لقد صمدت نظرية الكم بالفعل لعدد لا بأس به من الاختبارات التجريبية، وعلى الرغم من ذلك، هناك بعض المفارقات فيها التي يصعب على العلماء الإجابة عليها. يقدم الآن باحثون من كوريا شرحًا تفصيليًا لمفارقة أصدقاء ويجنر ويثيرون تساؤلات حول سلامة النظرية وإمكانية قدرتها على وصف كل شيء
ربما لا توجد نظرية فيزيائية بهذا القدر الكبير من التأكيدات التجريبية مثل ميكانيكا الكم. لقد تم "إثبات" النظرية الناجحة مرارًا وتكرارًا لمدة مائة عام في مجموعة واسعة من التجارب الدقيقة، لكن لا يزال الفيزيائيون غير راضين حقًا ولا يرون الثغرات الموجودة فيها. وعلى الرغم من أن النظرية تشرح العالم الصغير بشكل مثير للإعجاب، إلا أنها تفشل في تفسير العالم الذي تحكمه القوانين الفيزيائية اليومية. عندما تحاول تطبيق قوانين العالم الكمي على عالمنا، تحصل أحيانًا على تناقضات داخلية. إن طموح الفيزيائيين في محاولة توحيد نظرية الكم التي تفسر العالم الصغير مع نظرية النسبية لأينشتاين التي تفسر العالم الواسع المليء بالنجوم يجب أن يبدأ بحل المفارقات ومحاولة فهم ميكانيكا الكم بمفردها.
نحو الأجسام الضخمة
كيف يمكن الجمع بين القوى بين تعاليمين مختلفتين تمامًا ولكنهما دقيقان في ترسيمهما؟ أحد الاحتمالات هو فحص وإجراء تجارب كمومية على أجسام أكبر وأكبر على أمل أن تكشف عن التناقضات في التجربة. ولكن لكي يحدث هذا، يتعين على الفيزيائيين العمل في ظل العديد من الشروط والقيود المقيدة. لا تستطيع الأجسام اليومية الكشف عن خصائصها الكمومية لأن الطول الموجي لهذه الأجسام يكاد يكون معدومًا. ومن أجل "حل" القيود أو تجاوزها، يستخدم الباحثون فكرة ورثها أينشتاين للعلماء - التجارب الفكرية. وهذا بالضبط ما اقترحه الباحثون من كوريا في مقال نشر في مجلة Nature Communication. تعمل التجربة الفكرية على توسيع مفارقة أصدقاء فيجنر - فالمراقب "أ" يقيس دوران الجسيم، بينما يقيس المراقب "ب" النظام الذي يحتوي على الدوران والمراقب الأول. لا يستطيع المراقب "أ" معرفة ما قام المراقب "أ" بقياسه، وهنا تبدأ المفارقة. في مثل هذه الحالة، يستطيع المراقب A قياس دوران مختلف عن المراقب B. ويحتوي الامتداد الذي نشره الباحثون في ورقة بحثية حديثة على المزيد من المراحل والمزيد من المراقبين مما يزيد من الفجوة بين القياسات.
وللتوضيح سنركز على سؤال أين تكمن المفارقة بالضبط؟ حسنًا، المفارقة موجودة في مبدأ القياس في ميكانيكا الكم. بمجرد قياس النظام الكمي، فإنه "ينهار" إلى نفس القيمة المقاسة، أي تختفي خصائصه الاحتمالية. وهذا يعني أننا عندما نقيسه مرة أخرى، سنحصل على نفس النتيجة. لذلك، إذا قام المراقب B (وهو مراقب غير مباشر) بقياس النظام الذي تم قياسه بالفعل، فيجب أن يحصل على نفس قيمة المراقب A، لأن المراقب A قد قام بالفعل بقياس النظام. وبدلا من ذلك، فإنه يقيس قيمة عشوائية مع احتمال النصف، سواء كان الدوران لأعلى أو لأسفل. كيف؟ السؤال الذي يطرح نفسه عندما انهارت وظيفة موجة الدوران؟ هل هو في العارض أ أم العارض ب؟ أين تم قياس النظام حقا؟ حاول فيجنر تفسير مفارقته بـ "الوعي" (وسأترك تفسير ذلك للقارئ الفضولي). ووفقا له، فإن الراصد الأول هو الذي يحدد مسبقا نتائج القياس لجميع المراقبين الآخرين حتى قبل أن يتم قياس الجسيم بشكل غير مباشر بواسطتهم. وهنا بالطبع تأتي مشكلة أخرى تتناقض مع مبدأ السببية: ماذا قبل ماذا؟ السبب مقابل النتيجة؟ فعل القياس مقابل القيمة المقاسة؟ مفارقة أخرى يصعب علينا الإجابة عليها.
