إذا كنت تفكر إن ميكانيكا الكم غريبة فتعرف على مفهوم الزمن المتشابك (Entangled Time)

في صيف عام 1935 ، انخرط الفيزيائيان ألبرت أينشتاين وإروين شرودنغر في مراسلات ثرية ومتعددة الأوجه وأحيانًا مضللة حول الآثار المترتبة على النظرية الجديدة لميكانيكا الكم.

كان محور قلقهم هو ما أطلق عليه شرودنجر فيما بعد

التشابك entanglement: وهو عدم القدرة على وصف نظامين جسيميين أو جسيمات مستقلة بشكل مستقل، بعد تفاعلهما.

 

بقي أينشتاين حتى وفاته، مقتنعًا بأن التشابك أظهر ان ميكانيكا الكم غير مكتملة. في حين كان شرودنغر يعتقد أن التشابك هو السمة المميزة للفيزياء الجديدة، لكن هذا لا يعني أنه قبلها بسهولة.

“انا اعرف بالطبع كيف تعمل الاعاجيب في الرياضيات” كتب قائلاً لاينشتاين في الثالث عشر من تموز عام 1935 “ولكنني لا احب مثل تلك النظرية”

 

ظهرت قطة شرودينجر (Schrödinger’s cat) الشهيرة، مُعلقة بين الحياة والموت، لأول مرة في هذه الرسائل، وهو نتيجة ثانوية للنضال من أجل توضيح ما أزعج هذا الزوج.

المشكلة هي أن التشابك يخالف كيفية عمل العالم. لا يمكن للمعلومات أن تسير أسرع من سرعة الضوء.

لكن في ورقتة البحثية عام 1935 ، أظهر آينشتاين وكتابه المشاركون كيف يؤدي التشابك إلى ما يسمى الآن quantum nonlocality (اللا تموضع الكمي)، وهو الارتباط الغريب الذي يبدو أنه موجود بين الجسيمات المتشابكة.

 

إذا تقابل نظامان كميان ثم انفصلا، حتى عبر مسافة تقدر بآلاف من السنين الضوئية، فانه يصبح من المستحيل قياس خصائص نظام واحد (مثل موقعه وزخمه وأقطابه) دون توجيه الآخر إلى حالة مقابلة على الفور.

 

حتى اليوم، اختبرت معظم التجارب التشابك حول الفجوات المكانية (spatial gaps).

الافتراض هو أن الجزء “اللا متموضع” من اللا تموضع الكمي يشير إلى تشابك الخصائص عبر الفضاء. ولكن ماذا لو حدث التشابك عبر الزمن؟ هل هناك شيء مثل عدم تحديد الوقت الزمني؟

 

الجواب ، كما تبين ، هو نعم.

 

فقط عندما اعتقدت أن ميكانيكا الكم لا يمكن أن تكون أكثر غرابة، فان فريقاً من الفيزيائيين في الجامعة العبرية في القدس في عام 2013 قد نجحوا في تشبيك فوتونات لم تتعايش أبداً.

وقد أظهرت التجارب السابقة التي تنطوي على تقنية تسمى “مبادلة التشابك” (entanglement swapping) وجود ارتباطات كميّة عبر الزمن، عن طريق تأخير قياس أحد الجسيمات المتداخلة المتشابكة؛ لكن إيلي مجيدش (Eli Megidish) ومساعديه كانوا أول من أظهر التشابك بين الفوتونات التي لم تتداخل أبعادها أبداً.

هنا كيف فعلوا ذلك.

 

أولاً ، قاموا بإنشاء زوج متشابك من الفوتونات، “1-2” (الخطوة الأولى في الرسم البياني أدناه). وبعد فترة وجيزة، قاموا بقياس استقطاب الفوتون 1 (خاصية تصف اتجاه تذبذب الضوء) – وبالتالي “قتل” ذلك (الخطوة الثانية).

