تعتبر ميكانيكا الكم أصعب جزء في الفيزياء، حيث أن الأنظمة ذات السلوك الكمي لا يتم حسب الركائز المعتاد عليها ومن الصعب رؤيتها والشعور بها، ويمكن أن يكون لها صفات مثيرة للجدل، وتوجد في عدة حالات مختلفة في نفس الوقت، وحتى تتغير اعتمادًا على ما إذا كانت يتم ملاحظتها أم لا.
الوضوح المضاد في فيزياء الكم
في ميكانيكا الكم الوضوح المضاد هو القدرة على التحدث بشكل هادف عن تحديد نتائج القياسات التي لم يتم إجراؤها، أي القدرة على افتراض وجود الأشياء، وخصائص الأشياء حتى عندما لم يتم قياسها، حيث يُستخدم مصطلح التحديد المضاد للواقع في مناقشات الحسابات الفيزيائية خاصة تلك المتعلقة بظاهرة تسمى التشابك الكمومي وتلك المتعلقة بتباينات بيل.
في مثل هذه المناقشات تعني بشكل هادف القدرة على معالجة هذه النتائج غير المقاسة على قدم المساواة مع النتائج المقاسة في الحسابات الإحصائية، وهذا أحيانًا مفترض ولكن غير مذكور، إذ أن الجانب من التحديد المضاد له صلة مباشرة بالفيزياء والنماذج الرياضية للأنظمة الفيزيائية وليس المخاوف الفلسفية فيما يتعلق بمعنى النتائج غير المقاسة.
قد تظهر كلمة المضاد في مناقشات الفيزياء كاسم؛ والمقصود في هذا السياق هو قيمة كان من الممكن قياسها ولكنها لم تكن كذلك لسبب أو لآخر، وعلى الرغم من أن العلماء طوال القرن الماضي قد امتنعوا عن الآثار المترتبة على نظرية الكم من بينهم بلانك وآينشتاين، فقد تم دعم مبادئ النظرية مرارًا وتكرارًا من خلال التجارب، حتى عندما كان العلماء يحاولون دحضها.
تشكل نظرية الكم ونظرية النسبية لأينشتاين أساس الفيزياء الحديثة، حيث يتم تطبيق مبادئ فيزياء الكم في عدد متزايد من المجالات بما في ذلك البصريات الكمومية وكيمياء الكم والحوسبة الكمومية والتشفير الكمومي.
التفسيرات التي ترفض التحديد المضاد
تفسير كوبنهاغن
يرفض تفسير كوبنهاجن التقليدي لميكانيكا الكم التحديد المضاد لأنه لا يعزو أي قيمة على الإطلاق إلى قياس لم يتم إجراؤه، إذ أنه عندما يتم إجراء القياسات ينتج عن القيم، ولكن لا يعتبر هذا الكشف عن القيم الموجودة مسبقًا، وعلى حد تعبير آشر بيريز أن التجارب غير المنجزة ليس لها نتائج.
عوالم كثيرة
يرفض تفسير العوالم المتعددة التحديد المضاد بمعنى مختلف، بدلاً من عدم تعيين قيمة للقياسات التي لم يتم إجراؤها، فإنه ينسب العديد من القيم، وعند إجراء القياسات يتم إدراك كل من هذه القيم كقيمة ناتجة في عالم مختلف لواقع متفرع.
تواريخ متسقة
يرفض نهج التواريخ المتسقة التحديد المضاد بطريقة أخرى، حيث ينسب القيم الفردية ولكن المخفية إلى القياسات غير المنفذة ولا يسمح بدمج قيم القياسات غير المتوافقة (الواقعية أو الواقعية) لأن مثل هذه التوليفات لا تؤدي إلى نتائج تطابق أي تم الحصول عليه تمامًا من القياسات المتوافقة التي تم إجراؤها.
عند إجراء قياس تكون القيمة المخفية بالرغم من ذلك على أنها القيمة الناتجة؛ حيث يشبه روبرت جريفيث هذه الانقسامات الورقية الموضوعة في مظاريف غير شفافة، وهكذا لا يرفض التاريخ المتسق النتائج المغايرة في حد ذاته، فهو يرفضها فقط عندما يتم دمجها مع نتائج غير متوافقة.
بينما في تفسير كوبنهاجن أو تفسير العوالم المتعددة لا يمكن أن تستمر العمليات الجبرية لاشتقاق عدم مساواة بيل بسبب عدم وجود قيمة أو العديد من القيم التي تتطلب قيمة واحدة في التاريخ المتسق، حيث يمكن إجراؤها.
ولكن لا يمكن لمعاملات الارتباط الناتجة أن تكون مساوية لتلك التي يمكن الحصول عليها من خلال القياسات الفعلية، والتي يتم تقديمها بدلاً من ذلك من خلال قواعد الشكلية الميكانيكية الكمية، ويجمع الاشتقاق بين النتائج غير المتوافقة التي يمكن أن يكون بعضها فقط واقعيًا لتجربة معينة والباقي يكون واقعيًا.
