كيف نفهم الواقع الكمي إذا كان من المستحيل قياسه؟
إذا لم نتمكن من قياس شيء ما ، فلا يمكننا معرفة طبيعته الحقيقية. يعيق هذا القيد الأساسي فهمنا للعالم و الواقع الكمي – لكنه لا يمنع التفكير العلمي
يشعر معظمنا بشكل حدسي أن الواقع يجب أن يتواجد بشكل جيد من تلقاء نفسه عندما لا ننظر. إذا سقطت شجرة في غابة ولم يكن هناك من يسمع صوت الانهيار ، فلا يزال الهواء يهتز بالموجات الصوتية ، أليس كذلك؟ ومع ذلك ، فإنه من الصعب إثبات الافتراض الذي يزداد انزلاقاً عندما تفكر في أشياء تبدو وكأنها موجودة ، لكننا لن نكون قادرين على ملاحظتها أبدًا. ومع ذلك ، فإن التعامل مع مسألة كيفية قياس ما لا يقاس يمكن أن يساعدنا في رؤية ما هو الواقع حقًا.
هناك عدد قليل من العوالم حيث قوانين الطبيعة نفسها تمنعنا من السير.
لا شيء يمكن أن يسافر أسرع من سرعة الضوء ، مما يعني أننا لن نرى أبدًا ما وراء حافة الكون المرئي – أقصى مسافة يمكن أن يقطعها الضوء للوصول إلى تلسكوباتنا منذ بداية الكون. تحكم النسبية العامة أنه لا يوجد شيء داخل الثقب الأسود يمكن أن يهرب ، لذا فهذه منطقة أخرى محظورة.
لكن ربما يكون الحد الأساسي لما يمكننا قياسه يأتي من قوانين فيزياء الكم . يخبرنا هؤلاء أنه إذا قمنا بقياس بعض خصائص الجسيم الكمي اليوم ، فإنه …
أكدت تجربة فضائية غريبة ، كما تقول ميكانيكا الكم ، أن الواقع هو ما تختاره ليكون. لطالما عرف الفيزيائيون أن كمًا من الضوء ، أو الفوتون ، سوف يتصرف مثل الجسيم أو الموجة اعتمادًا على كيفية قياسه. الآن ، من خلال ارتداد الفوتونات عن الأقمار الصناعية ، أكد فريق أن المراقب يمكنه اتخاذ هذا القرار حتى بعد أن يشق الفوتون طريقه بالكامل تقريبًا خلال التجربة – على ما يبدو أنه تجاوز النقطة التي سيصبح عندها إما موجة أو جسيمًا. يقول الباحثون إن تجارب الاختيار المؤجل قد تسبر يومًا ما الحدود الضبابية بين نظرية الكم والنسبية.
أظهر باحثون آخرون نفس التأثير غير المنطقي في المختبر. لكن العمل الجديد يُظهر أن طبيعة الفوتون لا تزال غير محددة حتى على مدى آلاف الكيلومترات ، كما يقول فيليب جرانجير ، الفيزيائي في معهد البصريات في باليزو ، فرنسا ، الذي تعاون في اختبار سابق. “إنها تجربة رائعة جدًا توضح قدرتهم على القيام بفيزياء الكم في الفضاء.”
يمكن للفوتون أن يتصرف مثل جسيم شبيه بالرصاص أو موجة متموجة – ولكن ليس كلاهما في وقت واحد – اعتمادًا على الكيفية التي يقرر بها المجربون قياسه. في أواخر سبعينيات القرن الماضي ، أدرك المُنظِّر الشهير جون أرشيبالد ويلر John Archibald Wheeler أن المجربين يمكنهم حتى تأخير الاختيار حتى يشق الفوتون طريقه بالكامل تقريبًا من خلال جهاز تم تكوينه للتأكيد على خاصية أو أخرى ، مما يثبت أن سلوك الفوتون لم يتم تحديده مسبقًا.
