يشهد العام المقبل الذكرى المئوية للصيف الذي لجأ فيه عالم الفيزياء النظرية الألماني فيرنر هايزنبرغ إلى جزيرة هيلغولاند في بحر الشمال، هربا من حمى القش. هناك، اكتشف كيفية التعبير عن الملاحظات الطيفية المحيرة للذرات - حيث تمتص وتصدر الضوء بترددات مميزة ومحددة جيدًا - في شكل رياضي. اقترح معلم هايزنبرغ، الفيزيائي الدنماركي نيلز بور، أنه يمكن فهم الأطياف على افتراض أن إلكترونات الذرة قد تمتلك طاقات محددة فقط، وتتحول من مستوى طاقة إلى آخر عن طريق إصدار أو امتصاص "كم" واحد من الضوء مع طاقة معينة. يتناسب مع ترددها. كانت تلك الفرضية الكمومية للضوء قد اقترحها ألبرت أينشتاين في عام 1905، وقد طورها بور إلى نظرية جديدة للذرة - وإن كانت نظرية لا معنى لها من الناحية الكلاسيكية.
ومن خلال التعبير عن الطاقات المسموح بها لهذه "القفزات الكمية" كمصفوفة من القيم المرصودة تجريبيا، قام هايزنبرج بتحويل النظرية مخصص، نظرية الكم الوليدة إلى ميكانيكا الكم حقيقية. يشير جبر المصفوفة الخاص به إلى أنه لم يكن من الممكن معرفة موضع الجسيم وزخمه بدقة عشوائية في نفس الوقت. يشير "مبدأ عدم اليقين" هذا إلى أن فيزياء الكم فرضت حدودًا على المعرفة التي يمكن أن نحصل عليها حول العالم الذري.
ومضى بور وهيزنبرج ومعاونوهم في كوبنهاجن إلى القول بأن هذا التقييد أساسي. لا يعني ذلك أننا محكوم علينا بالبقاء جاهلين بشأن الكيفية التي تكون بها الأشياء بالضبط، بل بالأحرى أنه لا يوجد معنى "كيف تكون الأشياء" حتى يتم قياسها. أثار هذا الاقتراح جدلاً لطيفًا، لكنه حاد، بين بور وأينشتاين، والذي استمر طوال معظم حياتهما المشتركة. "لم يستطع أينشتاين تقديم التنازل. "سوف يمحو الأشياء المنفصلة والفردية، والسمات الأساسية لصورة عالمية مقبولة"، كما كتب جون هايلبرون وجيم باجوت في كتابهما الجديد. الدراما الكمومية: من مناظرة بور-أينشتاين إلى لغز التشابك. باجوت، عالم فيزياء وكاتب علمي، وهايلبرون، مؤرخ العلوم الذي توفي عام 2023، يرويان تاريخ ميكانيكا الكم، منذ بدايتها وحتى أحدث تكنولوجيا المعلومات الكمومية اليوم.
لم يكل أينشتاين قط من اختلاق اعتراضات جديدة على وجهة نظر "كوبنهاغن". في مؤتمر سولفاي عام 1930 في بلجيكا، والذي جمع كبار علماء الفيزياء في ذلك الوقت، واجه بور بتجربة فكرية متناقضة تتضمن صندوقًا ثقيلًا معلقًا من زنبرك، يحتوي على فوتون (يفلت) وساعة ثابتة. قدم بور ردًا على اللغز خفف الكثير من الشكوك، لكن يبدو أنه لم يرضي بور نفسه. يقول هايلبرون وباجوت: "لقد كان قلقًا بشأن ذلك لبقية حياته". "كان هناك رسم تخطيطي تقريبي للجهاز على سبورته يوم وفاته."
كشفت معارضة أينشتاين الطبيعة غير البديهية لميكانيكا الكم - وأشهرها في تجربة فكرية ابتكرها عام 1935 مع زملائه الأصغر سنا بوريس بودولسكي وناثان روزين. أظهرت تجربة EPR (أينشتاين-بودولسكي-روزين) أنه بمجرد تفاعل جسيمين، يبدو أن ميكانيكا الكم تصر على أن خصائصهما تظل بعد ذلك مترابطة، بحيث يؤدي القياس إلى ظهور إشارات لحظية مستحيلة بين الاثنين. إروين شرودنجر، الذي شارك أينشتاين في كراهية وجهة نظر كوبنهاجن، أطلق على هذا التأثير اسم "التشابك".
بالنسبة لأينشتاين، لا يمكن حل مفارقة EPR إلا من خلال افتراض أن الجسيمات المتشابكة لها خصائص ثابتة طوال الوقت، وإن كانت تلك الخصائص غير قابلة للملاحظة، وبالتالي تتميز بـ "المتغيرات الخفية". وكانت المشكلة هي أن تفسيرات بور وآينشتاين قدمت تنبؤات تجريبية متطابقة. ومع عدم وجود طريقة واضحة لحل هذه المسألة، تم وضعها جانبا، واعتبر العديد من الباحثين في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي مثل هذه الأسئلة "التأسيسية" عديمة الجدوى أو حتى غير لائقة. من كان يهتم عندما كانت ميكانيكا الكم تعمل بشكل جيد في الممارسة العملية؟ وكان هذا هو الموقف الذي وصفه الفيزيائي الأميركي ديفيد ميرمين بأنه "اصمت واحسب"، والذي كان مهيمناً بشكل خاص في الولايات المتحدة البراغماتية. إن الاهتمام بمثل هذه القضايا يمكن أن يكون بمثابة الانتحار الوظيفي. "لن تحصل أبدًا على درجة الدكتوراه إذا سمحت لنفسك أن تشتت انتباهك بمثل هذه التفاهات"، كما قيل لميرمين في جامعة هارفارد، وفقًا للكتاب. ويشير إلى أنه "كان وقتًا غير فلسفي على الإطلاق".
