وقد اقترح علماء الفيزياء النظرية حلا جديدا مفارقة قطة شرودنغرقد يسمح هذا لميكانيكا الكم ونظريات أينشتاين النسبية بالعيش في انسجام أفضل.
قوانين غريبة فيزياء الكم تنص على أن الأشياء المادية يمكن أن توجد في مجموعة من الحالات المتعددة، مثل التواجد في مكانين في نفس الوقت أو أن يكون لها سرعات مختلفة في نفس الوقت. ووفقا لهذه النظرية، يظل النظام في مثل هذا “التراكب” حتى يتلامس مع جهاز قياس، ولا يتلقى قيما محددة إلا نتيجة للقياس. مثل هذا التغيير المفاجئ في حالة النظام يسمى الانهيار.
لخص الفيزيائي إروين شرودنغر هذه النظرية في عام 1935 بمفارقة القطة الشهيرة – باستخدام استعارة القطة في صندوق مغلق وهي ميتة وعلى قيد الحياة في نفس الوقت حتى يتم فتح الصندوق، مما يكشف عن مصير القطة بالانهيار.
ومع ذلك، فإن تطبيق هذه القواعد على سيناريوهات العالم الحقيقي يواجه تحديات، وهنا تبرز المفارقة الحقيقية. في حين أن قوانين الكم تنطبق على عالم الجسيمات الأولية، فإن الأجسام الأكبر تتصرف وفقًا للفيزياء الكلاسيكية كما تنبأ أينشتاين. النظرية النسبية العامة، ولا يتم ملاحظتها مطلقًا في الحمل العام للحالات. إن وصف الكون بأكمله باستخدام المبادئ الكمومية يطرح عقبات أكبر لأن الكون يبدو كلاسيكيًا بحتًا وليس لديه مراقب خارجي يعمل كجهاز قياس لحالته.
“السؤال هو، هل يمكن لكون بدون بيئة أن يوجد في مثل هذا التراكب؟” المؤلف الرئيسي ماتيو كارليسووقال عالم الفيزياء النظرية في جامعة تريست في إيطاليا لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني. “الملاحظات تقول لا: كل شيء يسير وفقًا للتنبؤات الكلاسيكية للنسبية العامة. إذن ما الذي يمكن أن يكسر مثل هذا النمط؟”
متعلق ب: يُظهر “يين يانغ” الكمي فوتونين متشابكين في الوقت الفعلي
لمعالجة هذا السؤال، اقترح كارليسو وزملاؤه تعديلات على معادلة شرودنغر، التي تحكم كيفية تطور جميع الحالات، بما في ذلك تلك الموجودة في حالة التراكب، بمرور الوقت.
وقال كارليسو: “تعديلات محددة لمعادلة شرودنغر يمكن أن تحل المشكلة”. وعلى وجه التحديد، أضاف الفريق مصطلحات إلى المعادلة، وهي كيفية تفاعل النظام مع نفسه، بالإضافة إلى بعض المصطلحات المحددة الأخرى. وهذا يؤدي إلى انهيار التراكب.
وأضاف كارليسو: “مثل هذه التأثيرات قوية على النظام الكبير”.
والأهم من ذلك، أن هذه التغييرات لها تأثير ضئيل على الأنظمة الكمومية المجهرية مثل الذرات والجزيئات، ولكنها تسمح للأنظمة الأكبر – مثل الكون – بالانهيار في كثير من الأحيان في الفضاء، مما ينتج عنه قيم محددة تتوافق مع ملاحظاتنا للكون. وصف الفريق معادلة شرودنجر المعدلة في فبراير مجلة فيزياء الطاقة العالية.
إخراج القطة من المصحة
في نسخة معدلة من فيزياء الكم، ألغى الباحثون التمييز بين الأشياء التي يتم قياسها والأشياء التي تكون موضوع أجهزة القياس. وبدلاً من ذلك، تخضع حالة كل نظام لاضمحلال تعسفي على فترات منتظمة، مما يؤدي إلى قيم ثابتة لبعض سماته.
بالنسبة للأنظمة الكبيرة، غالبا ما يحدث الانهيار التلقائي، فهي كلاسيكية في المظهر. وتصبح الأجسام دون الذرية التي تتفاعل مع هذه الأنظمة جزءًا منها، مما يؤدي إلى انهيار حالتها سريعًا وتكتسب إحداثيات محددة تتوافق مع القياس.
وقال كارليسو: “بدون أي إجراء من كيانات خارجية، فإن أي نظام يتحول تلقائيًا (أو ينهار) إلى حالة معينة. عندما تكون قطة ميتة وحية، يمكن العثور عليها ميتة أو حية”.
نموذج جديد قد يفسر سبب وجود الكون وقت فراغ الهندسة ليست تراكبًا للحالات، وهي تخضع لمعادلات أينشتاين النسبية.
وقال كارليسو: “يصف نموذجنا الكون الكمومي الذي ينهار في النهاية ويصبح كلاسيكيًا بشكل فعال”. “لقد أظهرنا أن نماذج الانهيار التلقائي يمكن أن تفسر أصل الكون الكلاسيكي من التراكب الكمي للأكوان، ولكل من هذه الأكوان هندسة مختلفة للزمكان.”
وعلى الرغم من أن هذه النظرية تشرح سبب خضوع الكون لقوانين الفيزياء الكلاسيكية، إلا أنها لا تقدم تنبؤات جديدة حول العمليات الفيزيائية واسعة النطاق.
ومع ذلك، فهو يقدم تنبؤات حول كيفية تصرف الذرات والجزيئات، وإن كان ذلك مع الحد الأدنى من الانحرافات عن ميكانيكا الكم التقليدية.
ونتيجة لذلك، فإن اختبار النموذج الكمي المعدل قد لا يكون بهذه السهولة. وسوف يهدف العمل المستقبلي إلى التوصل إلى مثل هذه الاختبارات.
“بالتعاون مع المتعاونين التجريبيين، نحاول اختبار تأثيرات انهيار التحولات أو الحصول على حدود لمعلماتها. وهذا هو بالضبط نفس اختبار حدود نظرية الكم.”
“متعصب التلفزيون. مدمن الويب. مبشر السفر. رجل أعمال متمني. مستكشف هواة. كاتب.”
More Stories
نهج عملي لمهمة عودة عينة المريخ
ما يثير الدهشة ليس أن بوينغ خسرت مجموعة الأعمال، بل أن الأمر انتهى
ستارلاينر: ناسا تطلق مركبة فضائية جديدة من طراز بوينج إلى محطة الفضاء الدولية