23_All_Tag

ميكانيكاالكم"وقطةشرودنغر" قطةشرودنغروميكانيكاالكم يمانالشريف كونٌتنعدمبهجميعمظاهرالسكينة,ومامنشيءمستقربه,فكلٌّيمضيفيحركةدؤوبةبلاتوقف,ابتداءمنأصغرالكائناتإلىأعظمالأجرامالسماويةالجميعيسيروفقأنماطحركيةمشتركة,تحكمهامعادلاترياضيةدقيقة,ولطالماكانوصفطبيعةحركةالأجسامإحدىالأولوياتالتيشغلتقدماءالإغريقوغيرهمممنحاولوافهمآليةعملالكون فنجدأنأحدالتفسيراتاليونانيةالقديمةالتيتعللسببسقوطالسهمبعدانطلاقهمنوترالقوس,يقولإنّالسهميصيبهالإعياءوالكللمعمرورالوقت,فلايكونبمقدورهمواصلةالتحليق,ومعأنهذاالتفسيرأصبحاليومشاذاوبعيداكلالبعدعنالحقيقة,نجدأنثمةمحاولاتكانتتشقطريقهافيتبريرحركةالأجسام وبلاشك,فإنالمهمةلمتكنيسيرةعلىالإطلاق,فالأجساملاتتحركفيبُعدواحدفقطولاحتىفياثنين,بلفيثلاثةأبعادمقرونةبالزمن,فتكتملبذلكالأبعادالأربعةالتيصاغهالناالعالمالشاب"إسحاقنيوتن" ولاتتوقفصعوبةتمثيلالحركةرياضياعندهذاالحد,فالأجساملاتتحركبسرعةثابتةولافياستقامةواحدةدوما,بلهناكتغيرإمافيالمقدارأوالاتجاه,ولتجاوزهذهالعقباتولفكطلاسمها,استطاع"نيوتن"وضعأحدأعظمالأعمالالعلميةفيالتاريخالبشريفيالقرنالـ17,مؤسسابذلكفرعارياضياجديدايُعرفبـالتفاضلوالتكامل ميكانيكاالكمحيثتتعطلقوانينالحركةالكلاسيكية كانتمعادلات"نيوتن"للحركة-سواءبوجودمحصلةقوىمؤثرةأوبعدمها-تتنبأبمستقبلمسارالأجسام(Trajectories)بشكلدقيقجدا,ولاسيماالأجسامالسماويةفيأثناءحركتهاحولبعضها,أوبمعنىأصححولمركزالثقل لقدبداالكونفيحالثبوتواستقرارأكثرمنأيوقتٍمضىفيوصفحركةالأجسام,وهومادفععالمالرياضياتالفرنسي"بييرسيمونلابلاس"فيبدايةالقرنالـ19إلىوضعفرضيتهالشهيرةبمسماهاالمجازي"شيطانلابلاس""sDemon),وتشيرإلىأنّأحدالواستطاعمعرفة"موقع"و"زخم"كلّذرةفيالكونعلىنحودقيق,سيخوللهذلكمعرفةماضيومستقبلالكونفيأيوقتمعين,بالاستعانةبالقوانينالكلاسيكيةفقط,وهومايتبناهأصحابمذهب"الحتمية")فيالعلوم1 إسحاقنيوتن,صاحبالفضلفيتطويررياضياتالتفاضلوالتكامل وهومابداأنهكانحلمافيمامضىيُسعىإليه,لكنالثورةالعلميةاللاحقةالتيظهرتفيبدايةالقرنالـ20قلبتالطاولةرأساعلىعقب,فعندالحديثعنأدقجزءأومُكونللمادة,يدفعناذلكللغوصإلىأدقنقطةممكنة,بمعنىآخرأننبحثفيمستوياتتتجاوزالنانومتر,حيثتتعطلقوانينالحركةالكلاسيكيةعنالعمل,ويبدأالكونيتصرفعلىنحوغريب فيهذهالنقطة,سنصلإلىأقصىتفصيللكيانأيمادة,ويطلقعليهالعلماءوحداتالـ"كوانتا"),وتظهربهاجلياظروف"عدمالحتمية",علىعكسماسبقفيالفيزياءالكلاسيكيةالقادرةعلىالتنبؤ,وعليهاحتاجالعلماءإلىابتكارمنظومةمعادلاترياضيةجديدةلوصفهذاالكونالغريب,فنشأبذلكفرعجديدمنالعلوم,ألاوهوميكانيكاالكم "إذاكنتتظنأنكتفهمميكانيكاالكم,فهذايعنيأنكلاتفهمها" إنهذاالعلم-الذيظهرعلىأيديعلماءمنهم"ماكسبلانك"و"نيلزبور"و"إرفينشرودينغر"-باتنداقويالنظرياتالنسبيةالعامةللعالمالألمانيالشهير"ألبرتأينشتاين",وهولايختلفعننظيره"نيوتن"فيطموحهلوضعإطارمحكموكاملللكونبإمكانيةالتنبؤبه,كماأنالخوضفيغمارهذاالمجاللميكنخيارايسيرالدىالعلماء,بلتطلبالأمرأعظمالعقولبراعةوعبقريةأكثرمنأيوقتمضى فنحنهنانتحدثعنعالمغيرمرئي,يفتقدلخصائصالحتميةكماهوالحالفيفيزياء"نيوتن",فسِمة"عدمالحتمية"هيعباءةميكانيكاالكم,فعلىسبيلالمثال,عندالحديثعنالجسيماتمادونالذريةكالإلكترونات,يصعبعليناتحديدوضبطموقعهاحولالنواةقبلمراقبتها,ولايمكنناالتنبؤبموقعهامستقبلا,بلكلمايمكنقولهإنّهناكاحتمالامعيناأنيكونالإلكترونفيالموقع"أ"أو"ب"أوغيره,وهومايُعرفبخاصية"التراكبالكمومي")للإلكترون,بوجودهفيأكثرمنموقعفيذاتاللحظة تجربةالشقالمزدوج,حيثتأخذالإلكتروناتالصفةالموجيةعندمرورهابالشقين ومثالذلكالتجربةالشهيرة"تجربةالشقالمزدوج"للعالمالبريطاني"توماسيونغ"فيعام1801,وقدكانيهدفبهذهالتجربةإلىإثباتأنّللضوءخصائصمزدوجةموجيةوجُسيميةلكنفيذاتالحينبرهنتتجربته-بطريقةغيرمباشرة-علىخاصيةالتراكبالكموميللفوتون,وينطبقعلىالفوتونماينطبقعلىالإلكترونوبقيةالجسيماتمادونالذرية2 وعلىضوءماسبق,نستحضرمقولةتُنسبلعالمالفيزياءالأمريكي"ريتشاردفيمان",قالهاأثناءتقديمإحدىمحاضراته:إذاكنتتظنأنكتفهمميكانيكاالكم,فهذايعنيأنكلاتفهمميكانيكاالكم ميكانيكاالكموتجاربالمادةوالطاقةبدايةمتعثرة عانتميكانيكاالكمفيبدايةظهورها,لاسيمافيالعقودالثلاثةالأولى,فلمتكنهناكتجاربملموسةكثيرةيمكناستنباطمعادلاترياضيةمنها,لكنّعلماءمثل"ماكسبلانك"و"إرنسترذرفورد"توصلوابالتجاربإلىأنّالمادةوالطاقةلايمكنتجزئتهماإلىمالانهاية,وإنماهناكحدمتناهفيالصغرتصلإليهحافةكلّشيء وعليهوُضعتبعضالقوانينوالمبادئالتيتتناسبمعهذهالمعاييرالجديدة,ومنهذهالمفاهيمالدالةالموجية(Wavefunction)بدلامنحسابالمركزوالزخم,ومبدأالريبةأوعدماليقين(UncertaintyPrinciple),بدلامنالخصائصالفرديةللجسيمات3 معادلةمبدأعدماليقينلهايزنبيرغ وقدبداأنهذهالمسلماتتحلجزءاكبيرامماتواجههالمسائلالمتعلقةبميكانيكاالكم,ليسهذافحسب,بلإنهااستُخدمتعلىنطاقواسعفيشتىمجالاتالعلوموالتقنيات,كدراسةكيفيةمرورالتياراتالكهربائيةعبر"ترانزستورات"سيليكونيةفيدوائرالحاسوب,أوالعلاقةبينشكلالجزيءوتأثيرهعلىامتصاصالضوء4 ولميقفالأمرعندهذاالحد,فمساحةالتجاربالتخيليةتشغلحيزاكبيرافيمثلهذهالمجالاتالعلميةالتييصعبتطبيقهاعلىأرضالواقع,لغيابالإمكانياتولصعوبتهاالبالغةومنروادهذاالمجالعالمالفيزياءالنمساوي"إرفينشرودينغر"الحائزعلىجائزةنوبلفيعام1933,الذيأرهقتفكيرهوتفكيرنابطرحتجربةتجسدإحدىركائزفيزياءالكم,ألاوهيتجربة"قطةشرودينغر" "قطةشرودينغر" قبلالخوضفيالتفاصيل,عليناالتنويهأنّمايحدثهناهوتجريدمنالواقعفيعالمافتراضيبحت,ولاينبغيالقيامبهذهالتجربةعلىأرضالواقعبأيشكلمنالأشكال