خود به نور را در مقیاس‌های زمانی بسیار کوچک تغییر دهند، می‌تواند در توسعه فناوری‌های جدید و کاوش‌های عمیق‌تر در اسرار فیزیک کوانتومی مفید باشد.
این مسأله در ابعاد بزرگ‌تر هم می‌تواند مفید باشد، مانند مطالعه پدیده‌هایی مثل سیاهچاله‌ها. در مرحله بعد، این تیم در نظر دارد آزمایش «پیچش زمان» خود را بر روی ماده دیگری بررسی کند. این ماده جدید یک بلور اتمی است که در آن اتم‌ها در یک الگوی مشخص قرار گرفته‌اند. این کار ممکن منجر به پیشرفت‌های زیادی در الکترونیک شود.
استفان مایر (به انگلیسی: Stefan Maier) فیزیکدان دانشگاه امپریال کالج لندن می‌گوید: “مفهوم بلورهای زمان این پتانسیل را دارد که به سوئیچ‌های نوری فوق سریع و موازی منجر شود.”
نتایج این آزمایش در Nature Physics منتشر شده است.