ما الذي تخبرنا به ميكانيكا الكم عن الواقع المادي و الواقع الكمي ؟
يمكن وصف الواقع المادي بأي من تفسيرات ميكانيكا الكم ، أو يمكن وصفه ببعض التفسيرات الأخرى التي لم يتم تطويرها بعد. ولكن نظرًا لأننا لا نستطيع اختبارها تجريبيًا ، فليس لدينا طريقة لمعرفة أيهما على حق. ما يمكننا فعله ، مع ذلك ، هو استخدام هذه التفسيرات لإرشادنا في فهمنا للشكليات وربما نحو تطوير شكلية معدلة تقدم تنبؤات مختلفة يمكن اختبارها تجريبيًا. بغض النظر عما يحدث ، فإننا لن نعود أبدًا إلى العالم الذي وصفته الفيزياء الكلاسيكية.
تكشف ميكانيكا الكم عن ثلاثة جوانب للواقع الكمي : الحُبُب وعدم التحديد والعلائقية.
• تشكل حبيبات المادة والضوء جوهر نظرية الكم.
لنفترض أننا نجري القياس على نظام مادي ونجد أن النظام في حالة معينة. على سبيل المثال ، نقيس سعة تذبذب البندول ونجد أن له قيمة معينة ، على سبيل المثال ، بين خمسة سنتيمترات وستة سنتيمترات. قبل ميكانيكا الكم ، كنا نقول إنه نظرًا لوجود عدد لا حصر له من القيم المحتملة بين خمسة وستة سنتيمترات ، فهناك حالة حركة محتملة لا نهائية يمكن أن يجد فيها البندول نفسه ومقدار جهلنا بالمعلومات حول الحالة البندول لانهائي.
بدلاً من ذلك ، تقول ميكانيكا الكم أنه ما بين خمسة وستة سنتيمترات يوجد عدد محدود من القيم المحتملة للسعة ، وبالتالي فإن المعلومات المفقودة حول البندول محدودة.
هذا ينطبق على كل شيء بشكل عام. لذلك ، فإن المعنى الأول لميكانيكا الكم هو وجود حد للمعلومات التي يمكن أن توجد داخل النظام: حد لعدد الحالات القابلة للتمييز التي يمكن أن يكون فيها النظام. هذا القيد على اللانهاية – هذا التفصيل للطبيعة هو أول جانب مركزي للنظرية. يقيس ثابت بلانك h المقياس الأولي لهذه التقسيمات.
• اللاحتمية
العالم عبارة عن سلسلة من الأحداث الكمومية الحبيبية. هذه تفاعلات منفصلة وحبيبية وفردية لنظام مادي مع الآخر. لا يتبع الإلكترون أو الكم في مجال أو فوتون مسارًا في الفضاء ولكنه يظهر في مكان معين وفي وقت معين عند الاصطدام بشيء آخر. متى وأين سيظهر؟ لا توجد طريقة لمعرفة اليقين. تقدم ميكانيكا الكم عدم تحديد أولية لقلب العالم. المستقبل لا يمكن التنبؤ به جغرافيا.
بسبب عدم التحديد هذا ، الموصوف بواسطة ميكانيكا الكم ، تخضع الأشياء باستمرار للتغيير العشوائي. تتقلب جميع المتغيرات باستمرار كما لو كان كل شيء على نطاق صغير يهتز باستمرار. لا نرى هذه التقلبات الحاضرة في كل مكان فقط بسبب صغر حجمها ؛ لا يمكن ملاحظتها على نطاق أوسع عندما نلاحظ الأجسام العيانية. إذا نظرنا إلى حجر ، فإنه يظل ثابتًا. لكن إذا رأينا ذراتها ، فسنراها تنتشر باستمرار هنا وهناك ، وفي اهتزازات مستمرة. تكشف ميكانيكا الكم أنه كلما نظرنا إلى تفاصيل العالم ، قل ثباته. لا يتكون العالم من حصى صغيرة ، إنه عالم من الاهتزازات ، والتقلبات المستمرة ، وحشد مجهري من الأحداث الدقيقة العابرة.
