ميكانيكا الكم

المفارقة تضع الموضوعية على أرضية غير ثابتة

الاختبار الكمي لتجربة فكرية جليلة يقترح أن الحقائق نسبية

بقلم: جورج موسر

ترجمة: مي بورسلي

 

   منذ ما يقرب من 60 عامًا، وضّح الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل يوجين فيغنر Eugene Wigner واحدة من العديد من أوجه غرابة ميكانيكا الكم Quantum Mechanics    باقتراح تجربة فكرية. فقد تخيل فيها صديقه، محبوسا في مختبر؛ يقيس جسيمًا، كالذرة مثلا، بينما يقف فيغنر خارج المختبر. وميكانيكا الكم تسمح للجسيمات بشغل العديد من المواقع في وقت واحد، وهو ما يعرف بالتراكب Superposition،  لكن رصد الصديق يجعل الدالة الموجية للجسيم “تنهار” Collapses ؛ مما يحصر الجسيم في بقعة واحدة فقط. ومع ذلك، بالنسبة إلى ويغنر، يظل التراكب قائما: يحدث الانهيار فقط عندما يجري قياس في وقت لاحق. والأسوأ من ذلك أن ويغنر  يرى الصديق في حالة تراكب. والحالتان تتعارضان تعارضا مباشرا.

 وحاليا، ربما يقدم الباحثون في أستراليا وتايوان أقوى دليل على أن مفارقة ويغنر Wigner’s paradox حقيقية. وفي دراسة نُشرت في أغسطس في الدورية نيتشر فيزيكس Nature Physics، حولوا التجربة الفكرية إلى نظرية رياضياتية تؤكد التناقض الذي لا يمكن التوفيق فيه Irreconcilable contradiction في أساس السيناريو. والفريق يختبر أيضًا النظرية من خلال تجربة، باستخدام الفوتونات كبدائل للبشر. في حين يعتقد ويغنر أن حل المفارقة يتطلب ميكانيكا الكم لتحطيم الأنظمة الكبيرة مثل المراقبين البشر، يعتقد بعض مؤلفي الدراسة الجديدة أن شيئًا أساسيًا هو الذي في الواقع على أرضية غير ثابتة: الموضوعية Objectivity. وقد يعني اللغز أنه لا يوجد شيء اسمه حقيقة مطلقة Absolute fact؛ حقيقة صحيحة بالنسبة إلي كما هي بالنسبة إليك.

تقول المؤلفة المشاركة نورا تيشلر Nora Tischler من جامعة غريفيث Griffith University: “إنه أمر محير بعض الشيء…فنتيجة القياس هي ما يعتمد عليه العلم. إذا لم يكن هذا أمرًا مطلقًا بطريقة ما، فمن الصعب تخيله”.

وبعض الفيزيائيين يرفضون التجارب الفكرية مثل تجربة ويغنر ويعدّونها مجرد تفكير وتخيل. ولكن الدراسة تظهر أن التناقضات تظهر في التجارب الفعلية، كما يقول داستن لازاروفيتشي Dustin Lazarovici، الفيزيائي والفيلسوف من جامعة لوزانUniversity of Lausanne، والذي لم يكن جزءًا من الفريق. ويقول: “تبذل الورقة جهودًا كبيرة للتحدث بلغة أولئك الذين حاولوا مجرد مناقشة القضايا التأسيسية، ومن ثم قد يجبر البعض على الأقل على مواجهتها”.

وتجربة ويغنر الفكرية شهدت اهتمامًا متجددًا في السنوات الأخيرة. ففي عام 2015، اختبر كاسلاف بروكنر Cˇaslav Brukner من جامعة فيينا University of Vienna الطريقة الأكثر بديهية للتغلب على المفارقة: أن الصديق داخل المختبر قد رأى الجسيم في مكان أو آخر، ولا يعرف ويغنر نفسه أين بعد. وبلغة نظرية الكم، تكون نتيجة الصديق متغيرًا خفيًا Hidden variable.

وسعى بروكنر إلى استبعاد هذا الاستنتاج في تجربته الفكرية، باستخدام خدعة، تستند إلى التشابك الكمّيّ Quantum entanglement، لإخراج المتغير المخفي إلى العلن. فقد تخيل وضع زوجين يتألف كل منهما من صديق وويغنر، وإعطاء كل من الزوجين جسيما ، متشابكًا مع شريكه بطريقة ترتبط سماتهما ببعض بعلاقت تظهر عند القياس. وكل صديق يقيس الجسيم، ويقيس كل ويغنر قياس الصديق الذي يقيس الجسيم، ومن ثم يقارن ويغنر الملاحظات. و تتكرر العملية. إذا رأى الأصدقاء نتائج محددة، كما قد تشك، فإن نتائج ويغنر ستظهر فقط علاقات ضعيفة. وبدلاً من ذلك، وجدوا نمطًا من الارتباطات القوية. ويقول بروكنر: “إنك تواجه تناقضات”.

