النموذج الكمي

ما هو النموذج الكمي؟

ميكانيكا الكم (QM) هي نظرية ناجحة للغاية، نظرًا لأنه يستخدم لغة رياضية مجردة، إذ يضيف إليها العديد من الفيزيائيين والفلاسفة والكتاب العلميين تفسيرات تكون أحيانًا خيالًا علميًا خالصًا ويكون عامة الناس مرتبكين للغاية.

التفسير السياقي الإحصائي البسيط (SCI) الذي يجمع بطريقة ما التفسيرات الإحصائية لأينشتاين وبالنتاينمع تفسير كوبنهاجن (CI) الذي روج له بور، ففي هذا التفسير لا تعتبر الحالة الكمومية سمة من سمات نظام فيزيائي واحد يمكن تغييره على الفور ولكنها تصف الخصائص الإحصائية لمجموعة من الأنظمة المعدة بالمثل.

تسمح الحالات الكمية وهي كيانات رياضية، جنبًا إلى جنب مع المشغلين (Hermitian) الذين يمثلون قياسات لملاحظات مادية مختلفة، في سياقات تجريبية محددة جيدًا بعمل تنبؤات احتمالية موضوعية حول تشتت إحصائي لنتائج القياس.

لا تقدم (SCI وCI) أي وصف تفصيلي للمكان والزمان للظواهر الكمومية، إذ في اصابات النخاع الشوكي و(CI)، تكون الدالة الموجية للكون ببساطة لا معنى لها، ووفقًا لـ (SCI و CI) من غير المنطقي أن نقول أن الإلكترون قد يكون في نفس الوقت هنا وعلى بعد متر أو إلى قارن زوجًا متشابكًا من الفوتونات بنردتين عشوائيتين تمامًا تعطي دائمًا نتائج المطابقة الصحيحة.

تستند جميع المفارقات الكمومية إلى صور غير صحيحة للظواهر الكمية أو على تفسير غير صحيح لمتجه الحالة الكمومية (الدالة الموجية)، وتتفق (SCI) مع أينشتاين الوظيفة بأي حال من الأحوال تصف حالة نظام فيزيائي واحد، وعادة اعتبار جسيم فردي لها وظيفة موجية خاصة بها يصعب كسرها، على الرغم من أنها أثبتت أنها غير صحيحة تمامًا.

تصف وظائف الموجة المخفضة مجموعات فرعية مختلفة من الأنظمة الفيزيائية في (SCI)، من المبرر التساؤل عما إذا كان الوصف السببي المحلي المفصل للظواهر الكمومية ممكنًا، حيث وفقًا لـ (SCI) قد لا يعتبر المرء حتى أن إدارة الجودة كاملة كما هو متوقع (كاملة من وجهة نظر إمكانية التنبؤ) أمرًا مسلمًا به لذلك يجب على المرء التحقق بعناية، مما إذا كانت الاحتمالات الكمومية تستوعب جميع الخصائص القابلة للتكرار للسلسلة الزمنية التجريبية.

النمذجة النوعية والكمية:

يمكن تعريف النمذجة النوعية والكمية، بأنها هي المفاهيم الأساسية في ديناميات النظام، حيث أن النماذج الكمية عبارة عن تمثيلات مضغوطة حيث قد تصف معادلة تفاضلية أو فرق واحدة أداء النظام لمجموعة كبيرة من وظائف الإدخال والحالات الأولية، كما لا تتطلب النماذج النوعية صيغة رياضية ولكنها تُستخدم “لرسم أو رسم تخطيطي أو تمثيل بصري للأفكار أو الحدس أو الأنماط المتصورة أو العلاقات بين أجزاء من مشاريعهم والاكتشافات في بياناته وما إلى ذلك”.

تشمل النمذجة الكمية للظواهر البيولوجية جميع الأساليب المستعارة من قبل التخصصات الكمية أو الدقيقة الأخرى مثل الفيزياء أو الرياضيات أو علوم الكمبيوتر أو الهندسة، التي تُستخدم في الوقت الحاضر لترويض التعقيد البيولوجي، ونظرا للهائلة التنوع الموجود في النظم البيولوجية، فمن الصعب بشكل عام الحصول على تقدير كمي للبارامترات ذات الأهمية.
غالباً النتائج تعتمد على افتراضات النمذجة لذلك، تتراوح الأساليب بين طرفي نقيض الجودة تمامًا لـ كمي تماما، كما توفر الطرق النوعية شرحًا تقريبيًا لما يجري في النظام المدروس دون وجود، حيث إنها قادرة على تقدير القيم بدقة أو إعطاء مؤشرات واضحة حول كيفية التأثير على النظام، من جهة أخرى كما توفر الطرق الكمية اليدوية إجابات لأسئلة محددة بأرقام، أي بشيء مفيد بسهولة في الممارسة الحقيقية دون الحاجة إلى مزيد من التحولات أو الافتراضات (المعقدة).

