تجربة بوبر في فيزياء الكم

اخترع بوبر تجربة فكرية يُزعم أنها تختبر تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم ولكن ليس النظرية نفسها، على وجه الخصوص يُزعم اختبار تطبيق مبدأ عدم اليقين هايزنبرغ على القياسات غير المباشرة، حيث إن التجربة مشابهة لتجربة فكرية (EPR) لكنها تعاني من بعض العيوب الفنية، حيث يتم فحص هذه العيوب لمعرفة ما إذا كانت تؤثر على صحة الحجة، ولكن طالما يمكن التخفيف من حدتها بالوسائل التقنية فإن الحجة تحتفظ بقوتها.

تجربة بوبر

تجربة بوبر هي تجربة اقترحها الفيلسوف كارل بوبر لاختبار التفسيرات المختلفة لميكانيكا الكم (QM)، في الواقع في وقت مبكر بدأ بوبر في انتقاد تفسير كوبنهاجن الأكثر قبولًا بشكل متزايد، وهو تفسير ذاتي شعبي لميكانيكا الكم لذلك بين في كتابه الأكثر شهرة (Logik der Forschung) اقترح تجربة أولى يُزعم أنها تميز تجريبيًا بين تفسير كوبنهاجن والتفسير الواقعي وهو ما دعا إليه.

ومع ذلك عاد بوبر إلى أسس ميكانيكا الكم منذ عام 1948 عندما طور نقده للحتمية في كل من الفيزياء الكمومية والكلاسيكية، في واقع الأمر كثف بوبر أنشطته البحثية بشكل كبير حول أسس ميكانيكا الكم خلال الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي، حيث طور تفسيره لميكانيكا الكم من حيث الاحتمالات الموجودة الحقيقية وأيضًا بفضل دعم عدد من من علماء الفيزياء المتميزين مثل ديفيد بوم.

وصف تجربة بوبر

• تستغل تجربة بوبر لعام 1980 أزواج من الجسيمات المتشابكة من أجل وضع مبدأ عدم اليقين لهيزنبرغ قيد الاختبار، حيث أنه في الواقع يؤكد بوبر ويقول أود أن أقترح تجربة حاسمة لاختبار ما إذا كانت المعرفة وحدها كافية لخلق عدم يقين ومعها تشتت كما هو متنازع عليه بموجب تفسير كوبنهاجن أو ما إذا كان الوضع المادي هو المسؤول عن التشتت.

• تتكون تجربة بوبر المقترحة من مصدر منخفض الكثافة للجسيمات يمكنه توليد أزواج من الجسيمات تنتقل إلى اليسار واليمين على طول المحور السيني، إن الشدة المنخفضة للشعاع يكون فيها الاحتمال مرتفعًا، حيث أن جسيمين تم تسجيلهما في نفس الوقت على اليسار وعلى اليمين هما الجسيمان اللذان تفاعلا بالفعل قبل الانبعاث.

• يوجد شقان أحدهما في مسار الجسيمين، وتوجد خلف الشقوق صفائف نصف دائرية من العدادات يمكنها اكتشاف الجسيمات بعد مرورها عبر الشقوق، هذه العدادات عبارة عن عدادات متطابقة بحيث تكتشف فقط الجسيمات التي مرت في نفس الوقت.

• جادل بوبر أنه نظرًا لأن الشقوق توضع الجسيمات في منطقة ضيقة على طول المحور y، فمن مبدأ عدم اليقين فإنها تواجه شكوكًا كبيرة في مكونات y لعزمها، سيظهر هذا الانتشار الأكبر في الزخم كجسيمات يتم اكتشافها حتى في المواضع التي تقع خارج المناطق التي تصل فيها الجسيمات عادةً بناءً على انتشار الزخم الأولي.

• يقترح بوبر أنه يتم حساب الجسيمات بالصدفة، أي أنه يتم حساب فقط الجسيمات الموجودة خلف الشق (B)، والتي مر شريكها عبر الشق (A)، ويتم تجاهل الجسيمات غير القادرة على المرور عبر الشق (A).

• يتم اختبار تشتت هايزنبرغ لكل من حزم الجسيمات المتجهة إلى اليمين واليسار عن طريق جعل الشقين (A) و (B) أوسع أو أضيق، إذا كانت الشقوق أضيق فيجب أن تلعب العدادات الأعلى والأعلى في الأسفل ويُرى ذلك من الشقوق، ويشير دخول هذه العدادات إلى زوايا التشتت الأوسع التي تتماشى مع شق أضيق وفقًا لعلاقات هايزنبرغ.

• في الصورة الثانية إن الشق (A) الضيق والشق (B) مفتوحًا على مصراعيه، لكن هل سيُظهر الجسيمان تشتتًا متساويًا في عزمهما إذ يقول يقول بوبر إن لم يفعلوا ذلك فإن تفسير كوبنهاجن خاطئ وإذا فعلوا ذلك فهذا يشير إلى العمل عن بعد كما يقول بوبر.

