مفارقة ويغنر: ما الذي يجب أن تعرفه عن ازدواجية الواقع؟

ميكانيكا الكم غريبة ، فهي تناقضالفطرة السليمة. أظهرت دراسة أجريت عام 2019 أن نتائج العمليات المختلفة في عالم الكم تعتمد على المراقب. مرة أخرى في الستينيات. يوجين وينر ، عالم فيزيائي أمريكي من أصل مجري ، عقد تجربة فكرية شهيرة لقط شرودنجر ، حيث يتم حبس القطة في صندوق به سم يتم إطلاقه عندما تتحلل ذرة مشعة. النشاط الإشعاعي هو عملية كمومية ، لذا تقول القصة أن الذرة الموجودة في الصندوق تتفكك ولم تتفكك في نفس الوقت ، تاركة الحيوان البائس في حالة من النسيان بين الحياة والموت - ما يسمى بالتراكب الكمي. لكن كيف تشعر أنك على قيد الحياة وميت في نفس الوقت؟

المراوغات في ميكانيكا الكم - مراقبون

مفارقة ويغنر - تجربة معقدة لقط شرودنجر. قدم Wigner فئة "الأصدقاء" حيث تظل القطة الموجودة في الصندوق على قيد الحياة.

مفارقة الكم

تخيل رجل محبوس في مختبر وقياس نظام الكم. جادل Wigner أنه من السخف أن نقول إنه موجود في حالة تراكب (لأنه يرى في نفس الوقت تحلل الذرة ولا يرى) أثناء إغلاق باب المختبر. تُظهر تجربة الفكر أن الأشياء يمكن أن تصبح غريبة جدًا إذا لاحظ مراقب المراقبين.

عالم فيزياء الكم من جامعة جريفيث فيبريسبان (أستراليا) أجرت نورا تيشلر وزملاؤها نسخة من تجربة ويغنر ، حيث جمعت بين تجربة فكرية كلاسيكية ونظرية كمية أخرى - التشابك الكمومي - وهي ظاهرة تربط الجسيمات على مسافات شاسعة. توصل الباحثون أيضًا إلى نظرية جديدة تضع أقوى القيود على الطبيعة الأساسية للواقع. نُشر العمل في مجلة Nature Physics.

تقتبس Scientific American الكلماتقال الفيزيائي النظري إفرايم شتاينبرغ من جامعة تورنتو ، والذي لم يشارك في الدراسة ، أن العمل الجديد هو "خطوة مهمة إلى الأمام في الميتافيزيقيا التجريبية".

طالما لم يتم ملاحظة النظام الكمومي ، فليس بالضرورة أن يكون له خصائص معينة.

هذا مثير للاهتمام: اكتشف الفيزيائيون كيفية إنقاذ قطة شرودنغر

احتمال الكم

حتى عشرينيات القرن الماضي ، كان علماء الفيزياء بثقةالنتائج التجريبية المتوقعة. لكن يبدو أن نظرية الكم احتمالية بطبيعتها: طالما لم يتم قياس خصائص النظام ، فيمكنها أن تمتد على عدد لا يحصى من القيم. ينهار هذا التراكب في حالة واحدة فقط عند مراقبة النظام ، ولا يستطيع الفيزيائيون التنبؤ بدقة بما ستكون عليه هذه الحالة. اعتنق Wigner وجهة النظر الشائعة في ذلك الوقت بأن الوعي يتسبب بطريقة ما في انهيار التراكب. وبالتالي ، فإن صديقه الافتراضي سيحدد النتيجة عندما يأخذ القياسات - ولن يراه فيجنر أبدًا في حالة التراكب.

منذ ذلك الحين ، أصبح هذا الرأي عتيقًا. يقول ديفيد تشالمرز ، الفيلسوف والعالم المعرفي بجامعة نيويورك: "الناس الذين يدرسون أساسيات ميكانيكا الكم يسارعون إلى رفض وجهة نظر ويغنر باعتبارها شبحية وغامضة لأنها تجعل المراقبين مميزين". يتفق معظم الفيزيائيين اليوم على أن الأجسام الجامدة يمكنها إخراج الأنظمة الكمومية من التراكب من خلال عملية تعرف باسم فك الترابط.

