استخدم فيزيائيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وفيينا مصادر ضوئية بعيدة لإثبات أن الفوتونات التي تم إنشاؤها في المختبر متشابكة بالفعل
في العام الماضي، قدم فيزيائيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة فيينا قياسات عالية اليقين للتشابك الكمي. هذه الظاهرة، التي تبدو لأول مرة وكأنها مأخوذة من الخيال، تربط بين جزيئين بحيث لا تلعب المسافة والزمن بينهما أي دور. لنفترض للحظة أن هناك جسيمين متشابكين، كل منهما في أحد طرفي الكون (بقدر ما يمكن تعريف حافة الكون)، فإن قياس الجسيم A سيؤثر على قياس الجسيم B على الفور، حتى لو كانت المسافة بينهما منهم ضخمة. بالطبع لم تعجب أينشتاين الفكرة، ولتفنيد هذا المبدأ اقترح تجارب فكرية لم تتوافق مع توقعاته. في الستينيات، قام العالم جون بيل بحساب ما سيكون الحد النظري الذي يجب من خلاله تفسير الارتباط (درجة التوافق) بين جسيمين على أساس نظرية الكم، ولكن ماذا لو لم يكن الأمر كذلك؟ تدفع أسئلة "ماذا لو" هذه الفيزيائيين إلى اختبار مدى نجاح النظرية أم لا. تعتمد فكرة بيل على عدد من الافتراضات، أحدها ينص على أن النظام يجب أن يكون خاليًا من "المعلمات الحرة"، مما يعني أن نظام القياس يجب ألا يعتمد على أي معلمة/عامل ويجب تنفيذه بشكل عشوائي.
ولاستبعاد احتمالية تأثير ترتيب نظام القياس على النتيجة، استخدم فيزيائيو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نبضات ضوئية تنشأ على بعد 600 سنة ضوئية من الأرض لتحديد كيفية قياس النظام للفوتونات المتشابكة التي تم إنشاؤها في المختبر. في مثل هذه التجربة، فإن الافتراض بأن مصدر الارتباط بين الفوتونات هو كلاسيكي (أي ليس كميًا)، يفرض إنشاء آلية الارتباط قبل 600 عام، حتى قبل انبعاث الفوتونات المتشابكة وحتى قبل أكثر من ذلك. تم إنشاء المختبر وإجراء القياس. الآن، في مقال نشر في استعراض للحروف البدنية وحدد نفس الباحثين الشروط لمبدأ بيل وقاموا بقياس الفوتونات من النجوم الزائفة البعيدة، أحدهما يبلغ عمره 7.8 مليار سنة والآخر يبلغ عمره 12.2 مليار سنة. واكتشفوا أن معظم الفوتونات كانت مرتبطة بطريقة تتجاوز الحد النظري لبيل، مما يعني أنها بالفعل متشابكة كميًا.
"في التجربة الجديدة، إذا تم الحفاظ على الارتباط بين الفوتونات من خلال آلية غير كمومية، فلا بد أن الآلية قد بدأت منذ 12.2 مليار سنة - قبل التفكير في مثل هذه التجربة، حتى قبل ظهور الأرض. هذا بالطبع غير منطقي، وبالتالي يمكننا أن نشهد أن هذه في الأساس عملية كمومية وأن الفوتونات التي تم إنشاؤها في المختبر متشابكة بالفعل"، قال أحد مؤلفي المقال. وأضاف ديفيد كايزر: "يبلغ عمر الأرض حوالي 4.5 مليار سنة، لذلك كان لا بد من ظهور آلية غير كمومية حتى قبل وجود الأرض".
قرار اتخذ منذ مليارات السنين
في عام 2014، اقترح كايزر وباحثان آخران تجربة من شأنها إنشاء فوتونين متشابكين على الأرض، وهي عملية من السهل بالتأكيد إجراؤها في مختبرات الأبحاث حول العالم. وبعد إنشاء الفوتونات المتشابكة، خطط الباحثون لإطلاقها في اتجاهين متعاكسين وقياس استقطابها، أو بمعنى آخر اتجاه المجال الكهرومغناطيسي الذي يتكون منه الفوتون. وبمساعدة المستقطب، تمكن الباحثون من التحقق من استقطاب الفوتونات ومدى "توافقها" على استقطابها في كل قياس. لإثبات أن الفوتون متشابك، يجب علينا أن نطيع افتراضات مبدأ بيل، والتي يتطلب أحدها، كما ذكرنا سابقًا، من الباحثين إزالة المعلمات الحرة. وللقيام بذلك، أضاف الفريق تطورًا آخر، وهو أن الضوء القادم من مصدر بعيد وقديم، مثل النجوم الزائفة، سيحدد زاوية الاستقطاب التي نقيسها. إذا كان الضوء المرصود في الكوازار أكثر احمرارًا من بعض مصادر التحقيق، فسيكون للمستقطب اتجاه معين. إذا كان الضوء أكثر زرقة قليلاً من مصدر جهاز الاختبار، فسيكون للمستقطب اتجاه مختلف. وفي التجارب السابقة، استخدم الفريق تلسكوبًا بسيطًا لقياس الضوء الصادر من نجم يبعد عنا 600 سنة ضوئية. وفي الدراسة الحالية، استخدم الباحثون تلسكوبات أكبر وأقوى بكثير والتقطوا بها مصادر ضوئية تبعد عنا مليارات السنين الضوئية.
