هل الجاذبية تحل مشكلة القياس؟

قام باحث فرنسي بتطوير نموذج رياضي يجبر الدالة الموجية على الانهيار بسبب تفاعل الجاذبية. يعتمد النموذج على اقتراح الفيزيائي بنروز الذي ادعى أن الدالة الموجية تنهار عندما يختلف انحناء الزمكان بشكل كبير بين الأجسام المتشابكة

قادت نظرية الكم ثورة في عالم العلوم والتكنولوجيا. يتم تأكيد الإنجازات النظرية كل يوم في المختبرات حول العالم بدقة مذهلة تصل إلى ثلاثة عشر رقمًا بعد العلامة العشرية. وعلى الرغم من نجاح هذه النظرية، إلا أن أساسها هش للغاية. إحدى المشكلات المتعلقة بنظرية الكم أساسية جدًا لدرجة أنها ستبدو للمستمع الخارجي وكأنها مزحة سيئة. ما هو القياس؟ وكيف يتم وصفه في نظرية الكم؟ حتى يومنا هذا، يختلف الفيزيائيون من جميع أنحاء العالم، وليس لدينا إجابة حقيقية. أنتجت مشكلة القياس تفسيرات مختلفة لنظرية الكم - العوالم المتعددة، وتفسير كوبنهاجن، والنظرية البوهيمية، وكذلك تفسير بنروز. يفترض كل تفسير قائمة مختلفة من الافتراضات ولكن جميعها تحاول في نفس الوقت الإجابة على مشكلة القياس. وعلى نحو ما، كانت الغلبة لتفسير كوبنهاجن، ربما لأنه التفسير الأبسط أيضاً، وهو التفسير الذي لا يتطلب منا أن نفكر بعمق في ماهية القياس.

ويفترض تفسير كوبنهاجن أن القياس، ذلك الفعل الذي يجبر الدالة الموجية على الانهيار، يتأثر بمشغل القياس، وهو العالم في هذا الشأن. بدا هذا التفسير سخيفًا جدًا للعلماء في ذلك الوقت، لدرجة أن شرودنغر نفسه اخترع تجربة فكرية لإظهار مدى غرابتها. كلنا نعرف قطة شرودنغر - قطة في صندوق معرضة لذرة مشعة قد تتفكك في أي لحظة. إذا تفككت الذرة، سيتم تفعيل آلية تقتل القطة. وطالما أن العالم لا يفتح الصندوق، فإن الحالة الفيزيائية للقط، المتشابكة مع الحالة الفيزيائية للذرة، تكون في حالة تراكب بين الأحياء والأموات. فقط عند فتح الصندوق يقوم المجرب بقياس الحالة الفيزيائية للذرة التي تجبر القطة على تعديل نفسها - حية إذا لم تتفكك الذرة أو ميتة إذا تفككت الذرة. وبطبيعة الحال، لم يقم أحد منا بقياس قطة التراكب أو رؤية مثل هذه الحالة الكمومية على الأجسام العيانية. ولذلك يطرح السؤال ما الذي يمنع حدوث مثل هذه الحالة؟ هل هناك آلية تمنع العالم المجهري من التأثير على العالم المجهري بشكل كبير؟

في أواخر التسعينات، اقترح بنروز حلاً للمفارقة بمساعدة الجاذبية. أثناء القياس، تتشابك الأجسام، أي أن الحالة الفيزيائية لكل منها تعتمد على الأخرى. إذا كانت طاقة الجاذبية بين الجسمين مختلفة بما فيه الكفاية، فسوف تنهار الدالة الموجية. استمد بنروز فكرته من ميل الجاذبية إلى تركيز الأجسام المتناثرة في الفضاء. في فكرته، أعرب عن أمله في أن تلعب الجاذبية أيضًا دورًا مهمًا في تركيز الدالة الموجية، وبالتالي دحض الادعاء بأن القياس يعتمد بطريقة ما على العالم. وبمساعدة النموذج الذي اقترحه، يتم إجراء القياس بشكل طبيعي دون تأثير بشري. وحتى الآن، لم يتمكن الباحثون من تحقيق فكرة بنروز.

قبل أيام، نشر الباحث الفرنسي ليلاو النموذج التالي في مجلة الفيزياء الأوروبية: واقترح أن يبنيه على المفهوم البوهيمي (الذي يفترض في الواقع أن موضع الجسيمات محدد بشكل جيد وغير منتشر في تراكب على كامل الفضاء) ) وفوق ذلك أضف قوة الجاذبية المحاكاة. لا يتم "محاكاة" القوة المحاكاة حرفيًا، ولكن نفس قوة الجاذبية التي نعرفها مضروبة في العدد المحاكى (جذر ناقص واحد). يؤدي الرقم المحاكي إلى حالة لا رجعة فيها، وهي أن الدالة الموجية التي تتطور بمرور الوقت بفضل معادلة شرودنغر سوف تنهار إلى حالة فيزيائية واحدة. وبما أن قوة الجاذبية ضعيفة، فإن تأثير القوة المحاكاة يكون ضعيفًا جدًا بالنسبة لأي ذرة منفردة. ولكن إذا تأثرت الذرة بقوة جاذبية كبيرة، فإنها ستؤدي إلى انهيار الدالة الموجية خلال فترة زمنية محددة. وكذلك الحال مع قطة شرودنغر. وتتشابك الذرة المشعة مع محيطها بحيث تؤثر الجاذبية عليها لتنهار إلى إحدى الحالات بغض النظر عن فتح الصندوق.

هذه هي المرة الأولى التي تحصل فيها فرضية بنروز على وصف رياضي رسمي، لكنها لا تزال بعيدة عن وصف الواقع. أولاً، قوة الجاذبية التي وصفها لاو هي الجاذبية النيوتونية وليست الجاذبية آينشتاين. بالطبع، عند الطاقات العالية، يفقد الوصف البسيط لنظرية الكم قبضته، وهناك حاجة إلى نظرية المجال الكمي لوصف الفيزياء بدقة عند هذه الحدود.

للحصول على المقال كاملا