من المحتمل أن يسأل القارئ الفضولي نفسه ما إذا كان الراصد الثاني الذي يقيس الآن نظامًا مختلفًا يتضمن الراصد الأول والدوران لا ينبغي أن يكون له قيمة مختلفة، هل هذه حالة كمومية جديدة؟ حسنًا، هنا بالتحديد السؤال الذي يطرح نفسه، ما هو القياس؟ وما هو تأثيرها على البيئة؟ وهذا هو بالضبط سبب عرض المفارقة المتقنة في الورقة حيث أضاف الباحثون المزيد والمزيد من المراقبين الثانويين. إذا كان هذا الادعاء صحيحًا، فإن النظام بأكمله الذي يحتوي على عدد كبير من المراقبين الثانويين يكون في حالة تراكب بين الحالات حتى آخر مراقب. من هو الأخير؟ وإذا كان الأخير لا "يقرر"، فكيف يتناسب ذلك مع مبدأ السببية؟ هل الأخير فقط "يدرك"؟ (وكما تساءل فاغنر، من هو الواعي الذي ينهار الدالة الموجية في النظام؟)
استنتاجات مربكة
وجد الباحث رينر الذي كتب المقال أن تجربته الفكرية استقطبت العلماء. وتفاجأ عندما وجد أن بعض زملائه كانوا متحمسين ومتحمسين حقًا للمقال وربما بسبب الاستنتاجات المكتوبة فيه - يدعي المقال أن نظرية الكم ليست عالمية كما تطمح أن تكون، وفي الأنظمة الكبيرة تكون كذلك فشل في شرح مبدأ القياس في عالمنا العياني. كيف يقيس مراقبان شيئين مختلفين؟ كيف يمكن لنظرية تشرح الكثير أن تحتوي على تناقض داخلي؟ ربما في الواقع تحتوي المقالة على خطأ في الحساب؟ ربما كان مخطئا في الفيزياء؟ وربما هناك خيارات أخرى لا تظهر هنا؟ يحاول الباحثون هذه الأيام فحص حسابات المقالة ومعرفة ما إذا كانت هناك أية أخطاء.
يشعر رينر أيضًا بعدم الراحة تجاه هذا التفسير الذي كتبه في المقال ويعتقد أنه سيتم حله في مرحلة ما. ويوضح قائلاً: "عندما تنظر إلى التاريخ، تجد أن المفارقات يتم حلها من أماكن غير متوقعة". فالنظرية النسبية على سبيل المثال، والتي حلت عدة تناقضات في نظرية نيوتن وغيرت كل ما نعرفه عن فكرة الزمن.
"عملنا الآن يركز على اختبار الافتراضات، هل وضعنا افتراضات خاطئة، من يدري؟ ربما تكون مفارقتنا حقيقية وستجعلنا نغير مفهوم المكان والزمان من جديد. وعندما نفكر في نظرياتنا مرارا وتكرارا، فإننا نتمكن من الكشف عن الواقع كما هو."
تعليقات 12
اقرأ أعمال الفيزيائي ديفيد بوم.