توقيت ممتاز
في تمام الساعة 11.1.18 ظهرًا بتاريخ 12، تجمع أعضاء الفريق عند حافة الجبل في جزر الكناري وبدأوا بجمع المعلومات من التلسكوبات القوية (قطرها 4 أمتار) التي تفصل بينها أميال. أشار كل تلسكوب إلى نجم زائف عندما كانا في محطة المختبر، وقام الباحثون بإنشاء فوتونات متشابكة تم إرسال كل منها إلى أحد التلسكوبين. قبل جزء من الثانية، يحدد كاشف في التلسكوب ما إذا كان الضوء المتذبذب من الكوازار أكثر زرقة أو أكثر احمرارًا من مصدر المسبار، وبالتالي يقوم بمعايرة جهاز القياس. "التوقيت صعب للغاية، كل شيء يجب أن يحدث في نفس النافذة الزمنية ويتم تحديثه كل جزء من الثانية (مليون من الثانية)" وفقًا لكايزر.
رؤية ميراج
أجرى القائمون على التجربة التجربة مرتين، بفارق 15 دقيقة، وبزوج مختلف من النجوم الزائفة. وفي كل جولة قاموا بقياس آلاف أزواج الفوتون المتشابكة. مباشرة بعد التجربة، أي بعد حوالي ساعات قليلة من إيقاف تشغيل التلسكوبات، رأى الباحثون أن هناك ارتباطًا كبيرًا بين الفوتونات فوق الحد الذي حسبه بيل، لذلك يمكن القول أن الجسيمات متشابكة كميًا.
يوضح جوث، أحد محرري التجربة، أنه بناءً على البيانات التجريبية، فإن احتمال أن تكون هذه آلية كلاسيكية وليست آلية كمومية هو جزء من مليار من مليار من النسبة المئوية، مما يعني صفر فرصة بكل المقاييس. وللمقارنة، فإن احتمال عدم وجود جسيم هيغز وفقا لنتائج تجربة سارن أقل من جزء من المليار من المائة، "لقد أظهرنا أن احتمال وجود بارامترات حرة في النظام التجريبي هو صفر".
ومع ذلك، هناك نسبة ضئيلة جدًا تؤكد أن هذا الادعاء غير صحيح. ولتقليل الفرصة، يبحث عدد أكبر من الباحثين عن مصادر بعيدة عن تلك التي يتم قياسها الآن. هل يمكن استخدام الإشعاع الكوني لاختبار التشابك حسب حالة بيل؟ لم يعرف بعد.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 6
12 ليلا ولم يطلع الصباح بعد..
قوانين الحياة، هراء في عصير الطماطم، لم يكن لدي أي فكرة أن العلماء كانوا بهذا الغباء. لكل شيء في الكون وقت ومسافة ووقت للانتقال من نقطة إلى أخرى. الله نفسه، الذي هو جزء من كوننا، الله لديه سرعة محددة للحركة بالكيلومتر في الساعة والله لديه وقت بالسنوات. إن الله مصنوع من مادة كمومية رفيعة للغاية، لدرجة أنه لن يكون من الممكن أبدًا قياس سمك الإله مقسومًا على عشرة أس أربعة وعشرين. ويتحرك الله من نقطة إلى أخرى في فضاء الكون بزمن يقارب نصف زمن حركة الضوء الذي يعرف أنه يتحرك بسرعة 300000 ألف كيلومتر في الثانية. حركة الضوء أسرع من حركة الله. الله نفسه نادرا ما يوجد في أي مادة في الكون وبالمناسبة كوننا معزول في الفضاء ولا يوجد أكوان أخرى أو أكوان موازية على الإطلاق. الجوهر الكمي للإله موجود داخل كل الثقوب الموجودة في الكون بأكمله ويوجد أيضًا في كل شعاع ضوء في الكون بأكمله، لكن حقيقة وجود الجوهر الإلهي فيها على الإطلاق لا يعني أن السود السود هم الله ولا هل معناه أن الله نور . الله جزء من الكون وهو تردد كمي فيزيائي رياضي يتمتع بذكاء مدمج وقدرة على تركيز قوته ووضع قوته الإلهية موضع التنفيذ. بالإضافة إلى ذلك، فإن لله خصائص فيزيائية ورياضية لا يستطيع الله تفسير هذه الخصائص، وحتى لو كان من الممكن تفسيرها، فإن عباقرة البشر غير قادرين على فهم ماهية الله بشكل كامل. عليك أن تكون الله لكي تعرف أو تفهم ما هو الله.