 

تم إرسال الفوتون 2 في حملة ميؤوس منها بينما تم إنشاء زوج جديد متشابك، “3-4” (الخطوة الثالثة). ثم تم قياس الفوتون 3 جنباً إلى جنب مع الفوتون 2 المتجول في مثل هذه الطريقة التي هي “مبادلة” العلاقة المتشابكة من أزواج القديمة (“1-2” و “3-4”) على السرد الجديد “2-3” ( الخطوة الرابعة).

 

بعد مرور بعض الوقت (الخطوة الخامسة) ، يتم قياس استقطاب الناجي الوحيد، الفوتون 4، ويتم مقارنة النتائج مع الفوتون الطويل الميت 1 (مرة أخرى في الخطوة الثانية). (الخطوة الثانية).

 

النتيجة؟ كشفت البيانات عن وجود علاقة ارتباط كَمِّيَّة بين الفوتونين 1 و 4 غير المتموضعين زمنياً، أي أن التشابك يمكن أن يحدث عبر نظامين كَميين لا يتعايشان أبداً.

 

ماذا يمكن أن يعني هذا على الأرض؟ يبدو الأمر مثيرًا للقلق، كمثل قول، أن قطبية ضوء النجوم في الماضي بعيد المنال – على سبيل المثال، أكبر من ضعف عمر الأرض – قد أثرت على قطبية ضوء النجوم المتساقطة خلال تلسكوب الهواة هذا الشتاء.

 

والأكثر غرابة: ربما يعني ضمنيًا أن القياسات التي نفذتها عينك على ضوء النجوم المتساقطة من خلال تلسكوبك هذا الشتاء قضت على نحوٍ ما بقطبية الفوتونات التي يزيد عمرها على 9 مليارات سنة.

 

لئلا يصدمك هذا السيناريو على أنه غريب للغاية، لا يستطيع ميجيدش وزملاؤه مقاومة التكهنات حول التفسيرات المحتملة والمخيفة لنتائجهم.

 

ولعل قياس استقطاب الفوتون 1 في الخطوة الثانية يوجه بطريقة ما استقطاب 4 ، أو قياس استقطاب الفوتون 4 في الخطوة الخامسة بطريقة ما يعيد كتابة حالة الاستقطاب السابقة للفوتون 1.

 

في الاتجاهين الأمامي والخلفي، تمتد الارتباطات الكمية بين الفراغ السببي بين موت فوتون واحد وبين ولادة الآخر.

مجرد ملعقة من النسبية تساعد على التخفيف من السقوط، على الرغم من ذلك.

 

في تطوير نظريته للنسبية الخاصة ، خلع أينشتاين مفهوم التزامن من قاعدته النيوتونية.

 

ونتيجة لذلك ، انتقل التزامن من كونه ملكية مطلقة إلى كونه ملكية نسبية. لا يوجد وقت محدد للكون؛ على وجه التحديد عندما يحدث شيء ما يعتمد على موقعك الدقيق بالنسبة إلى ما تراقبه، والمعروف باسم الإطار المرجعي الخاص بك.

 

لذا فإن المفتاح لتفادي السلوك السببي الغريب (توجيه المستقبل أو إعادة كتابة الماضي) في حالات الفصل الزمني هو أن تقبل أن “أحداث الاتصال” المتزامنة تحمل القليل من الوزن الميتافيزيقي (metaphysical weight).

 

إنها فقط خاصية محددة الإطار، وهي خيار بين العديد من البدائل لكنها قابلة للحياة على قدم المساواة – مسألة اتفاقية أو حفظ سجلات.

 

تُنقل الدراسة مباشرة إلى كل من اللا تموضع الكمي الزماني والمكاني.

 

تُعد الألغاز المتعلقة بالأزواج المتشابكة من الجسيمات بمثابة اختلافات حول وضع العلامات، والتي تُحدثها النسبية.

 

أظهر أينشتاين أنه لا يمكن أن يكون أي تسلسل للأحداث مميزًا بشكل metaphysically (غيبي) – يمكن اعتباره أكثر واقعية – من أي شيء آخر. فقط من خلال قبول هذه البصيرة يمكن للمرء أن يحرز تقدمًا في مثل هذه الألغاز الكمومية.