إذن كيف نحسب احتمال ظهور إلكترون في موضع ابتدائي معين A ، بعد وقت معين في موضع نهائي أو آخر B؟
وجد ريتشارد فايمان طريقة موحية لإجراء هذا الحساب: ضع في اعتبارك جميع المسارات الممكنة من A إلى B ، أي كل المسارات الممكنة التي يمكن أن يتبعها الإلكترون (ما يشير إليه هذا غريب تمامًا .من حيث المبدأ ، يمكن للإلكترون المغادرة من النقطة A ، والسفر إلى القمر ، والعودة إلى الخلف والوصول إلى النقطة B على الرغم من أن النقطتين A و B لا تفصل بينهما سوى بوصة واحدة! على الرغم من أن هذا هو المسار الأقل احتمالًا ، إلا أنه ممكن). يحدد كل مسار رقمًا. يتم الحصول على الاحتمال من مجموع كل الأرقام. من أجل الانتقال من A إلى B ، ينفتح الإلكترون في سحابة ليتقارب في ظروف غامضة عند النقطة B ، حيث يصطدم مرة أخرى بشيء آخر.
• العلائقية
العلائقية هي أعمق وأصعب الحقائق التي كشفت عنها ميكانيكا الكم.
لا تصف نظرية الكم الأشياء كما هي: إنها تصف كيفية حدوث الأشياء وتفاعلها مع بعضها البعض. إنه لا يصف مكان وجود الجسيم ولكن كيف يظهر الجسيم نفسه للآخرين. عالم الوجود ينحصر في التفاعلات. الواقع يختزل إلى العلاقة.
بمعنى ما ، هذا امتداد للنسبية. كان أرسطو أول من أدرك أننا ندرك فقط السرعة النسبية. فهم جاليليو سبب تحرك الأرض بالنسبة للشمس دون الشعور بالحركة. السرعة ليست خاصية لشيء ما في حد ذاته ، بل هي خاصية لحركة كائن فيما يتعلق بجسم آخر ، وقد وسع أينشتاين مفهوم النسبية ليشمل الوقت: حدثان متزامنان بالنسبة إلى المراقبين فقط. تعمل ميكانيكا الكم على توسيع هذه النسبية بطريقة جذرية: جميع الجوانب المتغيرة للكائن موجودة فقط فيما يتعلق بالأجسام الأخرى. فقط في التفاعلات تجذب الطبيعة العالم.
في العالم الموصوف بميكانيكا الكم لا توجد حقيقة في العلاقات بين الأنظمة الفيزيائية. ليست الأشياء التي تدخل في العلاقات بل العلاقات هي التي تقوم على أساس فكرة الشيء. عالم ميكانيكا الكم ليس كلمة من الأشياء ؛ إنه عالم الأحداث. الحجر هو اهتزازات كوانتية تحافظ على هيكلها لفترة من الوقت ، تمامًا كما تحافظ الموجة البحرية على هويتها لفترة قبل أن تذوب في البحر.
ما هي الموجة التي تتحرك على الماء دون أن تحمل معها قطرة ماء؟ الموجة ليست شيئًا ، بمعنى أنها ليست مصنوعة من مادة تسافر معها. كما أن ذرات أجسامنا تتدفق في داخلنا وبعيدة عنا. نحن نحب الأمواج وكل الأشياء ، هي تدفق للأحداث ؛ نحن نتعامل لفترة وجيزة رتيبة….
تعلمنا ميكانيكا الكم
تعلمنا ميكانيكا الكم ألا نفكر في العالم والواقع الكمي من منظور الأشياء الموجودة في هذه الحالة أو تلك ولكن من منظور العمليات بدلاً من ذلك. العملية هي الانتقال من تفاعل إلى آخر. تتجلى خصائص الأشياء بطريقة حبيبية فقط في لحظة التفاعلات ، أي عند أطراف العمليات وتكون كذلك فقط فيما يتعلق بأشياء أخرى. لا يمكن التنبؤ بها بشكل لا لبس فيه ولكن فقط احتمالية.
هذا هو الغوص الدوار الذي قام به بوهر وهايزنبرغ وديراك في عمق طبيعة الأشياء.
إقرأ المزيد :
الجاذبية قوانينها وتطبيقاتها العلمية والحياتية
الطاقة الديناميكية : الوعي العاطفي
العشوائية , في الكون والطبيعة والحياة اليومية
شاهد جمال الطبيعة وألذ الوصفات