وجاء في فقرة "نحو الأجسام الهائلة" ما يلي:
".. لا يستطيع المشاهد "أ" معرفة ما الذي يقيسه المشاهد "أ"، وهنا تبدأ المفارقة."
هل هذا خطأ مطبعي؟
ميكانيكا الكم النسبية هي شيء موجود منذ فترة طويلة
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Relativistic_quantum_mechanics
مرحبا ناثان،
انت على حق تماما. ولا أعتقد أنني ذكرت هذا الادعاء في المقال، فإذا كان الأمر كذلك فيسعدني أن تذكره وتصححه.
هناك العديد من المحاولات الناجحة إلى حد ما للجمع بينهما (من بين أمور أخرى نظرية الأوتار)، ولكن لا توجد حتى الآن نظرية مقبولة بالإجماع.
نعوم تشاي:
في رأيي، الكم غير متوافق مع النسبية العامة. الكم مع النسبية الخاصة (الطاقات/السرعات النسبية) موجود بالفعل
على غرار ما تمكن جيل من فهمه، يتضمن النظام أيضًا المشاهدين المدرجين فيه.
إذا فهمت هذا فلا تحصر تفكيرك وتذهب إلى أبعد من ذلك، فستتضح الصورة العامة التي لا يمكن تعميمها، أي الكون بأكمله - الواعي واللاواعي.
فالنظام يشمل كل ما هو قريب ومرئي ومعروف، ولكن النظام يشمل أيضاً كل ما هو بعيد وغيبي ومجهول. الآن سوف نتساءل ما إذا كان الأقرب له تأثير أكبر على سلوك وإرادة الجسيم أو الموجة؟
هل يمكن قياسه على الإطلاق؟
فهل يمكن التفريق بين حركة/سلوك/رغبة الجسيم أو الموجة وهي تحت الفحص والتأثير مقارنة بحالتها الطبيعية دون معالجة أو قياس؟
هل يسمح لنا الجسيم/الموجة بقياس قياس نقي؟
هل هناك تأثير للقريب الذي يكون على علم بالاختبار، أو ربما شخص موجود في النظام وليس على علم بالقياس له تأثير أيضا ومشترك في وجوده.
إن التجربة الفكرية الحقيقية تدور حول مسألة ما إذا كان في مثل هذا النظام أن يشمل القريب والبعيد
وبالإضافة إلى الوعي واللاواعي، هل هناك أي فائدة من القياس؟
ومن ثم هل من الممكن إنشاء نظام أو ظروف يتعاون فيها الجسيم ويسمح بقياسه "بمحض إرادته"؟
في رأيي أن السبب في عدم إمكانية التنبؤ بما ستفعله الجسيمات في ميكانيكا الكم هو أن الجسيمات مصنوعة من مواد مختلفة (كل جسيم يتكون من إحدى المواد التي نراها فيزيائيا في الطبيعة) وكل مادة لها قوانين مختلفة في الفيزياء والكيمياء
في رأيي كل المشاكل تحل إذا بدأنا من فرضية أن مشاهد واحد فقط هو في عالمه (الخاص) وكل شيء آخر بما في ذلك المشاهدين الآخرين الذين شاهدوا قبله أو بعده هي إحصائيات في عالمه وبالتالي مشاهدتهم لا يغير شيئا.
يمكنك إضافة أبعاد أكثر تعقيدًا ولكني أريد أن أبقي الأمر بسيطًا في هذه المرحلة.
سلام،
أولاً، لا أعتقد أن هناك أي شيء جديد في الادعاء حول نتائج القياس المختلفة لاثنين من المراقبين. ويبدو أن هذا الموضوع أثاره أينشتاين في مواجهة نيلز بور.
ثانيًا، من وجهة نظر ميكانيكا الكم، النظام ليس فقط ما نعرّفه كنظام، بل النظام هو الفضاء بأكمله الذي يتضمن أيضًا المراقب الخارجي. انظر أفكا آرونوف-بوم.
