الحقائق البديلة تنتشر مثل الفيروس عبر المجتمع. الآن ، يبدو أنهم أصابوا العلم - على الأقل عالم الكم. قد يبدو هذا غير بديهي. بعد كل شيء ، فإن المنهج العلمي قائم على مفاهيم موثوقة للمراقبة والقياس والتكرار. يجب أن تكون الحقيقة ، كما يحددها القياس ، موضوعية ، بحيث يمكن لجميع المراقبين الاتفاق معها.
لكن في ورقة نُشرت مؤخرًا في مجلة Science Advances ، نوضح أنه في العالم الصغير للذرات والجسيمات التي تحكمها القواعد الغريبة لميكانيكا الكم ، يحق لمراقبين مختلفين الحصول على الحقائق الخاصة بهم. وبعبارة أخرى ، وفقًا لأفضل نظرياتنا حول اللبنات الأساسية للطبيعة نفسها ، يمكن للحقائق أن تكون ذاتية في الواقع.
المراقبون هم لاعبون أقوياء في عالم الكم. وفقًا للنظرية ، يمكن أن تكون الجسيمات في عدة أماكن أو حالات في وقت واحد - وهذا ما يسمى تراكب. ولكن من الغريب أن هذه هي الحالة فقط عندما لا يتم ملاحظتها. في الثانية التي تلاحظ فيها نظامًا كميًا ، فإنه يختار موقعًا أو حالة معينة - مما يكسر التراكب. أثبتت حقيقة أن الطبيعة تتصرف بهذه الطريقة عدة مرات في المختبر - على سبيل المثال ، في تجربة الشق المزدوج الشهيرة.
في عام 1961 ، اقترح الفيزيائي يوجين فيجنر تجربة فكرية استفزازية. تساءل عما سيحدث عند تطبيق ميكانيكا الكم على مراقب يتم مراقبته هم أنفسهم. تخيل أن صديقًا لـ Wigner يرمي عملة كمية - في تراكب الرؤوس والذيل - داخل مختبر مغلق. في كل مرة يرمي فيها الصديق العملة ، يلاحظ نتيجة محددة. يمكننا القول أن صديق Wigner يثبت حقيقة: نتيجة رمي العملة هي بالتأكيد الرأس أو الذيل.
لا يستطيع Wigner الوصول إلى هذه الحقيقة من الخارج ، ووفقًا لميكانيكا الكم ، يجب أن يصف الصديق والعملة لتكون في تراكب لجميع النتائج المحتملة للتجربة. هذا لأنهم "متشابكون" - مرتبطون بشكل مخيف بحيث إذا تعاملت مع أحدهم فإنك تتلاعب أيضًا بالأخرى. يمكن لـ Wigner الآن من حيث المبدأ التحقق من هذا التراكب باستخدام ما يسمى "تجربة التداخل" - وهو نوع من القياس الكمي الذي يسمح لك بكشف تراكب النظام بأكمله ، مما يؤكد أن هناك شيئين متشابكين.
عندما يقارن Wigner والصديق الملاحظات في وقت لاحق ، سيصر الصديق على أنهم رأوا نتائج محددة لكل رمية عملة. ومع ذلك ، سيختلف Wigner عندما يلاحظ صديقًا وعملة في تراكب.
هذا يمثل معضلة. لا يمكن التوفيق بين الواقع الذي يدركه الصديق والواقع في الخارج. لم يعتبر Wigner في الأصل هذا المفارقة كثيرًا ، جادل بأنه سيكون من السخف وصف مراقب واعٍ على أنه كائن كمّي. ومع ذلك ، غادر في وقت لاحق من هذا الرأي ، ووفقًا للكتب الدراسية الرسمية حول ميكانيكا الكم ، فإن الوصف صالح تمامًا.
التجربة
ظل السيناريو لفترة طويلة تجربة فكرية مثيرة للاهتمام. لكن هل يعكس الواقع؟ من الناحية العلمية ، كان هناك تقدم ضئيل في هذا الأمر حتى وقت قريب جدًا ، عندما أظهر ساسلاف بروكنر في جامعة فيينا أنه ، في ظل افتراضات معينة ، يمكن استخدام فكرة Wigner لإثبات رسميًا أن القياسات في ميكانيكا الكم تخضع للمراقبين.