في عام 2018 أشار ريتشارد هيلي Richard Healey، الفيلسوف في الفيزياء من جامعة أريزونا University of Arizona، إلى ثغرة في حجة بروكنر، والتي أصلحتها  تيشلر وزملاؤها الآن. ففي السيناريو الجديد، وضعوا أربعة افتراضات. أحدها أن النتائج التي حصل عليها الأصدقاء حقيقية: يمكن دمجها في قياسات أخرى لتشكيل مجموعة مشتركة من المعرفة. كما يفترض الباحثون أيضًا أن ميكانيكا الكم شاملة، وهي صالحة للمراقبين كما هي صالحة للجسيمات. ويفترضون أن الخيارات التي يتخذها المراقبون خالية من التحيزات الغريبة التي تسببها الحتمية الفائقة  Superdeterminism القدرية؛ وأن تكون الفيزياء محلية Local، بحيث لا تؤثر اختيارات المراقب في نتائج الآخر.

ومع ذلك، يُظهر التحليل استمرار تناقضات مفارقة ويغنر. ولا تزال تجربة الفريق التي أجروها على طاولة المختبر، والتي زاوجت بين الفوتونات المتشابكة، تدعم أيضًا المفارقة. ووجّهت العناصر البصرية Optical elements كل فوتون إلى مسار يعتمد على استقطابه Polarization: أي ما يعادل عملية رصد الأصدقاء. ومن ثم يدخل الفوتون إلى مجموعة  ثانية من العناصر وأجهزة الكشف التي أدت دور ويغنر. ومرة أخرى، وجد الفريق عدم تطابق بين ملاحظات مجموعة الأصدقاء ومجموعة ويغنر. وإضافة إلى  ذلك، عندما غيروا مدى تشابك الفوتونات بالضبط، وجدوا أن عدم التطابق يحدث في ظروف مختلفة عما هو سيناريو بروكنر. وتقول تيشلر: “هذا يدل على أن لدينا حقًا شيئًا جديدًا هنا”.

كما أن ذلك يشير إلى أن أحد الافتراضات الأربعة يجب أن يكون صحيحا. وقلة من علماء الفيزياء يعتقدون أن الحتمية الفائقة قد تكون هي السبب. أما المحلية؛ فهي بالفعل محل هجوم في نظرية الكم، لكن الفشل في هذه الحالة يعني ضمنيًا شكلا من عدم المحلية Nonlocality. لذا يتساءل البعض عن المبدأ القائل إنه يمكن للمراقبين تجميع قياساتهم تجريبياً. “فقد تكون هناك حقائق لمراقب واحد وحقائق لآخر، ولها حاجة إليها أن تترابط مع بعضها البعض”؛ كما يقول هوارد وايزمان Howard Wiseman، المؤلف المشارك في الدراسة وعالم الفيزياء من جامعة غريفيث. إنها نسبية راديكالية relativism Radical ، لا تزال تثير نفور الكثيرين. ويقول أوليمبيا لومباردي Olimpia Lombardi، فيلسوف الفيزياء من جامعة بوينس آيرس University of Buenos Aires: “من منظور كلاسيكي، يعتبر ما يراه الجميع موضوعيًا ومستقلاً عما يراه أي شخص آخر”.

وهناك حكم ويغنر: ميكانيكا الكم نفسها تنهار. ومن بين جميع الافتراضات، هي الأكثر قابلية للاختبار، من خلال الجهود المبذولة لاستكشاف ميكانيكا الكم على نطاقات أكبر من أي وقت مضى. ويقول إريك كافالكانتي Eric Cavalcanti، المؤلف المشارك من جامعة غريفيث، إن الموقف الوحيد الذي لا ينجو من التحليل هو عدم اتخاذ موقف. ويتابع قائلا: “يعتقد معظم الفيزيائيين أن هذا مجرد طلاسم فلسفية. إنهم الآن يواجهون ظرفا صعبا”.

نبذة عن الكاتب:

 جورج موسر George Musser صحافي مقيم في نيو جيرسي ومؤلف كتاب التأثير الشبحي عن بعد   Spooky Action at a Distance.

© 2020, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى