لماذا بدأ المزيد من الفيزيائيين في الاعتقاد بأن المكان والزمان هما “أوهام”؟

في ديسمبر الماضي ، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء للتأكيد التجريبي لظاهرة كمومية معروفة لأكثر من 80 عامًا: التشابك. كما تصور ألبرت أينشتاين ومعاونوه في عام 1935 ، فإن الأجسام الكمومية التي تفصل بينها مسافات كبيرة يمكن أن تكون مرتبطة بشكل غامض. ولكن بالرغم من أن هذه الظاهرة قد تبدو غريبة ، فلماذا لا تزال هذه الفكرة القديمة تستحق الجائزة المرموقة في الفيزياء؟

من قبيل الصدفة ، قبل أسابيع قليلة من تكريم الحائزين الجدد على جائزة نوبل في ستوكهولم ، أعلنت مجموعة من العلماء المتميزين من جامعة هارفارد ، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وفيرميلاب وجوجل ، أنهم أجروا عملية يمكن فهمها على أنها ثقب دودي في الكمبيوتر الكمومي الخاص بجوجل. . الثقوب الدودية عبارة عن أنفاق عبر الكون يمكن أن تعمل كاختصار عبر المكان والزمان ويحبها عشاق الخيال العلمي ، وعلى الرغم من أن النفق الذي تم تحقيقه في هذه التجربة الأخيرة يقتصر على كون لعبة ثنائية الأبعاد ، فقد يكون اختراقًا لـ المستقبل. البحث في طليعة الفيزياء.

لكن لماذا ترتبط المشكلة بالزمان والمكان؟ كيف سيكون هذا مهمًا للتطورات الفيزيائية المستقبلية؟ إذا فهمنا بشكل صحيح ، فإن الكون هو ما يسميه الفلاسفة “الأحادي” ، مما يعني أنه ، على المستوى الأساسي ، كل شيء في الكون هو جزء من كل واحد موحد. من السمات المميزة لميكانيكا الكم أن حقيقتها الأساسية موصوفة بمصطلحات الموجات ، وأن الكون الفريد يتطلب وظيفة عالمية. منذ عقود ، أظهر باحثون مثل Hugh Everett و Dieter Zeh كيف يمكن لواقع حياتنا اليومية أن ينبثق من مثل هذا التفسير الشامل لميكانيكا الكم. لكن الآن فقط يطور باحثون مثل ليونارد سسكيند أو شون كارول أفكارًا حول كيف يمكن أن تفسر هذه الحقيقة الكمومية المخفية ليس فقط المادة ، ولكن المكان والزمان أيضًا.

التشابك هو أكثر من مجرد ظاهرة كمية غريبة أخرى. إنه مبدأ التشغيل وراء كل من سبب ربط ميكانيكا الكم العالم ببعضه ولماذا نختبر هذه الوحدة الأساسية مثل العديد من الأشياء المنفصلة. في نفس الوقت ، التعقيد هو السبب الذي يجعلنا نبدو وكأننا نعيش في واقع متسامي. إنها عوالم مُلصقة حقًا. تنطبق المشكلة على الكائنات المكونة من عنصرين أو أكثر وتصف ما يحدث عندما يتم تطبيق المبدأ الكمي “كل ما يمكن أن يحدث” على هذه الكائنات المكونة. وفقًا لذلك ، فإن حالة التشابك هي نظرة عامة على جميع التركيبات الممكنة التي يمكن أن تنتج فيها عناصر كائن مجمع نفس النتيجة الإجمالية. مرة أخرى ، فإن الطبيعة الموجية للمجال الكمومي هي التي تساعد في تفسير كيفية عمل التشابك في الواقع.

