تباين ليجيت جارج في فيزياء الكم

إن تباين ليجيت جارج يشبه إلى حد كبير متباينات بيل الشهيرة، والتي تلقي الضوء على الخصائص غير الكلاسيكية للارتباطات المكانية التي تصادفها في الأنظمة المتشابكة، حيث تمتلك ميكانيكا الكم بنية زمنية غنية تميزها عن الفيزياء الكلاسيكية، في عام 1985 اكتشف ليجيت وجارج هذا الهيكل من خلال تقديم مفهوم الواقعية الكبيرة.

ما المقصود بتباين ليجت جارج

إن عدم مساواة ليجيت جارج (Leggett – Garg) المسماة على اسم أنتوني جيمس ليجيت وأنوبام جارج هي عدم مساواة رياضية تحققها جميع النظريات الفيزيائية الواقعية الكبرى، وهنا الواقعية الكبيرة التي تسمى الواقعية العيانية هي نظرة كلاسيكية للعالم محددة من خلال اقتران اثنين من المسلمات.

(Macrorealism) يعتبر بأنه الكائن العياني الذي يتواجد له حالتان أو أكثر من الحالات المتميزة عيانيًا، ويكون في أي وقت في حالة محددة من تلك الحالات، إن قابلية القياس غير الباضعة من الممكن من حيث المبدأ معرفة أي من هذه الحالات يكون النظام فيها دون أي تأثير على الحالة نفسها أو على ديناميكيات النظام اللاحقة.

وفي ميكانيكا الكم يتم انتهاك عدم المساواة (Leggett – Garg) مما يعني أنه لا يمكن فهم التطور الزمني لنظام ما بشكل كلاسيكي، إذ أن الموقف مشابه لانتهاك عدم مساواة بيل في تجارب اختبار بيل، والتي تلعب دورًا مهمًا في فهم طبيعة مفارقة أينشتاين – بودولسكي – روزين، حيث يلعب هنا التشابك الكمي الدور المركزي.

الانتهاكات التجريبية في تباين ليجت جارج

تستخدم إحدى التجارب لإثبات انتهاك الواقعية العيانية أجهزة تداخل كموميةفائقة التوصيل، فهناك باستخدام تقاطعات جوزيفسون يجب أن يكون المرء قادرًا على إعداد تراكبات عيانية للتيارات الإلكترونية الكبيرة الدوارة لليسار واليمين في حلقة فائقة التوصيل، وفي ظل القمع الكافي لفك الترابط يجب أن يكون المرء قادرًا على إثبات انتهاك عدم المساواة لليجيت جارج، ومع ذلك فقد أثيرت بعض الانتقادات بشأن طبيعة الإلكترونات التي لا يمكن تمييزها في بحر فيرمي.

نقد لبعض التجارب الأخرى المقترحة على عدم المساواة ليجيت جارج هو أنها لا تبين انتهاكًا للواقعية الكبيرة؛ لأنها مرتبطة أساسًا بقياس سبينات الجسيمات الفردية، لقد أظهر العلماء انتهاكًا تجريبيًا لعدم مساواة ليجيت جارج عن طريق تراكب المواضع بدلاً من الدوران باستخدام جسيم ضخم، وفي ذلك الوقت وحتى يومنا هذا كانت ذرات السيزيوم المستخدمة في تجربتهم تشكل أكبر الأجسام الكمية التي تم استعمالها لاختبار عدم مساواة ليجيت-جارج بشكل تجريبي.

أجريت تجارب روبن وكذلك كني وآخرون باستخدام القياسات السلبية المثالية، حيث تجنب أيضًا النقد الثاني المشار إليه باسم ثغرة الخرقاء التي تم توجيهها إلى التجارب السابقة باستخدام بروتوكولات القياس التي يمكن تفسيرها على أنها غازية.

تم الإبلاغ عن العديد من الانتهاكات التجريبية الأخرى بما في ذلك التي أجريت مع جزيئات النيوترينو باستخدام مجموعة بيانات (MINOS)، لقد أثبت بروكنر وكوفلر أيضًا أنه يمكن العثور على انتهاكات الكم للأنظمة العيانية الكبيرة بشكل تعسفي، وكبديل لفك الترابط الكمي يقترح بروكنر وكوفلر حلاً للانتقال الكمي إلى الكلاسيكي من حيث القياسات الكمومية الخشنة التي لا يمكن في ظلها عادةً رؤية أي انتهاك لتفاوت ليجيت جارج بعد الآن.

عدم المساواة في نظرية المجال الكمي لتذبذبات النيوترينو

لقد قام العلماء في عدم المساواة الزمنية في ليجيت جارج في عمليات خلط النكهة، حيث قاموا باشتقاق منتجًا دقيقًا لعدم التيقن من كتلة النكهة، ولقد تم إثبات أنه الحد الأعلى لانتهاك عدم المساواة، إذ يتعلق هذا الاكتشاف بالوقت غير الكلاسيكي وعدم اليقين الكمي ويوفر تناظريًا زمنيًا للحد الأعلى من (Tsirelson) لانتهاك عدم مساواة بيل المكانية.

من خلال دراسة المشكلة في كل من الإعداد الميداني النظري الدقيق، وفي التقريب الميكانيكي الكمي المحدود تبين أن عدم المساواة في ليجيت جارج تنتهك بقوة أكبر في نظرية المجال الكمي مقارنة بميكانيكا الكم.

الانتهاك التجريبي لعدم المساواة في ظل فك الترابط

على الرغم من النجاح الكبير لميكانيكا الكم، إلا أن الأسئلة المتعلقة بتطبيقها لا تزال قائمة ولا تزال الحدود بين ميكانيكا الكم والميكانيكا الكلاسيكية غير واضحة، واستنادًا إلى الافتراضات الفلسفية للواقعية الكبيرة وقابلية القياس غير الباضعة ابتكر ليجيت وجارج سلسلة من عدم المساواة في (LG) وهي تتضمن نظامًا واحدًا مع مجموعة من القياسات في أوقات مختلفة.

تم تقديم عدم المساواة في (LG) على أنه عدم مساواة بيل في الوقت المناسب، لذلك انتهاك عدم المساواة في (LG) يستبعد وصف المتغير الخفي، لقد قام العلماء بعملية بحث بشكل تجريبي في عدم مساواة (LG) للفوتون الفردي في ظل فك الترابط الذي تمت محاكاته بواسطة الوسائط ثنائية الانكسار.

تختبر هذه التفاوتات المعممة في (LG) مسار تطور الفوتون، وتظهر أنه قد تم انتهاكه إلى أقصى حد في عملية تطور متماسكة، ويصبح انتهاك تفاوتات (LG) أضعف مع زيادة وقت التفاعل في البيئة، حيث يمكن استخدام القدرة على انتهاك عدم المساواة في (LG) لوضع حد للوصف الواقعي الكلاسيكي.

من حيث الجوهر يمكن تكثيف الواقعية الكبيرة في افتراضين رئيسيين حول الخصائص الزمنية للملاحظات الفيزيائية ضمن أي وصف كلاسيكي للفيزياء، وهي أن الواقعية الكبيرة في حد ذاتها تأخذ الملاحظات المادية قيمًا محددة جيدًا في جميع الأوقات مستقلة عن فعل الملاحظة، وأن قابلية القياس غير الغازية من حيث المبدأ، حيث من الممكن قياس قيمة ما يمكن ملاحظته دون تغيير التطور اللاحق للنظام.