بالطبع يحاول الباحثون التلاعبقد تجد التراكبات الكمومية المعقدة في المختبر أن عملها الشاق يتم تدميره بسبب اصطدام جزيئات الهواء السريعة بأنظمتها. لذلك ، يختبرون في درجات حرارة شديدة القصر ويحاولون عزل الجهاز عن الاهتزازات.

اقرأ المزيد من المقالات الرائعة حول كيفية عمل كوننا على قناتنا في Yandex.Zen. هناك مقالات منشورة بانتظام ليست على الموقع.

ألاحظ أنه على مدى العقود الماضية ، ظهرتالعديد من التفسيرات المتنافسة ، وأكثرها غرابة هو وجهة نظر "العوالم المتعددة" التي تقول إنه كلما أجريت قياسًا كميًا ، يتم تدمير الواقع ، خلق أكوان متوازية. وهكذا ، ينقسم صديق Wigner إلى نسختين ويمكنه في الواقع قياس التواجد في حالة تراكب خارج المختبر.

تنص نظرية "بوم" البديلة (التي سميت على اسم الفيزيائي ديفيد بوم) على أن الأنظمة الكمومية ، على المستوى الأساسي ، لها خصائص معينة ؛ نحن ببساطة لا نعرف ما يكفي عن هذه الأنظمة للتنبؤ بدقة بسلوكها. تفسير آخر مثير للفضول يسمى العودة إلى الوراء. وفقا لها الأحداث في المستقبل تؤثر على الماضي.

المشكلة هي أن كل تفسيريكون جيدًا أو سيئًا بنفس القدر في التنبؤ بنتائج الاختبارات الكمومية ، لذا فإن الاختيار بينهما هو مسألة ذوق. لا أحد يعرف ما هو هذا الحل. لا نعرف حتى ما إذا كانت قائمة الحلول الممكنة التي لدينا تحت تصرفنا شاملة.

فيزياء الكم مثل السحر

نماذج أخرى ، تسمى نظريات الانهيار ،لا تعطي تنبؤات قابلة للاختبار. تعتمد هذه النماذج على آلية تتسبب في انهيار النظام الكمي عندما يصبح كبيرًا جدًا ، بينما تشرح في نفس الوقت لماذا القطط والبشر والأشياء العيانية الأخرى لا يمكن أن تكون في حالة تراكب. التجارب جارية للعثور على توقيعات من هذا القبيلينهار ، لكن الباحثين لم يجدوا شيئًا حتى الآن. يضع علماء فيزياء الكم أيضًا أجسامًا أكبر حجماً في حالة تراكب: في عام 2019 ، أفاد فريق في فيينا أنه كان يفعل ذلك بجزيء مكون من 2000 ذرة.

تقول معظم التفسيرات الكمية ذلكلا يوجد سبب لعدم استمرار جهود التراكب الضخمة هذه إلى الأبد ، مما يشير إلى أنه يمكن للباحثين تصميم تجارب صحيحة في بيئات معملية بدائية لتجنب فك الترابط.

ومع ذلك ، تدعي نظريات الانهيار أنه سيتم الوصول إلى الحد الأقصى في يوم من الأيام ، بغض النظر عن مدى دقة إعداد التجارب.

مراقب مراقب

تأثرت تيشلر وزملاؤها بالموجة الجديدةالعمل النظري والتجريبي الذي استكشف دور المراقب في نظرية الكم ، مما أدى إلى حدوث ارتباك في تجربة Wigner الكلاسيكية. لنفترض أنك أخذت جسيمين من الضوء أو الفوتونات مستقطبين بطريقة يمكن أن تهتز أفقياً أو رأسياً. يمكن أيضًا وضع الفوتونات في تراكب يهتز أفقياً وعموديًا في نفس الوقت ، تمامًا مثل قطة شرودنجر المتناقضة التي يمكن أن تكون حية وميتة - ولكن قبل مشاهدتها بالضبط.

بشكل عام ، يؤكد الباحثون مرة أخرى أن فيزياء الكم أقرب إلى السحر.