بحر زجاجي هادئ تمامًا في يوم عاصف. اسأل نفسك الآن ، كيف يمكن إنشاء مثل هذا المستوى من خلال تركيب شكلين موجيين منفصلين؟ أحد الاحتمالات هو أن تركيب سطحين مستويين تمامًا مرة أخرى يعطي تأثيرًا مستويًا تمامًا. ولكن هناك احتمال آخر لإنتاج سطح مستوٍ وهو تركيب شكلين موجيين متطابقين تم إزاحتهما بنصف دورة تذبذب ، بحيث تلغي قمم أحد الأشكال قاع الآخر والعكس صحيح. إذا لاحظنا المحيط الزجاجي وفكرنا فيه على أنه نتاج انتفاخين ، فليس لدينا طريقة لمعرفة أشكال الانتفاخات الفردية. ما يبدو عاديًا جدًا عندما نتحدث عن الأمواج له عواقب غريبة جدًا عند تطبيقه على الحقائق المتنافسة. إذا أخبرك جارك أن لديك قطتان ، قطة واحدة وقطة ميتة ، فهذا يعني أن القطة الأولى أو الثانية ميتة ، والقط المتبقي على قيد الحياة ، على التوالي – سيكون هذا شيئًا غريبًا ومريضًا. الطريقة التي يصف بها شخص ما حيواناته الأليفة ، قد لا تعرف أيها محظوظ ، لكنك تحصل على انجراف الجيران. ليس الأمر كذلك في عالم الكم. في ميكانيكا الكم ، تشير العبارة نفسها إلى أن قطتين متصلتين في تراكب ، والذي يتضمن احتمال أن تكون القطة الأولى على قيد الحياة ، والثانية ميتة ، والقط الأول ميت ، والقط الثاني على قيد الحياة ، ولكن كلا القطتين على قيد الحياة. الحالي. نصف حي ونصف ميت ، أو أن القطة الأولى ثلثها على قيد الحياة ، والقطة الثانية تضيف ثلثي الحياة المفقودة. في الزوج الكمومي للقطط ، تتحلل قواعد وشروط الحيوانات الفردية تمامًا في حالة الكل. وبالمثل ، في الكون الكمومي ، لا توجد أشياء فردية. كل ما هو موجود متصل بنفس “واحد”.

يفتح التشابك الكمومي منطقة شاسعة وجديدة تمامًا لنا لاستكشافها. إنه يحدد أساسًا جديدًا للعلم ، ويعكس بحثنا عن نظرية لكل شيء ، مبنيًا على علم الكونيات الكمومي بدلاً من فيزياء الجسيمات أو نظرية الأوتار. لكن ما مدى واقعية تبني الفيزيائيين لمثل هذا النهج؟ بشكل مثير للدهشة ، الأمر ليس واقعيًا فحسب – إنهم يفعلونه بالفعل. بدأ الباحثون في طليعة الجاذبية الكمية في إعادة التفكير في الزمكان كنتيجة للتشابك. بدأ عدد متزايد من العلماء في بناء أبحاثهم على عدم قابلية الكون للتجزئة. من خلال تبني هذا النهج ، فإن الأمل كبير في أن يفهموا أخيرًا ، في أعماق الأسس ، ما هو المكان والزمان حقًا.