اقترح بروكنر طريقة لاختبار هذه الفكرة من خلال ترجمة سيناريو صديق Wigner إلى إطار أنشأه الفيزيائي جون بيل لأول مرة في عام 1964. نظر بروكنر في زوجين من Wigners والأصدقاء ، في صندوقين منفصلين ، إجراء قياسات على حالة مشتركة - داخل و خارج الصندوق الخاص بهم. يمكن تلخيص النتائج ليتم استخدامها في نهاية المطاف لتقييم ما يسمى "عدم المساواة في الجرس". إذا تم انتهاك عدم المساواة هذا ، فقد يكون لدى المراقبين حقائق بديلة.
لقد قمنا الآن للمرة الأولى بإجراء هذا الاختبار تجريبيًا في جامعة هيريوت وات في إدنبرة على جهاز كمبيوتر كمومي صغير الحجم يتكون من ثلاثة أزواج من الفوتونات المتشابكة. يمثل زوج الفوتون الأول العملات المعدنية ، ويستخدم الاثنان الآخران لإجراء رمي العملة - قياس استقطاب الفوتونات - داخل صندوق كل منهما. خارج الصندوقين ، يبقى فوتونان على كل جانب يمكن قياسهما أيضًا.
على الرغم من استخدام أحدث التقنيات الكمومية ، فقد استغرق الأمر أسابيع لجمع بيانات كافية من ستة فوتونات فقط لإنشاء إحصائيات كافية. لكن في النهاية ، نجحنا في إظهار أن ميكانيكا الكم قد تكون بالفعل غير متوافقة مع افتراض الحقائق الموضوعية - لقد انتهكنا عدم المساواة.
ومع ذلك ، تستند النظرية إلى بعض الافتراضات. وتشمل هذه أن نتائج القياس لا تتأثر بإشارات تنتقل فوق سرعة الضوء وأن المراقبين أحرار في اختيار القياسات. قد يكون أو لا يكون كذلك.
سؤال آخر مهم هو ما إذا كان يمكن اعتبار الفوتونات الفردية كمراقبين. في اقتراح نظرية بروكنر ، لا يحتاج المراقبون إلى أن يكونوا واعين ، يجب عليهم فقط أن يكونوا قادرين على إثبات الحقائق في شكل نتيجة القياس. وبالتالي فإن الكاشف الجامد يكون مراقبًا صالحًا. ولا تعطينا ميكانيكا الكم في الكتاب المدرسي أي سبب للاعتقاد بأن الكاشف ، الذي يمكن أن يكون صغيرًا مثل بضع ذرات ، لا يجب وصفه بأنه كائن كمّي مثل الفوتون. قد يكون من الممكن أيضًا أن ميكانيكا الكم القياسية لا تنطبق على المقاييس الكبيرة ، ولكن الاختبار يمثل مشكلة منفصلة.
لذلك تظهر هذه التجربة أنه ، على الأقل بالنسبة للنماذج المحلية لميكانيكا الكم ، نحتاج إلى إعادة التفكير في مفهومنا للموضوعية. يبدو أن الحقائق التي نختبرها في عالمنا الماكروسكوبي تبقى آمنة ، ولكن يُطرح سؤال رئيسي حول كيف يمكن للتفسيرات الحالية لميكانيكا الكم استيعاب الحقائق الذاتية.
يرى بعض الفيزيائيين هذه التطورات الجديدة على أنها تفسيرات معززة تتيح حدوث أكثر من نتيجة للملاحظة ، على سبيل المثال وجود أكوان متوازية تحدث فيها كل نتيجة. يرى آخرون أنه دليل مقنع للنظريات التي تعتمد على المراقبين جوهريًا مثل الكم بايزي ، حيث تكون تصرفات الوكيل وخبراته مخاوف مركزية للنظرية. لكن البعض الآخر يعتبر هذا مؤشرًا قويًا قد تفكك ميكانيكا الكم فوق مقاييس تعقيد معينة.
من الواضح أن هذه كلها أسئلة فلسفية عميقة حول الطبيعة الأساسية للواقع. مهما كان الجواب ، ينتظر مستقبل مثير للاهتمام.