• الآن الشق عند (A) صغير جدًا والشق عند (B) عريض جدًا، قال بوبر أنه وفقًا لحجة EPR تم قياس الموضع (y) لكلا الجسيمين (الجسيم الذي يمر عبر (A) والآخر الذي يمر عبر (B)) بدقة ، وليس فقط للجسيم الذي يمر عبر الشق (A)، وهذا لأنه من حالة (EPR) الأولية المتشابكة، حيث يمكن حساب موضع الجسيم 2 بمجرد معرفة موضع الجسيم 1 بنفس الدقة تقريبًا، يقول بوبر أنه يمكن القيام بذلك على الرغم من أن الشق (B) مفتوح على مصراعيه.

• لذلك يذكر بوبر أن المعرفة الدقيقة إلى حد ما حول موضع (y) للجسيم 2 قد تم إجراؤها، ويتم قياس موقع (y) بشكل غير مباشر، وبما أنه وفقًا لتفسير كوبنهاجن فإن المعرفة التي وصفتها النظرية وخاصة علاقات هايزنبرغ ينبغي توقع أن الزخم من الجسيم 2 يتشتت بقدر ما يتشتت الجسيم 1، على الرغم من أن الشق (A) أضيق بكثير من الشق المفتوح على نطاق واسع عند (B).

• الآن يمكن اختبار التبعثر من حيث المبدأ بمساعدة العدادات، حيث إذا كان تفسير كوبنهاجن صحيحًا فإن مثل هذه العدادات الموجودة على الجانب الآخر من (B) والتي تشير إلى انتشار واسع وشق ضيق، يجب أن تحسب الآن صدف العدادات التي لم تحسب أي جسيمات قبل تضييق الشق (A).

تلخيص تجربة بوبر

• إذا كان تفسير كوبنهاجن صحيحًا، فإن أي زيادة في الدقة في قياس المعرفة المجردة بالجسيمات التي تمر عبر الشق (B) يجب أن تزيد من تشتتها.

• كان بوبر يميل إلى الاعتقاد بأن الاختبار سيقرر ضد تفسير كوبنهاجن، حيث يتم تطبيقه على مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، وقال بوبر إنه إذا تقرر الاختبار لصالح تفسير كوبنهاجن فيمكن تفسيره على أنه مؤشر على العمل عن بُعد.

تجربة كيم شيه

تم تنفيذ تجربة بوبر باستخدام مصدر فوتون تلقائي ذو تحويل إلى أسفل، ولم يلاحظوا العلماء بأن هناك انتشارًا إضافيًا في زخم الجسيم 2 بسبب مرور الجسيم 1 عبر شق ضيق، ويقولون في الواقع من المدهش أن نرى أن النتائج التجريبية تتفق مع تنبؤات بوبر.

فمن خلال التشابك الكمومي قد يتعلم المرء المعرفة الدقيقة لموقف الفوتون، وبالتالي يتوقع قدرًا أكبر من عدم اليقين في زخمه في ظل تفسير كوبنهاغن المعتاد لعلاقات عدم اليقين، ومع ذلك يُظهر القياس أن الزخم لا يواجه زيادة مقابلة في عدم اليقين، وبدلاً من ذلك كان انتشار الزخم للجسيم 2 الذي لوحظ بالتزامن مع مرور الجسيم 1 عبر الشق A أضيق من انتشار الزخم في الحالة الأولية.

ولخصوا العلماء أنه كان بوبر و (EPR) صحيحين في التنبؤ بالنتائج الفيزيائية لتجاربهما، ومع ذلك ارتكب بوبر و (EPR) نفس الخطأ من خلال تطبيق نتائج فيزياء الجسيمين على تفسير سلوك الجسيم الفردي، الحالة المتشابكة ليست حالة جسيمين فرديين والنتيجة التجريبية بالتأكيد ليست انتهاكًا لمبدأ عدم اليقين الذي يحكم سلوك الكم الفردي، حيث أدى ذلك إلى تجدد الجدل الساخن حتى أن البعض ذهب إلى حد الادعاء بأن تجربة كيم وشيه أثبتت أنه لا يوجد مكان في ميكانيكا الكم.

تم أيضًا اختبار تخمين بوبر تجريبيًا في ما يسمى بتجربة تداخل شبح الجسيمين، لم يتم تنفيذ هذه التجربة بغرض اختبار أفكار بوبر ولكن انتهى بها الأمر إلى إعطاء نتيجة قاطعة بشأن اختبار بوبر، وفي هذه التجربة يسافر فوتونان متشابكان في اتجاهات مختلفة، حيث يمر الفوتون 1 عبر شق ولكن لا يوجد شق في مسار الفوتون 2، ومع ذلك إذا تم اكتشاف الفوتون 2 بالصدفة مع كاشف ثابت خلف الفوتون 1 للكشف عن الشق فإنه يُظهر نمط حيود.