إضافةُ قطةٍ ثانية لتجربة شرودنغر يمكن أن تحطم ميكانيكا الكم

حتى لو لم تكن قد فهمتها تمامًا، فمن المحتمل أنك سمعت عن قطة شرودنغر. إنها تجربة قديمة حيث تُوضع قطة داخل الصندوق وتكون حية وميتة في الوقت ذاته!، ومن المفترض أن توضح هذه التجربة عبثية ميكانيكا الكم. في الآونة الأخيرة، قام عدد من الفيزيائيين بتعديل التجربة , أضافوا قطًا آخر في صندوق ثانٍ. ما يحدث عندما يقوم المراقبون بفتح هذين الصندوقين هو خبر سيء جدا لميكانيكا الكم.

النسخة الأصلية، المتعارف عليها، نسخة ما قبل التعديل من قطة شرودنغر تكون كالتالي: تضع قطة في صندوق به قنينة من السم تُفتح عشوائياً. لأنك لا تعرف ما إذا كان قد تم إطلاق السم، فإن حالة القط غير مؤكدة – فهي حية وميتة حتى تقوم بفتح الصندوق. هذه الاستعارة من عام 1935 هي توضيح لبعض المبادئ الأساسية لما يعرف بتفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم.

عندما تكون القطة حية وميتة في الوقت ذاته، فإنها تكون في حالة “تراكب” ؛ عند فتح الصندوق ورؤية حالتها، فإنك قمت ب”تهديم االدالة الموجية”. قد يبدو كل ذلك غريباً، لكن شيئاً مماثلاً يحدث لجزيئات الكم. لا يمكنك أبدا قياسها بالضبط. انهم أشبه بسحابة من الاحتمالات من “شيء” عيني او ملموس. وكنتيجة لذلك، فهي موجودة في حالة تراكب حتى يتم قياسها، وعند هذه النقطة تنهار دالتهم الموجية الى حالة واحدة.

حسنًا، إذا كان فتح الصندوق والنظر إلى القطة يهدم الدالة الموجية، فماذا لو قمت بتغيير القصة قليلاً؟ بدلا من القطة داخل الصندوق، دعونا نضع فيزيائيًا صغيرًا قادرًا على صنع ملاحظاته الخاصة. هذا ما اقترحه الفيزيائي الهنغاري يوجين فيغنر في عام 1967: فيزيائية، دعنا نسميها أليس، تدخل داخل صندوق ومعها جهاز قياس ينتج واحدة من نتيجتين عشوائياً – على سبيل المثال، يقلب عملة معدنية لإظهار الرؤوس أو الذيل. هل تنهار الدالة الموجية عندما ترى أليس النتيجة؟ ذلك من المُرجح. لكن انتظر – ماذا لو جاء فيجنر وفتح الصندوق؟ يجب أن تكون أليس وعملتها في حالة تراكب حتى تلك اللحظة. غريب , اليس كذلك؟

اليس في بلاد الكم!

في عام 2016، اقترحت دانييلا فراوتشيغر وريناتو رينر من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا إعدادًا أكثر تعقيدًا للتجربة: اخذ تجربة فيجنر ومضاعفتها. لديك الآن فيزيائيان صغيران (أليس وبوب) داخل صندوقين مع فيجنر أ وفيجنر ب ينظران من الخارج (في غرف منفصلة، بحيث لا يستطيعان رؤية صندوق الشخص الآخر). تقلب أليس عملة معدنية، ثم ترسل رسالة كمومية عن النتيجة الى بوب – على سبيل المثال، جسيم كمومي يدور في اتجاه عقارب الساعة إذا كان وجه العملة رؤوسا وعكس اتجاه عقارب الساعة إذا كان ذيولا. يستخدم بوب معرفته وخبرته بميكانيكا الكم لمعرفة النتيجة التي تحاول أليس ارسالها له. وأخيرًا، يفتح فيجنر ا و فيجنر ب الصندوقان ويحددان نتيجة رمي العملة. ماذا يحدث؟

وفقا ل فراوتشيغر ورينر، في بعض السيناريوهات، من الممكن ل فيجنر ا وفيجنر ب أن يكونا متأكدين من النتيجة لكنهم يُعطون إجابات مختلفة. هذه مشكلة كبيرة: فهي تقول بشكل أساسي أن تفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم يناقض نفسه.

قد يكون هناك بعض الحلول للخروج من هذا المأزق. احدها هو الاخذ بتفسيرٍ آخر لميكانيكا الكم، على الرغم من فراوتشيغر ورينر عملا بنفس السيناريو من خلال بعض التفسيرات الأخرى، وكان لديهم مشاكل في التفسيرات الاخرى ايضا. والحل الآخر هو تشغيل التجربة فعلياً باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية بدلاً من علماء الفيزياء التخيليين.

بهذه الطريقة، يمكنهم إيقاف البرنامج عند أي نقطة على طول الطريق ورؤية كيف كانت تجري الأمور. لسوء الحظ، لا يوجد حاسوب كمّي قوي بما فيه الكفاية للقيام بذلك حتى الآن. ولكنها قد تُوجد يومًا ما، ومن المثير أن نفكر في الطرق التي يمكن أن تساعدنا في فهم العالم الكمومي.

ترجمة: محمد جواد

المصادر: 1