نظرية الكم تهزم تفكير آينشتاين

The sky is seen at night just before the predicted merger between our Milky Way galaxy and the neighboring Andromeda galaxy, in this NASA photo illustration released May 31, 2012. About 3.75 billion years from now, Andromeda's disk will fill the field of view and its gravity will begin to create tidal distortions in the Milky Way. The view is inspired by dynamical computer modelling of the future collision between the two galaxies. The two galaxies collide about 4 billion years from now and merge to form a single galaxy about 6 billion years from now. REUTERS/NASA, ESA, Z. Levay and R. van der Marel (STScI), and A. Mellinger/Handout (ENVIRONMENT SCIENCE TECHNOLOGY TPX IMAGES OF THE DAY) FOR EDITORIAL USE ONLY. NOT FOR SALE FOR MARKETING OR ADVERTISING CAMPAIGNS. THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. IT IS DISTRIBUTED, EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS
وفرت ظاهرة التشابك الكمي أرضية لفكرة أن الكون كله مترابط كميا على نحو يجعله كيانا واحدا (رويترز)

*أ.د. محمد باسل الطائي

رغم أن ألبرت آينشتاين كان أول الفيزيائيين المستثمرين للعلاقة التي اكتشفها ماكس بلانك بشأن تصرف الإشعاع الحراري والتي كانت تأسيسا أوليا لنظرية الكم، فإنه لم يقبل بنتائج تلك النظرية بعد تطويرها، وظل مدة طويلة يحاول إثبات أن نظرية الكم ناقصة أو متناقضة مع نفسها.

وقد جرت بينه وبين الفيزيائي نيلز بور نقاشات حامية وطويلة خلال النصف الأول من ثلاثينيات القرن الماضي لفهم نظرية الكم وما تنطوي عليه، وقد عُرفت هذه المناظرة بحوارات آينشتاين-بور.

وخلال هذه الحوارات كان آينشتاين يرفض الطبيعة الاحتمالية للحوادث، مصرا على حتمية الحوادث الفيزيائية، في حين كان نيلز بور يقول إن "الله تعالى فعّال لما يريد".

حاول آينشتاين البرهنة على أن اللاحتم الكمي يقودنا إلى نتائج غريبة جدا، ظنا منه أنها غير قابلة للتحقق عمليا، وبالتالي فإن هذا يعني أن نظرية ميكانيكا الكم غير كاملة على الأقل إن لم تكن خاطئة

وقد حاول آينشتاين البرهنة على أن اللاحتم الكمي يقودنا إلى نتائج غريبة جدا، ظنا منه أنها غير قابلة للتحقق عمليا، وبالتالي فإن هذا يعني أن نظرية ميكانيكا الكم غير كاملة على الأقل إن لم تكن خاطئة.

ففي عام 1935 نشر آينشتاين بحثا مشتركا مع ناثان روزن وتلميذه بودلسكي بيّنوا فيه أن أزواج الجسيمات (كالإلكترونات أو الفوتونات مثلا) حينما نوصفها بطريقة ميكانيكا الكم ونعتبرها حالات كمية (Quantum States)  فإنها تظهر بصفة غريبة تجعل منها أزواجا مترابطة ببعضها.

فلو أننا أخذنا شعاعا ضوئيا مثلا ثم شطرناه نصفين بواسطة لوح نصف شفاف يسمح بمرور جزء من الشعاع ويعكس الجزء الآخر ثم غيرنا صفة ما في أحد الشعاعين (أي تغيير مستوي تذبذب أحد الشعاعين مثلا) فإن مستوى التذبذب للشعاع الثاني سيتبدل تلقائيا وعلى نحو آني مهما كانت المسافة بين نهايات الشعاعين، وهذا ما يكشف عن تعلق الفوتون الأول (أي جسيم الضوء في الشعاع الأول) بالفوتون الثاني (أي جسيم الضوء في الشعاع الثاني) تعلقا آنيا دون سبب مفهوم.

سميت هذه الظاهرة التي اكتشفها آينشتاين وجماعته نظريا معضلة آينشتاين -بودلسكي-روزن.

وقد اعتبرت هذه الظاهرة معضلة لأن الحدث الذي يحصل في الفوتون الثاني الذي ذهب بعيدا عن الفوتون الأول هو حدث غير سببي (non-causal) إذ لا يوجد سبب مفهوم لحصول التعلق بين الفوتونين طالما أنهما منفصلان في كل الوجوه.

من جانب آخر، فإن حصول التغير في مستوى استقطاب الفوتون الثاني حال تغييرنا لمستوى استقطاب الفوتون الأول آنيا يعني أن التأثير بين الجسيمين انتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء. ولما كان ألبرت آينشتاين مؤمن بأن أعلى سرعة في الكون هي سرعة الضوء فقد اعتبر هذا التعلق الذي يحصل آنيا حدثاً غير سببي بالتأكيد، وقد سميت هذه الظاهرة بـ"التشابك الكمي" (Quantum Entanglement).