يوسف
لقد كتب صراحة أن الضوء الصادر من الكوازار ليس له لون واحد:
"إذا كان الضوء المرصود في الكوازار أكثر احمرارًا من بعض مصادر التحقيق، فسيكون للمستقطب اتجاه معين. إذا كان الضوء أكثر زرقة قليلاً من مصدر جهاز الاختبار، فسيكون للقطب اتجاه مختلف."
الغرض من التجربة هو خفض معامل آخر: تحديد الباحثين للاستقطاب الذي يجب اختياره.
الشخص العادي
والفكرة هي زيادة العشوائية في اختيار اتجاه المستقطب. لإظهار التشابك، عليك إظهار أن الاختيار العشوائي للمستقطب على أحد الجانبين يؤثر على الجانب الآخر. يتم استخدام الكوازار لغرض التجربة كمصدر عشوائي، بالمعنى التالي: لا توجد طريقة لتحديد لون الفوتون التالي من كامل تسلسل الفوتونات التي تلقيناها. بعد كل شيء - كان لون هذه الفوتونات أنثويًا منذ مليارات السنين.
مهم في تقديري لأنه كلما كان المصدر أبعد كلما اعتبر مصدرا نقطيا. بالإضافة إلى ذلك، من المهم أن تكون أحادية اللون – لون واحد ومتماسكة – ذات واجهة موجية موحدة. وهذا هو، مثل نبض الليزر. الكوازار ربما بسبب شدة الإشعاع،
لا أعرف ما إذا كان أحادي اللون بشكل متماسك، لكنه مثل الخاسر على الساحة، لذلك قد يكون الأمر كذلك.
الأخداد - اقترح بيل تجربة من شأنها اختبار ما إذا كان النظام لديه ارتباط كمي أم لا. تتجنب الفكرة الكمومية احتمال وجود متغيرات أو معاملات لا يمكننا قياسها تؤثر على التجربة. سنضيف أننا نعلم أن المعلومات يجب أن تتحرك بسرعة الضوء على الأكثر (ويمكننا أن نتحدث عن التشابك في هذا الأمر وندعي أن التشابك لا يكسر المحلية، لكن هذه مقالة مختلفة). ولذلك، إذا تجاهلت نظرية الكم وآمنت بالمعلمات الحرة، فإن الضوء الذي خلق قبل 12.2 مليار سنة، يصل إلى الأرض ويؤثر على التجربة بحيث تظهر نتيجتها أن الفوتونات الموجودة في المختبر مترابطة بشكل كبير، مما يدل على أن ذلك الضوء بطريقة ما علم أن التجربة ستتم على الأرض لحظة خلقها وكان لا بد أن تتم لتكون نتيجة التجربة هكذا. يقول المنطق أنه لا توجد إمكانية لتكوين جسيم بناء على تجربة ستتم بعد 12.2 مليار سنة مع بعض المعلمات الحرة التي ستؤثر على التجربة ومن هنا يمكن القول أن التجربة خالية من المعلمات الحرة و يجب أن يكون التشابك كميًا (حتى بعض الأخطاء). كلما تم اختيار الفوتونات الأكثر بعدًا، قل احتمال إنشاءها ضمن معرفة التجربة على الأرض. وبطبيعة الحال، لا يمكن استبعاد مبدأ الحتمية الكاملة بشكل كامل، ولكن كلما تعمقنا في التجربة، كلما اقتربنا منها.
هل يمكنك التوضيح حول:
وحدد نفس الباحثين الشروط لمبدأ بيل وقاموا بقياس الفوتونات من النجوم الزائفة البعيدة، أحدهما يبلغ عمره 7.8 مليار سنة والآخر يبلغ عمره 12.2 مليار سنة. واكتشفوا أن معظم الفوتونات كانت مرتبطة بطريقة تتجاوز الحد النظري لبيل، مما يعني أنها بالفعل متشابكة كميًا.
ما أهمية مصدر الفوتونات إذا تم القياس في التلسكوبات، وكان التشابك بين نظامي قياس، التلسكوبات؟