Quantum Mechanics Explained in Ridiculously Simple Words

الأشياء عادة ما تكون مباشرة ومنطقية. السيارة إما في حالة راحة أو متحركة الاستريو إما في وضع التشغيل أو الإيقاف القط إما ميت أو على قيد الحياة - حالة أو أخرى. لا يوجد حل وسط أو مجموعة من الدول. ومع ذلك لا يمكن قول الشيء نفسه عن العالم على المستوى الأساسي - على مقياس الجسيمات الأساسية التي صنعناها. أنثات المقياس الجسيم لا يوجد في حالة أو أخرى ولكن في عدد من الحالات كلها مرة واحدة. وكما أوضح شرودنجر فإن القطة (من العالم الأساسي) لن تكون ميتة أو حية. سيكون موجودًا بين الدولتين حيًا وماتًا. هذا كما دعا التراكب حيث يوجد الجسيم في مجموعة من الحالات. غريب صحيح؟ لكن هذا هو عالم غريب يسمى عالم الكم تحكمه فيزياء الكم. لقد أصبح موضوعًا شائعًا جدًا في السنوات الأخيرة ويذهب الجزء الأكبر من الفضل إلى الخيال العلمي. من المؤكد أن نظريات الأكوان البديلة والسفر عبر الزمن تبقينا مستمتعين ولكن ما هو هذا الموضوع بالضبط الذي يغذي عالم الخيال العلمي بهذا القدر الكبير من المحتوى؟ ما هي فيزياء الكم؟ "الكم" هي كلمة لاتينية تعني حرفيًا "مقدار" لكنها تُستخدم للتحدث عن الحد الأدنى لمقدار كيان مادي ما. بشكل مناسب نستخدمها لتمثيل الجسيمات الأولية التي هي الأساسيات أو "الحد الأدنى" لهذا العالم الكبير جدًا. إذن فيزياء الكم تتعامل مع أسس عالمنا - الإلكترونات في الذرة والبروتونات داخل النواة والكواركات التي تبني تلك البروتونات والفوتونات التي نعتبرها ضوءًا. هذه تشكل كل ما نتكون منه سواء كانت مادة أو طاقة. هذا يبدو بسيطًا جدًا أليس كذلك؟ فكيف تختلف عن الفيزياء العادية؟ الفيزياء "العادية" هي الفيزياء التي تتعامل مع قوانين نيوتن للحركة والميكانيكا المرتبطة بها. وهذا ما يسمى رسميًا بالفيزياء الكلاسيكية. هذه هي فيزياء حياتنا اليومية - دحرجة الكرات ودوران الأرض وميكانيكا المحركات. ومع ذلك إذا كانت الفيزياء الكلاسيكية واسعة النطاق فلماذا كانت غير كافية؟ يجب أن نعود بالزمن إلى القرن العشرين لنشهد ولادة فيزياء الكم. كان هذا وقتًا كان العلماء فيه لا يزالون غير قادرين على فهم ملاحظات التأثير الكهروضوئي. ببساطة التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة يصطدم فيها الضوء بالمعدن مما يؤدي إلى سقوط الإلكترونات. وفقًا للفيزياء "العادية" يجب أن تبدأ الإلكترونات في الهروب من المعدن عندما يتجاوز سطوع الضوء حدًا كافيًا. ومع ذلك في الواقع كان لون الضوء هو الذي يحدد ما إذا كانت الإلكترونات ستصدر أم لا. كان هذا عندما تحول ألبرت أينشتاين إلى معادلة ماكس بلانك. نصت معادلة بلانك على أن الموجات الضوئية تحمل الطاقة في حزم صغيرة تسمى "كوانتا". أوضح هذا كيف أن لكل لون ضوء كمية معينة من الطاقة مرتبطة بطول موجته. هذه الطاقة بدورها كانت مسؤولة عن سقوط الإلكترونات. استخدم أينشتاين معادلة بلانك لاقتراح أن الضوء لا يعمل كموجة فحسب بل يعمل أيضًا كجسيم وهو جسيم سُمي لاحقًا بالفوتون. منذ ذلك الحين أدرك الفيزيائيون أن الفيزياء العادية لم تكن ببساطة كافية لفهم العالم المجهري. لقد أطلقوا على هذه الفيزياء "العادية" الفيزياء الكلاسيكية وفيزياء الماضي وفرع آخر من الفيزياء يتعامل مع العالم الأساسي باسم "فيزياء الكم". لذلك يسمى هذا العالم الآن "العالم الكمي". لنكن صادقين أدمغتنا صُنعت من أجل هذا العالم العياني حيث يمكنهم فهم قيادة السيارة على الطريق أو ميكانيكا القلم لكنهم غير قادرين على فهم عالم الكم في البداية. على سبيل المثال تخيل أنك تقف أمام جدار ضخم وتريد الوصول إلى الجانب الآخر. هذا الجدار محاط بالتماسيح القاتلة لذا فإن خيارك الوحيد هو إما تسلقه أو إحداث ثقب من خلاله. ومع ذلك إذا لم يكن لديك ما يكفي من الطاقة للقيام بأي منهما فلن تتمكن من الوصول إلى الجانب الآخر أليس كذلك؟ حسنًا هذه هي الطريقة التي يعمل بها العالم العياني. ولكن في عالم الكم لا يزال بإمكان الجسيم المرور عبر حاجز الطاقة هذا بدون طاقة كافية. هذه القدرة تسمى نفق الكم. هذه الظاهرة مسؤولة عن الاندماج النووي الذي يغذي إنتاج الطاقة للنجوم. بقدر ما قد تبدو فيزياء الكم معقدة للبعض فإنها تحظى بحب خاص من الثقافة الشعبية. قد ترى في كثير من الأحيان التمثيل الدرامي لظواهر كمية غير عادية تم تصويرها في عالمنا الماكروسكوبي من خلال الأفلام والبرامج التلفزيونية. خذ على سبيل المثال عالم Marvel. تشتهر أفلام Marvel باستخدامها المكثف لـ "فيزياء الكم" على الأقل الكلمات إن لم تكن الفيزياء الفعلية! على الرغم من أن معظمها عبارة عن خيال يتم وصفه على أنه فيزياء الكم إلا أن هناك بعض المشاهد التي تستند إلى المفاهيم النظرية. واحدة من هذه هي "الحقائق المتعددة" للدكتور سترينج. أولاً دعنا نفهم فيزياء الكم التي تقوم عليها. هذا الموضوع يتعامل مع الجسيمات من حيث الاحتمالات. على سبيل المثال أثناء الحديث عن موضع الإلكترون قد يقول الفيزيائي "من المرجح أن يوجد الإلكترون في هذا النطاق من الطول لنقل ما بين 1 إلى 3 وحدات." ومع ذلك يمكن تفسير الشيء نفسه على أنه إلكترونات موجودة في حقائق مختلفة في مواقع مختلفة في النطاق المحتمل. لذلك يمكن أن توجد عند وحدتين في واقع واحد بينما في 3 في واقع آخر أو أي رقم آخر محتمل بين النطاق الأكثر احتمالية. باختصار هناك العديد من الحقائق التي تغطي كل موضع محتمل للجسيم. انظر الرياضيات وآثارها مرة أخرى! إن التكبير الهائل لهذا المفهوم هو ما نراه في الحقائق المتعددة للدكتور سترينج. كل احتمال لواقع هو كون منفصل في حد ذاته هناك مما يسمح بوجود أكوان متعددة. استخدام آخر مشهور جدًا لهذا المفهوم في الفيلم المحبوب "نهاية اللعبة" وتحديدًا فكرته عن السفر عبر الزمن. يتفهم الفيلم أننا إذا غيرنا الماضي فسيتغير المستقبل أيضًا. لذا إذا رجعوا بالزمن إلى الوراء وقتلوا ثانوس فمن الذي سيحدث نهاية العالم ولماذا يسافر شخص ما في الوقت المناسب لقتله بعد ذلك؟ هذه القضية تسمى مفارقة الجد. قدم ديفيد دويتش حلاً لهذه المفارقة. نعم هذا "ديفيد دويتش" ذكره توني ستارك في الفيلم. قال دويتش إن الطريقة الوحيدة لإزالة هذا التناقض هي إذا تحدثنا عن الأحداث من حيث الاحتمالات بنفس الطريقة التي نتحدث بها عن الجسيمات. بعبارة أخرى تغيير الماضي له احتمالية معينة بحدوثه فقط. هذا يعني أنهم قد لا يكونوا قادرين حتى على قتل ثانوس في الماضي من الناحية الاحتمالية! لتفادي هذه المفارقة كان الشيء الذكي الذي فعلوه هو العودة وإحضار جميع أحجار إنفينيتي قبل تدميرها. إعادتها في نفس الوقت من شأنه تجنب أي تغيير بسبب فقدان الأحجار. يجب على المرء أن يعترف أنه كان بالفعل إصلاحًا ذكيًا! من المؤكد أن فيزياء الكم غذت الكثير من الخيال للجماهير العامة لكنها أصبحت أيضًا مجالًا ضروريًا للمعرفة. لقد استوعبت نفسها في مجالات أخرى من العلم وما زالت تتوسع. على سبيل المثال تهدف أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى القيام بمهام معقدة للغاية بالنسبة للكمبيوتر الكلاسيكي. هناك تركيز كبير على بناء نظام اتصال أفضل باستخدام فيزياء الكم من أجل سلامة وخصوصية أفضل. كان إنتاج الطاقة عبر مفاعل نووي ممكنًا فقط بسبب دراسة الانشطار النووي عبر فيزياء الكم. كما أنها متأصلة بعمق في موضوع الفيزياء الفلكية. بعد كل شيء فإن أفضل طريقة للإجابة على أسئلة الكون هي إذا فهمنا لبنات بنائه الأساسية. بغض النظر عما إذا كنا نفهم هذا الموضوع تمامًا أم لا فمن المؤكد أنه يزداد أهمية. مع المزيد من الحديث عن فيزياء الكم فمن الآمن القول إنها ستصبح قريبًا جزءًا لا يتجزأ من حياتنا.