وفرت ظاهرة التشابك الكمي أرضية لفكرة تقول إن الكون كله مترابط كميا على نحو يجعله كيانا واحداً تتعاضد أجزاؤه صغيرها وكبيرها بآلية لم نفهمها بعد لكن الزمن كفيل بالكشف عنها تباعا

لقد استنهضت هذه المعضلة العديد من الأفكار وجرى بحثها وتحليلها نظريا من جوانب عديدة، ورغم ذلك لم يتمكن أحد من تفسير حصول هذا التشابك الكمي بين الجسيمات الدقيقة والحالات الكمية، لكن آينشتاين اعتبر أن حصوله نظريا على هذه النتيجة التي وجدها غير معقولة دليل على عدم صحة أو عدم اكتمال نظرية الكم، بمعنى أنه بهذا الاكتشاف الذي لم يتوقع حصوله عمليا ظن أنه يكشف عن نقص مهم في نظرية الكم.

لكن الرياح تجري بما لا تشتهي السفن أحيانا حتى مع أعظم العلماء وأكثرهم ذكاء وعبقرية، فقد أجرى الفيزيائي الفرنسي ألين أسبكت تجربة شهيرة عام 1982 مستخدما أشعة الليزر لفحص ما تنبأ به ألبرت آينشتاين وجماعته فجاءت النتيجة موافقة للتنبؤ رغم استنكارهم لمثل هذه الظاهرة في حينها، وبالتالي فقد اعتبرت هذه النتيجة هزيمة لتفكير ألبرت آينشتاين واعتراضاته على نظرية الكم، إذ حصل ما كان يتوقع أن يكون حصوله مستحيلا وأمراً غير قابل للتحقيق.

اليوم وبعد أن تكررت تجربة ألين أسبكت مئات المرات وبأساليب مختلفة تتأكد ظاهرة التشابك الكمي بين الجسيمات الدقيقة، لا بل لقد وفرت هذه الظاهرة أرضية لفكرة تقول إن الكون كله مترابط كميا على نحو يجعله كيانا واحدا تتعاضد أجزاؤه صغيرها وكبيرها بآلية لم نفهمها بعد لكن الزمن كفيل بالكشف عنها تباعا، ومن الجدير بالذكر أن لظاهرة التشابك الكمي تطبيقات عملية في الحوسبة الكمية.

_____________ 
*أستاذ الفيزياء الكونية بجامعة اليرموك

المصدر : الجزيرة

حول هذه القصة

The satellite 'LISA Pathfinder' stands in a room of the 'Industry Plants Operating Company' (IABG) in Ottobrunn, Germany, 1 September 2015. The satellite will be taken to space in November 2015 to detect gravitational waves.

تخطط وكالة الفضاء الأوروبية لإطلاق قمر صناعي إلى المدار، يحمل معدات لقياس موجات الجاذبية التي تنبأ آينشتاين بوجودها في نظريته النسبية العامة، وذلك بالتزامن مع الذكرى المئة لنشر هذه النظرية.

Published On 23/11/2015
U.S. physicist David Wineland talks about is experiment in his lab during a media tour after a news conference in Boulder, Colorado, after learning he and Serge Haroche of France were awarded the 2012 Nobel Prize in Physics, October 9, 2012. The two men were awarded the prize for finding ways to measure quantum particles without destroying them, which could make it possible to build a new kind of computer far more powerful than any seen before. REUTERS/Mark Leffingwell (UNITED STATES - Tags: SCIENCE TECHNOLOGY EDUCATION)

تمكن علماء من جامعة كورنيل من ابتكار طريقة لوقف حركة الذرات أثناء عملية مراقبتها، الأمر الذي قد يملك انعكاسات إيجابية كبيرة على فيزياء الكم والحواسيب الكمية.

Published On 26/10/2015
An undated handout photograph made available by ESA/Herschel/PACS/MESS Key Programme Supernova Remnant Team; NASA, ESA and Allison Loll/Jeff Hester (Arizona State University) on 14 December 2013 showing a composite view of the Crab nebula, an iconic supernova remnant in our Milky Way galaxy, as viewed by the Herschel Space Observatory and the Hubble Space Telescope. Herschel is a European Space Agency (ESA) mission with important NASA contributions, and Hubble is a NASA mission with important ESA contributions. A wispy and filamentary cloud of gas and dust, the Crab nebula is the remnant of a supernova explosion that was observed by Chinese astronomers in the year 1054. The image combines Hubble's view of the nebula at visible wavelengths, obtained using three different filters sensitive to the emission from oxygen and sulphur ions and is shown here in blue. Herschel's far-infrared image reveals the emission from dust in the nebula and is shown here in red. While studying the dust content of the Crab nebula with Herschel, a team of astronomers have detected emission lines from argon hydride, a molecular ion containing the noble gas argon. This is the first detection of a noble-gas based compound in space. The Herschel image is based on data taken with the Photoconductor Array Camera and Spectrometer (PACS) instrument at a wavelength of 70 microns; the Hubble image is based on archival data from the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2).

توصل علماء الفلك إلى نظرية جديدة لنهاية الكون تقول بما أن الكون يتمدد فإن كل شيء فيه من المجرات إلى الزمان-المكان ذاته سيتمزق، ولكن ليس قبل 22 مليار سنة.

Published On 5/7/2015
المزيد من تكنولوجيا
الأكثر قراءة