ثالثًا، من الممكن تمامًا أن يقيس المراقب "أ" قيمة واحدة ويقيس المراقب "ب" قيمة أخرى بسبب تأثير المراقب "أ" على النظام.
رابعا، حتى لو قام الراصدان بقياس نفس النظام، فيمكنهما قياس قيم مختلفة عندما تنهار الدالة الموجية بسبب تراكب الحالات.
خامساً، أعتقد أن ميكانيكا الكم ليست كاملة ولا بد من استكمال تطورها لأنها تتحدث عن الكون كنظام كامل وفيه تفاعلات العوامل والراصدين والمرصودين التي تؤثر على القيمة المقاسة.
سادسا، عند انهيار الدالة الموجية، يتم قياس قيمة واحدة من بين عدة قيم محتملة من الناحية النظرية. لماذا يتم قياس هذه القيمة بالضبط؟ إن ما يؤدي إلى اختياره وما إذا كان من الممكن التنبؤ به هو أحد الأسئلة المهمة في النظرية.
سابعا، بالإشارة إلى النظام ككل، يجب أيضا إدراج مفهوم الزمن. وفي هذا السياق يجدر النظر إلى ما يقترحه البروفيسور ياكير أهارونوف، وهو تأثير ليس فقط الماضي، بل المستقبل أيضًا على الحاضر. لا أعرف كيف يؤدي ذلك إلى اختيار القيمة المقاسة. إن مبدأ الاختيار الحر الذي يدعي أنه ليس أساس الكائنات الحية بل الجمادات يمكن أن يغير القيمة المقاسة في كل مرة، ومرة أخرى كيف يمكن التنبؤ بذلك؟
إلى مايكل:
المفارقة موجودة هناك في مبدأ القياس في ميكانيكا الكم. بمجرد قياس النظام الكمي، فإنه ينهار إلى نفس القيمة المقاسة. وعندما تقوم بقياسه مرة أخرى، سوف تحصل على نفس النتيجة. لذلك، إذا قام المراقب B، وهو مراقب غير مباشر، بقياس النظام الذي تم قياسه بالفعل، فيجب أن يحصل على نفس قيمة المراقب A، لأن المراقب A قد قام بالفعل بقياس النظام. وبدلا من ذلك، فإنه يقيس قيمة عشوائية مع احتمال النصف، سواء كان الدوران لأعلى أو لأسفل. كيف؟ السؤال الذي يطرح نفسه عندما انهارت وظيفة موجة الدوران؟ هل هو في العارض أ أم العارض ب؟ أين تم قياس النظام حقا؟ ربما يكون المراقب "أ" قد حدد مسبقًا ما سيراه المراقب "ب" لأنه هو الذي حطم الدالة الموجية وحدد نتائج القياس للمراقبين الآخرين؟ حاول فيجنر شرح مفارقته بـ "الوعي". سأترك ذلك لكم لتبحثوا عنه، ولكن وفقًا له فإن الراصد الأول هو الذي حدد نتائج القياس لجميع المراقبين الآخرين مسبقًا حتى قبل أن يقيسوا الجسيم بشكل غير مباشر. وهنا، بالطبع، تأتي مشكلة سببية أخرى - ما الذي يأتي قبل ماذا؟ السبب مقابل النتيجة؟ فعل القياس مقابل القيمة المقاسة؟ مفارقة أخرى يصعب علينا الإجابة عليها.
انا لا افهم…
بعد كل شيء، عندما يقيس F الدوران، فإن النتيجة في النهاية هي نظام L على الإطلاق، لأن القياس ذاته يجعله جزءًا من النظام.
وهكذا عندما يقيس W النظام L، فهو في الواقع يقيس نظام L+W+w، وهو بالفعل نظام مختلف تمامًا عن النظام الذي قياسه F.
وبما أن هناك تفاعلات داخلية، فمن المحتمل أن يعطي قياس الدوران نتيجة مختلفة بين الأنظمة.
فأين التناقض إذن؟
قد لا يكون هناك إجابة. يتم التحكم في كل شيء بالاسم.