ما الذي يمكن أن تُعلِّمنا إياه قطة شرودنجر عن ميكانيكا الكم جوش ساماني

المترجم: Reem Alattas المدقّق: khalid marbou فكر في رمي الكرة مباشرة في الهواء. هل يمكنك التنبؤ بحركة الكرة بعد أن تترك يدك؟ بالطبع، فهذا سهل. الكرة سوف تتحرك صعودا حتى تصل إلى أعلى نقطة، ثم تعود إلى أسفل وتسقط في يدك مرة أخرى. طبعًا، هذا ما حدث، وأنت تعرف هذا لأنك شهدت مثل هذه الأحداث مرات عديدة. فقد كنت تلاحظ فيزياء الظواهر اليومية طوال حياتك. ولكن لنفترض استكشاف سؤال حول فيزياء الذرة، مثلاً، كيف تبدو حركة الإلكترون حول نواة ذرة الهيدروجين؟ هل نستطيع إجابة هذا السؤال بناء على تحربتنا مع فيزياء الأحداث اليومية؟ بالطبع لا. لماذا؟ لأن الفيزياء التي تحكم سلوك النظم في مثل هذه المقاييس الصغيرة مختلة تماما عن فيزياء الكائنات العينية التي تراها حولك في كل وقت. العالم اليومي الذي تعرفه وتحبه يتصرف وفقا للقوانين الميكانيكية التقليدية. ولكن النظم بحجم الذرة تتصرف وفقا للقوانين الميكانيكية الكمية. تبين أن هذا العالم الكمي هو عالم غريب جدًا. توضيح الغرابة الكمية يتم باستخدام تجربة فكرية شهيرة: قطة شرودينغر فيزيائي لا يحب القطط، بل كان يضع القطة في صندوق، جنبا إلى جنب مع قنبلة لديها فرصة 50% لتنفجر بعد إغلاق الغطاء حتى نفتح الغطاء، لا توجد أي طريقة لمعرفة هل انفجرت القنبلة أم لا، وبالتالي فلا توجد أي وسيلة لمعرفة ما إذا كانت القطة حيةً أو ميتةً. في الفيزياء الكمية، يمكننا القول أنه قبل ملاحظتنا كانت القطة في حالة تراكب. فلم تكن حية ولا ميتة ولكن كانت خليطًا من كلا الاحتمالين، مع وجود فرصة بنسبة 50٪ لكل احتمال. نفس الشيء يحدث للنظم الفيزيائية بالمقاييس الكمية، مثل مدارات الإلكترون في ذرة الهيدروجين. الإلكترون في الحقيقة لا يدور على الإطلاق. بل يكون في كل مكان في الفضاء، في نفس الوقت، مع احتمال أكبر أن يوجد في بعض الأماكن أكثر من غيرها، وهذا فقط بعد أن نقيس موقفها الذي يمكننا تحديد موقعه في في تلك اللحظة. وهناك الكثير مثل كيف لم نكن نعرف إذا كانت القطة حية أو ميتة حتى فتحنا الصندوق. هذا يقودنا إلى الظاهرة الغريبة والجميلة المسماة التشابك الكمي. لنفترض أنه بدلا من أن توجد قطة واحدة في الصندوق، أصبح لدينا قطتان في صندوقين مختلفين. إذا كررنا تجربة قطة شرودنغر مع هذا الزوج من القطط، فإن نتيجة التجربة يمكن أن تكون واحدة من أربع احتمالات. إما كلتا القطتين سوف تكونان على قيد الحياة، أو كلتيهما سوف تكونان ميتتين، أو واحدة سوف تكون على قيد الحياة والأخرى ميتة، أو العكس. نظام كلتا القطتين هو مرة أخرى في حالة تراكب، مع فرصة وجود كل نتيجة بنسبة 25٪ بدلا من 50٪. ولكن المميز في الأمر: ميكانيكا الكم تخبرنا أنه من الممكن محو احتمال أن تكون كلتا القطتين على قيد الحياة واحتمال أن تكونا قد فارقتا الحياة. بعبارة أخرى، يمكن أن يكون هناك نظام ثنائي القطط، ينص على أن النتيجة ستكون دائما قطة واحدة على قيد الحياة والأخرى ميتة. المصطلح التقني لذلك هو أن حالتي القطتين متشابكة. ولكن هناك شيء عجيب حقا حول التشابك الكمي. إذا قمت بإعداد نظام ثنائي القطط في صناديق في هذه الحالة المتشابكة، ثم انقل الصناديق إلى الجهة الأخرى من الكون، نتائج التجربة ستظل دائما هي نفسها. إحدى القطتين ستكون دائما على قيد الحياة، والقطة الأخرى سوف تكون دائما في نهاية المطاف من الموتى، بالرغم من أننا لا نستطيع تحديد أي قطة ستعيش أو تموت قبل معرفة النتيجة. كيف يكون هذا ممكنًا؟ كيف يتم ذلك وحالتا القطتين على طرفي نقيض من الكون يمكن أن تكون متشابكة بهذه الطريقة؟ إنهما بعيدتان جدا ليمكنهما التواصل مع بعضهما البعض في الوقت المناسب، فكيف تتآمر القنبلتان دائمًا بحيث تنفجر واحدة والأخرى لا تنفجر؟ أنت قد تفكر، "هذه ليست سوى بعض الترهات النظرية. هذا النوع من الأشياء لا يمكن أن يحدث في العالم الحقيقي." ولكن تبين أن التشابك الكمي قد تم إثباته في تجارب معملية في العالم الحقيقي. اثنان من الجسيمات دون الذرية متشابكان في حالة تراكب، بحيث إذا دار أحدهما في اتجاه معين، يجب أن يدور الآخر في الاتجاه الآخر، سوف يفعل ذلك تماما، حتى عندما لا تكون هناك أي وسيلة لانتقال المعلومات من جسيم إلى آخر مشيرا إلى اتجاه الدوران وذلك انصياعًا لقواعد الاشتباك فإنه ليس من المستغرب بعد ذلك أن يكون التشابك في صميم علم المعلومات الكمية، حقل نامٍ يدرس كيفية استخدام قوانين العالم الكمي الغريب في عالمنا العيني، كما في التشفير الكمي، حتى الجواسيس يمكنهم إرسال رسائل آمنة لبعضهم، أو الحوسبة الكمية، لفك رموز الشفرة. قد تبدأ فيزياء الأحداث اليومية في الظهور بمظهر مشابه قليلًا للعالم الكمي الغريب. التخاطر الكمي قد يتقدم كثيرًا، لدرجة أن قطتك يومًا ما قد تهرب إلى مجرة أكثر أمنًا، حيث لا يوجد فيزيائيون ولا صناديق.