هل الحقيقة موجودة عندما لا نبحث؟
يضع التفسير القياسي لميكانيكا الكم الكثير من التركيز على فعل القياس. قبل القياس ، توجد أنظمة الكم في العديد من الحالات في وقت واحد. بعد القياس ، “ينهار” النظام إلى قيمة محددة ، لذلك من الطبيعي أن نسأل عما يحدث بالفعل عندما لا يتم إجراء القياسات. لا توجد إجابة واضحة ، ويمكن للأفكار المختلفة أن تسير في بعض الاتجاهات الجامحة حقًا.
أحد الدروس الأولى التي تعلمها الفيزيائيون عندما بدأوا في فحص الأنظمة دون الذرية في أوائل القرن العشرين هو أننا لا نعيش في كون حتمي. بمعنى آخر ، لا يمكننا التنبؤ بدقة بنتيجة كل تجربة.
على سبيل المثال ، إذا قمت بإطلاق شعاع من الإلكترونات عبر a حقل مغناطيسي، سينحني نصف الإلكترونات في اتجاه واحد بينما سينحني النصف الآخر في الاتجاه المعاكس. بينما يمكننا بناء أوصاف رياضية للمكان الذي تتجه إليه الإلكترونات كمجموعة ، لا يمكننا تحديد الاتجاه الذي سيتخذه كل إلكترون حتى نجري التجربة بالفعل.
في ميكانيكا الكم، يُعرف هذا باسم التراكب. بالنسبة لأي تجربة يمكن أن تؤدي إلى العديد من النتائج العشوائية ، قبل إجراء القياس ، يُقال أن النظام في حالة تراكب لجميع الحالات الممكنة في وقت واحد. عندما نجري القياس ، “ينهار” النظام في حالة واحدة نلاحظها.
أدوات ميكانيكا الكم موجودة لفهم هذه الفوضى. بدلاً من إعطاء تنبؤات دقيقة حول كيفية تطور النظام ، تخبرنا ميكانيكا الكم كيف سيتطور التراكب (الذي يمثل جميع النتائج المختلفة). عندما نجري قياسًا ، تخبرنا ميكانيكا الكم باحتمالات الحصول على نتيجة على أخرى.
وهذا كل شيء. ميكانيكا الكم القياسية صامتة فيما يتعلق بكيفية عمل هذا التراكب في الواقع وكيف يؤدي القياس مهمة انهيار التراكب إلى نتيجة واحدة.
قطة شرودنغر
إذا أخذنا هذا الخط من التفكير إلى نهايته المنطقية ، فإن القياس هو أهم عمل في الكون. إنه يحول الاحتمالات الغامضة إلى نتائج ملموسة ويغير نظامًا كميًا غريبًا إلى نتائج يمكن التحقق منها يمكننا تفسيرها بحواسنا.
لكن ماذا يعني ذلك للأنظمة الكمومية عندما لا نقوم بقياسها؟ كيف يبدو الكون حقا؟ هل كل شيء موجود ولكننا ببساطة غير مدركين له ، أم أنه ليس له حالة محددة حتى يتم القياس؟
ومن المفارقات ، أن إروين شرودنجر ، أحد مؤسسي نظرية الكم (إنها معادلته التي تخبرنا كيف سيتطور التراكب بمرور الوقت) ، انتقد هذا الخط من التفكير. طور تجربته الفكرية الشهيرة cat-in-a-box ، والمعروفة الآن باسم قطة شرودنغرلإظهار مدى سخافة ميكانيكا الكم.
هذه نسخة مبسطة للغاية. ضع قطة (حية) في صندوق. ضع أيضًا في الصندوق نوعًا من العناصر المشعة المرتبطة بإطلاق غاز سام. لا يهم كيف تفعل ذلك ؛ النقطة المهمة هي إدخال بعض مكونات عدم اليقين الكمومي في الموقف. إذا انتظرت لفترة ، فلن تعرف على وجه اليقين ما إذا كان العنصر قد تلاشى ، لذلك لن تعرف ما إذا كان السم قد تم إطلاقه وبالتالي ما إذا كانت القطة على قيد الحياة أم ميتة.
في قراءة دقيقة لميكانيكا الكم ، القطة ليست حية ولا ميتة في هذه المرحلة ؛ إنه موجود في تراكب كمي لكل من الأحياء والأموات. فقط عندما نفتح الصندوق ، سنعرف على وجه اليقين ، وهو أيضًا فعل فتح الصندوق الذي يسمح لهذا التراكب بالانهيار ووجود القطة (فجأة) في حالة أو أخرى.
استخدم شرودنجر هذه الحجة للتعبير عن دهشته من أن هذه يمكن أن تكون نظرية متماسكة للكون. هل نعتقد حقًا أنه حتى نفتح الصندوق ، فإن القطة ليست “موجودة” حقًا – على الأقل بالمعنى الطبيعي أن الأشياء دائمًا ما تكون حية أو ميتة بالتأكيد ، وليس كلاهما في نفس الوقت؟ بالنسبة لشرودنجر ، كان هذا بعيدًا جدًا ، وتوقف عن العمل في ميكانيكا الكم بعد ذلك بوقت قصير.
فك الترابط
أحد الردود على هذه الحالة الغريبة هو الإشارة إلى أن العالم الماكروسكوبي لا يخضع لميكانيكا الكم. بعد كل شيء ، تم تطوير نظرية الكم لشرح العالم دون الذري. قبل أن تكون لدينا تجارب كشفت كيف ذرات عملت ، لم تكن هناك حاجة إلى التراكب أو الاحتمالات أو القياس أو أي شيء آخر متعلق بالكم. كان لدينا فيزياء طبيعية.
لذلك ليس من المنطقي تطبيق القواعد الكمية حيث لا تنتمي. اقترح نيلز بور ، وهو مؤسس آخر لميكانيكا الكم ، فكرة “فك الترابط” لشرح سبب امتثال الأنظمة دون الذرية لميكانيكا الكم بينما لا تتبع الأنظمة العيانية.
من وجهة النظر هذه ، فإن ما نفهمه كميكانيكا الكم صحيح وكامل للأنظمة دون الذرية. بعبارة أخرى ، أشياء مثل التراكب تحدث بالفعل للجسيمات الصغيرة. لكن شيئًا مثل قطة في صندوق هو بالتأكيد ليس نظامًا دون ذري ؛ القطة مكونة من تريليونات من الجسيمات الفردية ، كلها تهتز وتتصادم وتتدافع باستمرار.
في كل مرة يصطدم اثنان من هذه الجسيمات ببعضهما البعض ويتفاعلان ، يمكننا استخدام ميكانيكا الكم لفهم ما يجري. ولكن بمجرد دخول ألف أو مليار أو تريليونات أو تريليونات من الجسيمات إلى الخليط ، تفقد ميكانيكا الكم معناها – أو “decoheres” – وتحل محلها الفيزياء المجهرية العادية.
من وجهة النظر هذه ، يمكن أن يوجد إلكترون واحد – وليس قطة – في صندوق في تراكب غريب.
ومع ذلك ، فإن هذه القصة لها حدود. الأهم من ذلك ، ليس لدينا آلية معروفة لترجمة ميكانيكا الكم إلى فيزياء عيانية ، ولا يمكننا الإشارة إلى مقياس معين أو موقف يحدث فيه التبديل. لذلك ، على الرغم من أنه يبدو جيدًا على الورق ، إلا أن نموذج فك الترابط هذا لا يتمتع بالكثير من الدعم القوي.
فهل يوجد الواقع عندما لا نبحث؟ الجواب النهائي هو أنه يبدو أنه مسألة تفسير.