سواء كان الفضاء متماسكًا عن طريق التشابك ، يتم وصف الفيزياء بأشياء مجردة تتجاوز المكان والزمان ، أو فضاء الاحتمالات الذي يمثله دالة الموجة العالمية لإيفريت ، أو كل شيء في الكون موجود في كيان كمي واحد – كل هذه المفاهيم فريدة. الذوق التوحيدى. من الصعب حاليًا تحديد أي من هذه الأفكار سيعلم مستقبل الفيزياء وأيها سيتلاشى في النهاية. الأمر المثير للاهتمام هو أنه على الرغم من أن المفاهيم قد تم تطويرها في الأصل إلى حد كبير في سياق نظرية الأوتار ، يبدو أنها تمتد إلى ما وراء نظرية الأوتار ، ولا تلعب الأوتار دورًا في الأبحاث الحديثة. يبدو من الشائع الآن أن المكان والزمان لا يعتبران أساسيين. لا تبدأ الفيزياء الحديثة بالمكان والزمان لمتابعة هذه الخلفية الموجودة مسبقًا. بدلاً من ذلك ، يتم التعامل مع المكان والزمان على أنهما نتاج لواقع جهاز عرض أكثر أساسية. يقول ناثان سيبيرج ، أحد علماء نظرية الأوتار الرائد في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، “أعتقد اعتقادًا راسخًا أن الأوقات الناشئة هي أيضًا أوهام. هذه مفاهيم قديمة سيتم استبدالها بمفاهيم أكثر تعقيدًا. وفي معظم السيناريوهات تقترح فضاءًا ناشئًا- مرات ، يلعب التشابك دورًا أساسيًا. كما يشير فيلسوف العلم راسموس جاكسلاند ، يشير هذا في النهاية إلى أنه لا توجد أشياء فردية في الكون ؛ كل شيء مرتبط بكل شيء آخر: “قبول التعقيد كعلاقة صنع العالم يأتي على حساب التخلي عن الانفصال ، لكن أولئك الذين هم على استعداد لاتخاذ هذه الخطوة يجب أن ينظروا إلى التعقيد باعتباره الرابط الأساسي الذي يجعل هذا العالم (وربما كل العالم الآخر) وهكذا ، عندما يختفي المكان والزمان ، يظهر شيء موحد.

على العكس من ذلك ، من منظور الأحادية الكمومية ، فإن مثل هذه التأثيرات المذهلة للجاذبية الكمومية ليست بعيدة المنال. بالفعل في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، الفضاء ليس حالة ثابتة ؛ بل هو مشتق من كتلة وطاقة المادة. على غرار وجهة نظر الفيلسوف الألماني جوتفريد دبليو ليبنيز ، فإنه يصف ترتيبًا نسبيًا للأشياء. الآن ، وفقًا للوحدة الكمومية ، لا يوجد سوى شيء واحد ، لا شيء يمكن تنظيمه أو ترتيبه ، وفي النهاية لن تكون هناك حاجة إلى مفهوم الفضاء في هذا الوصف الأساسي. إنه الكون “الواحد” الذي يخلق الفضاء والزمان والمادة.

صرح ليونارد سوسكيند بجرأة في رسالة مفتوحة للباحثين في علم المعلومات الكمومية: “GR = QM”: النسبية العامة ليست أكثر من ميكانيكا الكم – نظرية عمرها مائة عام تم تطبيقها بنجاح كبير على جميع أنواع الأشياء ، ولكن أبدا حقا. مفهومة تماما. كما أشار شون كارول ، “ربما يكون قياس الجاذبية خاطئًا ، والزمكان كامن في ميكانيكا الكم.” في المستقبل ، “بدلاً من قياس الجاذبية ، يجب أن نجرب ميكانيكا الجاذبية الكمومية. أو ، بشكل أكثر دقة ولكن أقل استفزازًا ،” اكتشف الجاذبية في ميكانيكا الكم “، يقترح كارول في مدونته. في الواقع ، إذا تم التعامل مع ميكانيكا الكم على محمل الجد منذ البداية ، لكان من الممكن فهمها على أنها نظرية لم تحدث في المكان والزمان ، ولكن ضمن واقع جهاز عرض أكثر أساسية ، والذي انتهى به المطاف في طريق مسدود إلى استكشافه. كان من الممكن تجنب الجاذبية الكمية. إذا أدركنا الآثار الفريدة لميكانيكا الكم – تقليد فلسفي عمره ثلاثة آلاف عام اعتنقه العصور القديمة ، واضطهد في العصور الوسطى ، وتم إحياؤه في عصر النهضة ، وقُوض في الرومانسية. أشار زيه إليهم بدلاً من التمسك بالتفسير البراغماتي لنيلز بور ، رائد الكم المؤثر الذي اختصر ميكانيكا الكم إلى أداة.

مقتبس من أولاً: كيف تحمل فكرة قديمة مستقبل الفيزياء بقلم هاينريش باس. حقوق النشر © 2023. متاح من Basic Books ، وهو بصمة لمجموعة Hachette Book Group، Inc.