اتهم موراي جيلمان الحائز على جائزة نوبل بور بأنه قام بغسل دماغ جيل من الفيزيائيين ودفعهم إلى الاعتقاد بأن ألغاز ميكانيكا الكم قد تم حلها منذ زمن طويل.
في كتاب 1999 لها الحوار الكميمؤرخة العلوم مارا بيلر واتهم بور وزملاؤه بفرض عقيدة كوبنهاجن الخاصة بهم وتهميش أو السخرية من التفسيرات البديلة مثل "الموجات التجريبية" لديفيد بوم و"الدالة الموجية العالمية" لهيو إيفريت، والمعروفة أيضًا بتفسير "العوالم المتعددة" لميكانيكا الكم. الحائز على جائزة نوبل موراي جيلمان واتهم بور بغسل أدمغة جيل من الفيزيائيين ودفعهم إلى الاعتقاد بأن ألغاز ميكانيكا الكم قد تم حلها منذ فترة طويلة. لكن هايلبرون وباجوت يظهران أنه من العدل إلقاء اللوم على لامبالاة المجتمع ككل. وكما قال بول ديراك عن الألغاز الميتافيزيقية التي تطرحها النظرية: "يعيش العديد من الناس حياة طويلة ومثمرة دون أن يقلقوا بشأنهم على الإطلاق".
ثلاثون عاماً من "ضد القياس"
لكن هذا الموقف بدأ يتغير في عام 1964 عندما الفيزيائي الأيرلندي الشمالي جون بيل اكتشف طريقة للتمييز بين ما يسمى بنماذج المتغيرات المخفية وميكانيكا الكم البسيطة. كل ما احتاجه الأمر هو بعض التفكير الجاد. يقول المؤلفون: "لم يكن هناك شيء في متباينة بيل لم يكن معروفًا لدى مؤسسي الكم".
ومن المفارقات أن بيل توصل إلى اختباره الشهير لأنه أراد العثور على خلل في ميكانيكا الكم البوهرية. وكذلك فعل أول شخص أجرى الاختبار تجريبيًا، وهو جون كلاوزر، الذي كان يعمل مع ستيوارت فريدمان في جامعة كاليفورنيا في بيركلي. ومع ذلك، فإن هذه التجربة، والعديد من التجارب الأخرى التي تم إجراؤها لاحقًا، دعمت بلا كلل ميكانيكا الكم وحدها واستبعدت أي متغيرات مخفية - على الأقل تلك التي تنطبق محليا لتعيين خصائص ثابتة لكل جسيم في موضع معين قبل القياس. (وهذا لا يعني أن بور على حق، على الرغم من أنه يبدو من المستحيل تقريبًا إنقاذ موقف أينشتاين). يقدم الكتاب وصفًا رائعًا لتجدد الاهتمام بالأسس الكمومية التي أعقبت عمل بيل وكلوزر، بما في ذلك على وجه الخصوص زميل كلاوزر 2022. الحائزان على جائزة نوبل أنطون زيلينجر وآلان أسبكت. وبعيدًا عن كونها فلسفة فارغة، فإن مثل هذه الدراسات تدعم الآن تقنيات مثل الحوسبة الكمومية والتشفير الكمي.
الدراما الكمومية يروي قصة معقدة مع طاقم عمل ضخم. وبينما يطلب المؤلفون أحيانًا الكثير من قرائهم، إلا أنني لم أقرأ أبدًا رواية أفضل: متوازنة وموثوقة ومليئة بالذكاء الأنيق. في وصف رحلة إلى اليابان قام بها العديد من رواد الكم الأوائل، يصف هايلبرون وباجوت كيف أنه أثناء السير بجوار معبد "تسلقها هايزنبرج تلقائيًا، ووقف على قمته (العرض ∆q) على قدم واحدة في مهب الريح، لقد حافظ بسعادة على حالة من عدم اليقين ∆p صغيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تطيح به.
هذا الكتاب لن يكون كل شيء لجميع الناس. كما هو الحال مع كتاب هايلبرون السابق نيلز بور: مقدمة قصيرة جدًا، فإن وصفه لذرة بور تقني للغاية لدرجة أنه لا يمكن اختراقه إلا من قبل الجميع باستثناء المتخصصين، مما يخلق عقبة هائلة في وقت مبكر جدًا من الكتاب. وهناك مناسبات أخرى، كما هو الحال في أوصاف اختبارات بيل، حيث يتوق المرء إلى ملخص بليغ للمعنى النوعي بين التفاصيل. في بعض الأحيان يُلقى على القارئ سلسلة من التعليقات من الخبراء دون الإشارة إلى كيفية التعامل مع تناقضاتهم.
ولكن إذا كان هذا يجعل الكتاب صعبًا في بعض الأحيان بالنسبة للقارئ العام، فإن مكافأة المثابرة كبيرة. باعتباري مؤلفًا لكتاب مشهور عن ميكانيكا الكم، فإنني أتردد في اقتراح ترك مثل هذه الجهود جانبًا لصالح هذا الكتاب الأكثر أهمية - لكنني بالتأكيد أوصي بالتعامل مع كل هذه الروايات بحذر حتى تقرأ هذا الكتاب.
- 2024 مطبعة جامعة أكسفورد 352pp £ 25hb
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/entangled-entities-bohr-einstein-and-the-battle-over-quantum-fundamentals/