إذا كانت ميكانيكا الكم تصف العالم بشكل مثالي فلماذا لا تلاحظ مبادئها في الحياة العادية
يكمن الجواب على هذا في مصطلح فك الترابط، حيث ينشأ فك الترابط عند تفاعل النظام الكمي مع البيئة وفي هذه اللحظة، تؤدي فوضى عدم اليقين في حالة البيئة إلى تغيير حالة النظام الكمي بشكل لا يمكن السيطرة عليه.
وخير مثال على ذلك هو تأثير المراقب المعروف، فحتى الملاحظة السلبية للتفاعلات الكمية يمكن أن تؤثر في الواقع على نتائج القياس، وهذا هو المفهوم بالذات الذي يفسر لماذا يمكن للإلكترون أن يوجد في وقت واحد في نقطتين في الفضاء ولا يمكن للإنسان أن يوجد، مع أن الإنسان على اتصال دائم بالبيئة.
ما مدى صعوبة فيزياء الكم إذا كانت جميع عملياتها تتبع قواعد غير بديهية وغير متوقعة
دراسة فيزياء الكم تشبه إلى حد كبير دراسة الفيزياء الكلاسيكية، على سبيل المثال واعتمادًا على طول الموجة، يمكن أن تتصرف الموجات الكهرومغناطيسية بشكل مختلف تمامًا لدرجة أن حقيقة أن كل هذه الجوانب من نفس الظاهرة الفيزيائية التي تختلف في معلمة واحدة قد تبدو غريبة بالنسبة لغير الفيزيائيين.
مثل الموجات الراديوية التي تستخدم في الاتصالات اللاسلكية، وأفران الميكروويف التي تستخدم في الشبكات الخلوية ولتسخين الطعام في أفران الميكروويف والأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية وأشعة غاما، حيث إن كل هذه أشكال من الانبعاث الكهرومغناطيسي.
وعلى الرغم من أنها قد تبدو مختلفة تمامًا في البداية، فإذا تم مراقبة هذه الظواهر لبعض الوقت وتم التعامل معها عن كثب بما يكفي فسوف يتم النظر إلى النطاق الكامل لهذه الظواهر كجزء من صورة مشتركة وواضحة.
ما هي اكتشافات فيزياء الكم في المستقبل
استغرق الأمر من 50 إلى 70 عامًا للتحقق من صحة النموذج القياسي وقضيت سنوات عديدة في بناء مصادم الهادرونات الضخم والمكلف؛ حيث تستدعي نقطة التحقق التالية مثل هذه الطاقات بحيث لا يكون مسرع الجسيمات بحجم كوكب كافيًا.
لذلك، يمكن توقع توقفًا في ما يتعلق بالإثبات التجريبي للنظريات الموجودة ثم مرة أخرى يبحث العلماء حاليًا عن شركاء فائقين والأكسيون، بالإضافة إلى جسيمات المادة المظلمة.
من ناحية أخرى، لا يزال هناك الكثير لاكتشافه على مستوى النظرية، على سبيل المثال لا تزال نظرية الأوتار والجاذبية الكمية الحلقية كمرشحين لـنظرية كل شيء، متخلفين نسبيًا بسبب تعقيدهما الرياضي، لذلك قد يظهر قريبًا نهج جديد سيكون أفضل.
العرضان المختلفان لفيزياء الكم
- في الكيمياء يرى الواقعيون أن النظرية القائلة بأن التفاعلات الكيميائية هي نتيجة التفاعلات بين الذرات والجزيئات هي سبب وجيه للاعتقاد بأن الذرات والجزيئات موجودة وتتفاعل بالطريقة الموصوفة في معادلات التفاعل الكيميائي.
- لكن غير الواقعيين لا يفكرون بهذه الطريقة، وبعد كل شيء، يمكن تخيل نظريات أخرى تقدم نفس التنبؤات؛ حيث سيقولون أن القوة التنبؤية للنظرية تعني أنها أداة دقيقة لعمل التنبؤات، وهذا كل شيء، وهذا الرأي يسمى أيضا الذرائعية.
- تتعامل معادلات النسبية لأينشتاين مع الزمكان على أنه مادة فعلية توضع فيها الأشياء، أي مادة مشوهة ومنحنية بالكتلة وتجعل الأشياء تتصرف بطرق معينة، لكن العازف قد يجادل بأن هذا لا يعني أن الزمكان هو في الحقيقة مادة، مما يعني فقط التظاهر بأنه قد يكون طريقة مفيدة لعمل تنبؤات حول سلوك الأشياء، وفي الواقع يبدو أن هذا هو ما اعتقده أينشتاين عن النسبية.
- بسبب الأشياء الغريبة التي تقترحها ميكانيكا الكم حول طبيعة الجسيمات دون الذرية؛ أشياء لا يبدو أنها منطقية، حيث يريد العديد من العلماء قول الشيء نفسه عن ميكانيكا الكم، إذ أن وظائف الموجة الكمومية لا تخبر ما هي الجسيمات حقًا كما يقولون، فهي مجرد أداة لعمل تنبؤات دقيقة.
يعتقد العلماء الواقعيون أن النظرية التي تصنع تنبؤات صحيحة هي دليل على أن النظرية صحيحة لكن غير الواقعيين يختلفون معها، حيث إنهم يعتقدون أن مجرد استخدام النظرية لحساب شيء ما بدقة لا يجعل النظرية صحيحة في حد ذاتها.
