لأكثر من 100 عام، هزّت ميكانيكا الكم جميع ما كنا نعتقد أننا نعرفه عن الفيزياء. هل كل شيء مصنوع فقط من اهتزازات وموجات إذا نظرت عن كثب بما يكفي؟ إلى أي مدى يمكن تمديد التشابك الكمومي؟ هل يمكن أن يمتد بما يكفي لتمكين الاتصالات الكمومية حول العالم؟
ولا تتوقف هذه الأسئلة عندما يتعلق الأمر بالواقع أو ما يسمى بالواقعية. نحن نعلم أن الجسيم الكمي لا يمتلك حالة حقيقية حتى يتم ملاحظته (على غرار قطة شرودنجر)، ولكن السؤال الذي يكمن خلف هذه الحقيقة يستمر في جميع الأشياء الموجودة – هل يحتفظ الجسم بخصائصه عندما لا يتم ملاحظة تلك الخصائص؟
في مرحلة معينة، يصبح هذا السؤال الأساسي… متشابكاً… مع مفهوم إضافي يُدعى المحلية. تصف المحلية ما إذا كان الجسم يتأثر بما يتجاوز محيطه الفيزيائي المباشر أم لا. إذا كانت هناك قوى أكبر أو أكثر تعقيداً، فقد تؤثر على مبادئ مثل السببية وحتى الإرادة الحرة. وقد أطلق ألبرت آينشتاين على هذا المفهوم اسم “التأثير الغامض عن بعد”، وهو معاكس لمفهوم المحلية. حتى الجاذبية ليست تأثيراً عن بعد – بل يتم وصفها الآن كنتيجة لتداخل مجالات القوة بأحجام مختلفة.
كل هذا يقودنا إلى فكرة “مفارقة هاردي”. رغم أنها قد تبدو جافة، فإن لها تداعيات كبيرة على مدى واقعية كوننا… وحتى على معنى مصطلح “الواقع” نفسه. وفي بحث جديد، يقول العلماء في الصين إنهم وجدوا طريقة لمراقبة هذا التمرين الفكري المتناقض في الفيزياء الكمومية دون أية ثغرات ربما أضعفت التجارب السابقة. وقد نُشرت النتائج الآن كتوصية بارزة من المحررين في مجلة “فيزيكال ريفيو ليترز” المحكمة.
لوسيان هاردي هو فيزيائي يعمل في معهد بريمتر للفيزياء النظرية في ضواحي تورنتو، أونتاريو. كمتخصص في أسس الكم، قضى هاردي مسيرته الطويلة في محاولة الوصول إلى وصقل حدود الشكل الكامل لميكانيكا الكم، بما في ذلك كيفية تفاعل المبادئ الرياضية التي تدعمها مع النظريات التطبيقية التي تصف كوننا.
في عام 1992، بدأ هاردي في صياغة مفارقة تتعلق بالجسيمات والجسيمات المضادة. بعض التفاعلات في الفيزياء تؤدي إلى خلق جسيم وجسيم مضاد مطابق له، ويتم إلقاؤهما في اتجاهين متعاكسين. هذان الجسيمان مقدران لبعضهما البعض، ومثل روميو وجولييت، فإن ارتباطهما يؤدي حتماً إلى تدمير كل منهما للآخر – بعد جزء ضئيل من الثانية، يجتمعان ويدمران بعضهما. لكن هاردي اقترح سيناريو يمكن أن يتعايش فيه الجسيم والجسيم المضاد دون تدمير.
كان هاردي يعلم أن إعداد وقياس مثل هذا التفاعل سيؤدي إلى إدخال متغيرات قد تهدد سلامة التفاعل نفسه، ونتيجة لذلك، لا يمكن ملاحظة مثل هذه التفاعلات إلا بعد حدوثها، باستخدام الاحتمالات بدلاً من الملاحظة المباشرة. وهذه أيضًا مسألة أساسية في ميكانيكا الكم: كيف يمكن لمجال دراسي ينتج احتمالات فقط أن يعمل جنبًا إلى جنب مع نموذج الفيزياء الكلاسيكية القائم على الملاحظة؟
لتقييم هذه المفارقة بشكل صحيح، صمم العلماء الذين يقفون وراء هذا البحث الجديد – في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، في مدينة خفي شرق البلاد – تجربة يقولون إنها تزيل المتغيرات الثغراتية من تجارب أخرى. في جوهرها، هي سلسلة معقدة من المرايا، وأشعة الليزر، والبلورات، والمقسمات، واللوحات، مع مولد أرقام عشوائي. ولضمان العشوائية الحقيقية، تم توليد الأرقام بسرعة بحيث لا يمكن التأثير عليها بأي “متغيرات محلية خفية” مرتبطة بالمحلية.
على مدى ست ساعات من تشغيل هذا النظام، بهدف تقسيم الفوتونات وتحييد أي احتمال للثغرات، قال العلماء إن بياناتهم واضحة جدًا (رغم أنها ما زالت احتمالية). “بناءً على اختبار فرضية العدم”، كتبوا في الدراسة، “لا تتجاوز قيمة الاحتمال p إمكانية تفسير نتائجنا بنظريات واقعية محلية 10−16348”. ستكون احتمالية فوزك باليانصيب أكبر بكثير، رغم أن ذلك أيضًا شبه مستحيل.
يقول العلماء إن هذا يعزز الإجماع المتزايد على أن الواقعية المحلية ليست كافية لتفسير الأسئلة العالقة في ميكانيكا الكم. استنتاجهم ليس جديدًا – فقد تم منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 لثلاثة علماء استخدموا الفوتونات المتشابكة “لقلب الواقع كما نعرفه”، كما أوضحت مجلة “ساينتيفيك أمريكان”.
أكبر نجاح لهؤلاء الباحثين الجدد هو إعدادهم التجريبي. من خلال تعديل وضبط “نافورة الفوتونات” الخاصة بهم، حافظوا على كفاءة وموثوقية كافية لقياس ما يحتاجون لقياسه، مع تجريد التأثيرات الناتجة عن المتغيرات المحلية. تدعم النتائج ما يُعرف بـ “اللاواقعية المحلية”، لكنها أيضًا تضع أساسًا جديدًا للأشخاص الذين يستخدمون هذه الظواهر الكمومية لتصميم نظم نظرية المعلومات والتطبيقات. على الأقل، هذه الأشياء حقيقية وفي تطور مستمر.
المصدر: PopularMechanics