تُمثلتجربة"شرودينغر"الخياليةمعضلةحقيقيةعندتطبيققوانينفيزياءالكمعلىمعاييرأكبرمنالحيزالذيتشغلهبطريقةغيرمباشرة,بمعنىآخر,أننافيفيزياءالكمندركمبدأ"التراكبالكمومي"للجسيماتمادونالذرية,أيأنهاتمتلكأكثرمنخاصيةوموقعفيذاتالوقت,وإذامارُبطتحالةهذهالجسيماتبأجساممرئيةأكبر,فإنناسنحصلعلىشيءيشبههذهالتجربة قطةشرودنغر,محاكاةلتفسيركوبنهاغن تقولالتجربةإننابحاجةإلىوضعقطةبداخلصندوقغيرشفافمغلقبإحكاملمدةساعةعلىالأقل,ولانستطيعأننعرفمايجريبداخلهبالإضافةإلىعلبةبهاموادمشعة,وعداد"غايغر"لكشفالجسيماتالمشعة),ومطرقة,وعلبةزجاجيةقابلةللكسر,بهاغازسام عندتطبيقالتجربةنختارموادمشعةوفقمعاييرنا,بحيثتكونهناكاحتماليةبنسبة50%منصدورجسيمذريمُشعواحدفقطفيظرفزمنيمدتهساعة,ثميقومعداد"غايغر"الكاشفللجسيماتالمشعةفوركشفهللجسيمالذري,بإرسالإشارةللمطرقة,لتكسرعلبةالغازالسامة,فتموتالقطة والآنعندفتحالصندوق,سيكونهناكاحتمالان,إماأنالقطةميتةأوحيّة,وذلكاعتماداعلىالنتيجةالنهائيةممارصدتهأعينناعلىأيحال,إذاماتمعنافيالأمرقبلفتحالصندوق,فإنناسنجدأنّالقطةحيةوميتةفيالوقتذاتهوهذهالمعضلةهيخلاصةومبتغى"شرودينغر"منهذهالتجربة "تفسيركوبنهاغن"إبطالأشهرالمفاهيمفيميكانيكاالكم لقدأراد"شرودينغر"فيتجربتهأنيبرهنعلىمدىسُخفمايفضيإليه"تفسيركوبنهاغن",وهوأشهرالمفاهيمفيعالمفيزياءالكم,وأكثرهااعتمادافيالمناهجالأكاديمية,ويشيرإلىاحتماليةوجودذرةواحدةفيمكانينمختلفين,ولايمكنناالتحققمنذلكإلاإذاقمنابمراقبةمباشرة علىسبيلالمثال,إحدىذراتالألمونيومفيجهازكالحاسوبيمكنأنتكونعلىسطحالقمرالآن,لكناحتماليةوجودهاعلىمكتبكهيأعلىبكثير,وعلىهذاالنحوفلايمكنكالجزمبموقعأيذرةحتىتتأكدمنرؤيتهاأومراقبتهامباشرة,وهذامايشيرإليه"تفسيركوبنهاغن":أنّالذرةموجودةوغيرموجودةفيالوقتذاته لقدكانتحيلةذكيةمنقبلالعالم"شرودينغر"أنيطرحتجربة-أوبالأحرىمعضلة-كهذه,لتفنيد"تفسيركوبنهاغن"إذاماطُبقتعلىأجسامأكبرممادونالذرية,مثل"قطةشرودينغر"5 تلعبهذهالتجربةدورامهمااليوملدىالباحثينوالمختصين,فتحثهمعلىالتحققمننقاطالضعفوالقوةالموجودةفيتصوراتنااتجاهفيزياءالكمكماأنّتجربةالقطةبحدذاتهاذاتجمهورغفيراليوم,بغضالنظرعنمدىاستيعابهمللتجربة,فـ"قطةشرودينغر"باتتإحدىأيقوناتهذاالعصر المصادر: [1]محرروالموقع(التاريخغيرمعروف)شيطانلابلاستمالاستردادمن:https://www.stsci.edu/~lbradley/ [2]موراي,أندرو(2020)شقمزدوجمعذراتمفردةتمالاستردادمن:https://physicsworld.com/a/double-slits-with-single/ [3]سيجل,إيثان(2019)هذاهوالسببفيأننظريةالمجالالكميهيأكثرجوهريةمنميكانيكاالكمتمالاستردادمن:https://www.forbes.com/sites/sta [4]بول,فيليب(2013)هلسنفهميومامانظريةالكم؟تمالاستردادمن:https://www.bbc.com/future/artic [5]محرروالموقع(2021)تجربةشرودنجرببساطةتمالاستردادمن:https://astronimate.com/schroedingers-cat-experi/