تعتبر ميكانيكا الكم من أقوى النظريات التي ابتكرها الفيزيائيون وأكثرها إرباكًا على الإطلاق. فمن ناحية، أكدت تجارب لا تعد ولا تحصى توقعاتها؛ تدعم النظرية التكنولوجيا الحديثة وتمكن الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها كل يوم. ومن ناحية أخرى، تصف ميكانيكا الكم حقيقة أساسية تتعارض تمامًا مع العالم الذي ندركه. في عالم الكم، يوجد جسيم واحد في العديد من الأماكن في وقت واحد، على الأقل بينما لا ينظر إليه أحد. وتسمح النظرية أيضًا بوجود ترابط لا يمكن تفسيره: زوج من الذرات، بغض النظر عن مدى تباعدها، يمكن أن يكون “متشابكًا”، بحيث أن أي شيء يحدث لإحدى الذرات يؤثر بشكل فوري على الأخرى. أطلق ألبرت أينشتاين على هذه الظاهرة اسم “العمل الشبحي عن بعد”.
لقد حددت هذه المفارقات النظرية أو ابتليت بها منذ بدايتها قبل أكثر من قرن من الزمان. حتى يومنا هذا، لا يزال الفيزيائيون غير متفقين على ما تخبرنا به ميكانيكا الكم عن طبيعة الواقع. هل هناك أكوان متعددة؟ هل الأشياء تأتي إلى الوجود فقط عندما يتم ملاحظتها؟ هل الوعي مركزي بطريقة أو بأخرى في قوانين الفيزياء؟ وماذا لو كان من الممكن حل كل هذه الألغاز عند ولادة ميكانيكا الكم؟
. هذه هي الحالة التي ذكرها الفيزيائي أنتوني فالنتيني، الفيزيائي في إمبريال كوليدج لندن، في كتابه الجديد ما وراء الكم: البحث عن الأصل والمعنى الخفي لميكانيكا الكم (مطبعة جامعة أكسفورد، 2026).
حول دعم الصحافة العلمية
إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.
يقول فالنتيني إن لويس دي برولي، الفيزيائي الفرنسي والحائز على جائزة نوبل، طوَّر إطارًا لميكانيكا الكم قضى على مفارقاتها منذ حوالي 100 عام. في نظرية الموجة التجريبية، كما تُعرف من بنات أفكار دي برولي، يتم توجيه الجسيمات بواسطة الموجات المصاحبة. الجسيمات نفسها تكون دائمًا في موضع واحد وموضع واحد فقط؛ إن الموجة التجريبية الممتدة مكانيًا هي التي تخلق الانطباع بأن الجسيم موجود هنا في نفس الوقت و هناك. ليست هناك حاجة لمراقب لاستحضار هذا الجسيم إلى الوجود. على الرغم من أن تخمين دي برولي في عام 1924 حول الطبيعة الموجية للمادة قد تم تأكيده بسرعة من خلال التجربة وأصبح جزءًا لا يتجزأ من نظرية الكم، إلا أن مجتمع الفيزياء استبعد أو أساء تمثيل الأفكار الأكبر التي استمد منها أفكاره الرئيسية.
لقد أمضى فالنتيني حياته المهنية بأكملها في الدفاع عن آراء دي برولي وتوسيع نطاقها. لقد تحدث مؤخرًا إلى العلمية الأمريكية حول طريقه الوحيد ولماذا قد يكون دي بروجلي على وشك تحقيق شيء ما.
(وفيما يلي نسخة منقحة من المقابلة.)
في تاريخ العلم، هل كان هناك موقف آخر مثل هذا، حيث كانت هناك وجهات نظر متباينة إلى حد كبير حول ما تعنيه النظرية؟
لست متأكدا من وجود. وإذا رجعت إلى زمن (إسحاق) نيوتن، فقد كان يعتقد أن الفضاء فارغ وأن هناك حركة جاذبية مباشرة على مسافة. وفي القارة، كان هناك الديكارتيون (أتباع عالم الرياضيات والفيلسوف رينيه ديكارت)، الذين اعتقدوا: “أوه لا، الفضاء مليء بهذا الوسط المادي، وهذا ما يفسر الجاذبية”. لكن (النقاش) لم يدم كل هذا الوقت. بالتأكيد، في الحالة الكمومية، التنوع الهائل في التفسيرات التي تقول أشياء مختلفة تمامًا عن العالم – أعتقد أنه رهان آمن جدًا أنه لا يوجد نظير في تاريخ العلم.