 

إن الأطر المرجعية المختلفة في تجربة الجامعة العبرية (إطار المختبر، إطار الفوتون 1 ، إطار الفوتون 4، وهكذا) لها “مؤرخين” خاصين بها، إذا جاز التعبير.

 

في حين أن هؤلاء المؤرخين سيختلفون حول الكيفية التي سارت بها الأمور، لا يمكن لأحدهم أن يدعي وجود زاوية للحقيقة. وتكشف سلسلة مختلفة من الأحداث داخل كل منها، وفقًا لوجهة نظر زمانيه مكانية.

 

من الواضح ، إذن ، أن أية محاولة لتخصيص خصائص محددة الإطار، أو ربط خصائص عامة بإطار معين، ستسبب بنزاعات بين المؤرخين.

 

ولكن هنا هو الشيء: في حين قد يكون هناك خلاف حقيقي حول الخصائص التي ينبغي تعيينها إلى أي الجسيمات ومتى، لا ينبغي أن يكون هناك خلاف حول وجود هذه الخصائص، والجسيمات، والأحداث.

 

هذه النتائج تقود إلى وتد آخر بين حدسنا الحبيب الكلاسيكي والحقائق التجريبية لميكانيكا الكم.

 

وكما كان الحال بالنسبة إلى شرودنغر ومعاصريه، فإن التقدم العلمي سيشمل التحقيق في حدود بعض الآراء الميتافيزيقية.

 

تم إنشاء قطة شرودنغر، نصفها نصف ميتة، لتوضيح كيف يؤدي تشابك الأنظمة إلى ظواهر مجهرية تتحدى الفهم المعتاد للعلاقات بين الأشياء وخصائصها: الكائن الحي مثل القطة إما ميت أو حي. لا يوجد وسط هناك.

 

معظم الحسابات الفلسفية المعاصرة للعلاقة بين الأشياء وخصائصها تستوعب التشابك فقط من منظور اللا تموضع المكاني.

 

ولكن لا يزال هناك عمل كبير يجب القيام به لدمج اللا تموضع الزمني – ليس فقط في المناقشات المتعلقة بالممتلكات والأشياء، ولكن أيضًا في المناقشات حول تكوين المواد (مثل العلاقة بين كتلة من الطين والتمثال الذي تشكله)، والعلاقات الجزئية (مثل كيفية ارتباط اليد بالأطراف أو الأطراف بالشخص).

 

على سبيل المثال، فإن “لغز” كيفية تناسب الأجزاء مع الكل العام يفترض حدوداً مكانية واضحة المعالم بين المكونات الأساسية، ومع ذلك فإن اللا تموضع المكاني والزماني يحذران من هذا المشهد. إن عدم تحديد الوقت الزمني يزيد من تعقيد هذه الصورة: كيف يصف الشخص كيانًا لا تتعايش أجزاؤه المكونة؟

 

قد يكون تمييز طبيعة التشابك في بعض الأحيان مشروعًا غير مريح. ليس من الواضح ما هي الميتافيزيقيا الموضوعية التي قد تنشأ من التدقيق في الأبحاث الجديدة الرائعة من أمثال ميجيديش والفيزيائيين الآخرين.

 

في رسالة إلى آينشتاين، يلاحظ شرودنغر بصوت خافٍ (وينشر استعارة غريبة): “لدى المرء شعور بأن التصريحات الأكثر أهمية للنظرية الجديدة هي التي يمكن عصرها حقًا في هذه الأحذية الإسبانية – ولكن بصعوبة فقط”.

 

لا يمكننا أن نتجاهل اللا تموضع المكاني أو الزماني في الميتافيزيقيا المستقبلية: سواءً كانت الأحذية مناسبة أم لا، علينا أن نرتديها.

 

إليز كرول هي أستاذة مساعدة في تأريخ وفلسفة العلوم في كلية نيويورك. شاركت في تأليف الكتاب القادم “The ‘Einstein Paradox”: مناظرات حول اللا تموضع و اللا متكامل (Nonlocality and Incompleteness) في عام 1935″.

ترجمة:

Hussein Talib

Hind A. Alsaffar

تدقيق وتصميم ونشر: Tabarek A. Abdulabbas

المصدر: هنا