النظريات والتطبيقات للنموذج الكمي:

تظهر العديد من النظريات والتطبيقات المهمة أن المنهجيات المجمعة الكمية والنوعية لها أهمية بالغة الأهمية وتعزز قيمة المحاكاة العشوائية، إذ تم إجراء قدر كبير من الأبحاث في السنوات الأخيرة وتم طرح العديد من النتائج ذات المغزى في مجالات مختلفة.

تم تقديم الاقتراح والتطوير الأخير لـ “منهجية التخليق التلوي من النوعية إلى الكمية” بالتفصيل بعد ذلك، ركز العديد من الباحثين على النمذجة المجمعة النوعية والكمية للمحاكاة العشوائية.

اقترحت (FAN Shuai )طريقة النمذجة التركيبية النوعية والكمية من خلال توسيع لغة النمذجة عالية المستوى للنظام للنموذج الأولي الافتراضي متعدد التخصصات، بحيث يتم نمذجة المعرفة النوعية على أساس مخطط السبب والنتيجة، بعد ذلك تم تصميم بنية محاكاة التكامل النوعي والكمي، بما في ذلك استراتيجيات الجدول الزمني المختلط وإدارة الوقت وطرق تفاعل التاريخ.

يمكن بناء النماذج النوعية باستخدام نموذج الاستدلال الاستقرائي الضبابي في (Modelica)، إذ تستفيد النماذج النوعية من الاستدلال الاستقرائي الغامض، حيث يمكن الجمع بين النماذج النوعية والكمية لمحاكاة في نفس الوقت، إذ تم اعتماد كتب عديدة عن نظام التحكم في الوضع الهيدروليكي ونظام القلب والأوعية الدموية البشري لتوضيح هذا النهج.

تمت نمذجة ديناميكا الدم بواسطة النماذج الكمية وتم وصف الجهاز العصبي المركزي باستخدام نماذج (FIR) النوعية، كما تم إنشاء نموذج هجين نوعي وكمي لتقييم عوامل الأعمال، وتم إدخال القيم الإحصائية على أساس التكاثر والجمع بين تأثيرات عوامل الأعمال في المحاكاة.

نمذجة الواقع المادي:

لنتخيل أننا جالسون على شاطئ جزيرة على بحيرة نشاهد غروب الشمس، ونرى طائرًا يطير أوراق الشجر والأغصان تتحرك مع الريح، ممر القارب ينتج جميع الأنماط المثيرة للاهتمام على سطح البحيرة ونسمع موجات منتظمة تضرب الشاطئ أخيرًا، تختبئ دائرة مستديرة كبيرة من الشمس تحت الأفق تاركة مكانًا للغيوم المضيئة بشكل جميل ولاحقًا للكواكب والنجوم.

نحن ندرك كل هذه الظواهر الفيزيائية في ثلاثة أبعاد وهي تتغير بمرور الوقت عادة بطريقة لا رجعة فيها، للقيام بالفيزياء يتعين علينا بناء نماذج رياضية تؤدي إلى تنبؤات تتعلق بملاحظاتنا وقياساتنا، وهذا هو السبب في أننا أنشأنا مفاهيم النقاط المادية والأمواج والحقول، بالنسبة لنيوتن كان الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة، أما بالنسبة لماكسويل كان الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية تتحرك في وسط غير مرئي مستمر يسمى الأثير، على غرار الموجات على الماء.

مع التخلي عن الأثير في نظرية النسبية الخاصة، فقدنا الصورة البديهية لانتشار الضوء وأدى اكتشاف حقيقة أن تبادلات الطاقة والزخم الخطي بين الضوء والمادة يتم تكميمهما إلى إغراء تمثيل الضوء مرة أخرى كتيار من تتحرك الفوتونات غير القابلة للتجزئة (الشبيهة بالنقطة) بشكل مستقيم للخطوط وتنحرف فقط عند عوائق مادية أو ممتصة ومنبعثة بواسطة الذرات.

هذه الصورة مع افتراض أن كل فوتون غير قابل للتجزئة قد يمر فقط من خلال شق واحد أو آخر وأن التفاعل مع الشق الذي يمر من خلاله لا يعتمد على حقيقة أن شقًا آخر مفتوحًا أو مغلقًا لا يتوافق بشكل واضح مع نمط التداخل المرصود، حيث أن الفوتونات ليست كائنات يمكن تحديد موقعها، ولكن يمكن ملاحظة ظواهر تداخل مماثلة مع الإلكترونات مع الجزيئات.