أحد أكثر الأشياء إثارة للدهشة في الفيزياء الحديثة هو الانقسام الصارخ بين العالمين العياني والعالم الكمي، حيث يبدو أن كل منهما محكوم بقوانين فيزيائية مختلفة تمامًا. أنت تشبّه هذا بالطريقة التي قام بها علماء الفلك في العصور الوسطى بتقسيم الكون إلى مناطق أرضية وسماوية.
أعتقد أنه تشبيه مفيد وصحيح، فكرة وجود عالم سماوي لم نتمكن من فهمه؛ أي شيء فوق القمر وما بعده كان أبديًا وغير متغير، ومختلف تمامًا عن العالم تحت القمر، الذي كان مصنوعًا من مادة عادية غير كاملة كانت تتغير دائمًا. إنه تمييز يعود إلى أرسطو. إن التشابه مع ميكانيكا الكم أمر غير عادي، حيث أن النظام الكمي هو شيء لا تستطيع عقولنا فهمه. لا يمكننا أن نفهم إلا العيانية.
طور الفيزيائي النمساوي إرفين شرودنغر المعادلة الموجية لنظرية الكم، الذي يصف الأنظمة الكمومية بأنها موجات تتطور مع مرور الوقت. ما الدور الذي لعبته هذه المعادلة في ما يسمى بمشكلة القياس: إذا كان الجسيم موجودًا في أماكن مختلفة في وقت واحد، فلماذا تجد القياسات أي جسيم معين في مكان واحد فقط؟
ابتكر شرودنغر مشكلة القياس عن طريق إزالة الجسيمات من نظرية دي برولي. رياضيًا، (الموجة الكمومية) هي تراكب للعديد من المواضع المختلفة: يمكن للجسيم أن يكون هنا وهنا وهنا؛ يمكن أن يكون في أي مكان. يمكن أن يكون لديك تراكب قطة حية وقطة ميتة، أو تراكب طاقات مختلفة. كلهم مجرد اختلافات مختلفة حول نفس الموضوع. تحتوي معادلة الموجة على جميع المواضع الممكنة. كيف يمكنك إذًا تفسير أننا نرى هذا الجسم الصغير الذي يشبه النقطة إذا كان الواقع الوحيد هو موجة ممتدة؟
وقد تم التعرف على هذا اللغز في وقت مبكر من تطور نظرية الكم.
وهنا يكتب فولفجانج باولي إلى نيلز بور عام 1927: “في العدد الأخير من مجلة جورنال دي فيزيك، لقد ظهرت ورقة بحثية لدو برولي…. وهي غنية جدًا بالأفكار وحادة جدًا، وعلى مستوى أعلى بكثير من الأوراق الطفولية لشرودنجر، الذي لا يزال يعتقد حتى اليوم أنه يمكنه… إلغاء النقاط المادية.» ولأن شرودنجر أزال (الجزيئات من معادلته)، فقد انتهى بنا الأمر إلى عقود من الارتباك.
لماذا تعتقد أن نظرية دي برولي تم وضعها جانبا وإهمالها؟
لست متأكدًا من وجود إجابة واحدة بسيطة. ربما يكون مزيجًا من الأسباب.
في عام 1923، طور دي برولي نظرية جديدة للحركة. لقد كانت قطيعة تامة، ومختلفة تمامًا عن الفيزياء النيوتونية أو حتى الفيزياء الأينشتاينية. ومع ذلك فقد مر هذا على الناس تمامًا. الشيء الوحيد الذي دخل الوعي الجماعي للفيزيائيين هو أن دي برولي أظهر أن الجسيم يمكن أن يتصرف مثل الموجة.
انتشرت كلمة أطروحة دي برولي، على الرغم من أنه لم يقرأها أحد تقريبًا. فعل أينشتاين. لقد كان أينشتاين هو من نبه الناس حقًا إلى أن دي برولي قد فعل شيئًا مهمًا للغاية. لقد شجع شرودنغر على قراءته، وقد قرأه. ويبدو أن معظم الأشخاص الآخرين لم يقرأوا أبدًا أطروحة دي برولي.
ثم هناك نقطة اجتماعية مفادها أن دي برولي كان معزولًا تمامًا في باريس. كان دي برولي منعزلاً بعض الشيء. كان يعمل بشكل أساسي بنفسه. في ذلك الوقت، في عشرينيات القرن العشرين، كانت فرنسا في الحقيقة منطقة راكدة في الفيزياء النظرية. لقد كان قويًا في الفيزياء التجريبية، وقويًا في الرياضيات ولكن ليس في الفيزياء النظرية.
هل كان سعيك وراء نظرية الموجة التجريبية أمرًا وحيدًا؟ مكافأة؟ محبط؟
الجواب القصير هو كل ذلك وأكثر. هل كان وحيدا؟ لقد كان هذا الوضع الغريب. لقد حاولت حقًا إيصال النقاط الرئيسية إلى الفيزيائيين. ويبدو أنها تقع على آذان صماء. يبدو الأمر كما لو أن الناس عالقون في التكرار – نفس الحجج الخاطئة، ونفس المفاهيم التاريخية الخاطئة تدور حولها وتدور وتدور.
عندما صادفت نظرية الموجة التجريبية لأول مرة، بدت لي واضحة للغاية. يا إلهي، نظرية الموجة الطيارة من حيث المبدأ هي فيزياء أوسع؛ نظرية الكم هي حالة خاصة لشيء أكبر. تتمتع نظرية الموجة التجريبية بفيزياء جديدة ومثيرة، وربما يمكننا العثور على دليل عليها.
تصف في كتابك كيف تختلف تنبؤات نظرية الموجة التجريبية حول فيزياء المادة في بعض الحالات عن تنبؤات ميكانيكا الكم المقبولة. على وجه الخصوص، ذكرت كيف أن إشعاع الخلفية الكونية الميكروية (CMB) – وهو الإشعاع الذي نشأ أثناء الانفجار الأعظم والذي يتخلل الكون الآن – قد يدعم بعض تنبؤات نظرية الموجة التجريبية.
يعد CMB وسيلة ممتازة وواعدة، وقد قمت بالكثير من العمل في هذا الشأن مع العديد من المتعاونين. تم الإبلاغ عن حالات شاذة في الإشعاع CMB تتطابق نوعيًا مع نوع الحالات الشاذة التي تتنبأ بها نظرية الموجة التجريبية. هناك بعض التلميحات المحيرة، لكن البيانات مشوشة للغاية بحيث لا يمكن استخلاص أي استنتاجات قاطعة. ربما لن تتم تسوية هذا الأمر لمدة 10 سنوات أخرى أو نحو ذلك.
هل نظرية الموجة التجريبية صحيحة؟ هل هي نظرية دقيقة للعالم؟ لو كنت أعرف أن هذا صحيح، فلن أقوم بالبحث عنه. هناك دائمًا، في الجزء الخلفي من ذهني، فكرة أن كل هذا قد يكون خاطئًا تمامًا! أو من الممكن أن يكون الأمر صحيحًا جزئيًا. في أواخر القرن التاسع عشر، صاغ لودفيج بولتزمان (جزيئات الغاز) على شكل كرات بلياردو صغيرة، وهي كرات صلبة صغيرة ترتد حولها. لقد اتضح أن الجزيئات أكثر تعقيدًا من ذلك بكثير. ولكن لا يزال نموذجه يحتوي على الكثير من الحقيقة. قد تكون نظرية الموجة التجريبية تشبه ذلك إلى حد ما، وهي نموذج تقريبي.
التعليقات