اقرأ في هذا المقال
- ما المقصود بمفارقة إي بي آر (EPR)
- نظرية المتغيرات المخفية
- عدم اليقين في ميكانيكا الكم
- نظرية بيل في مفارقة أي بي آر (EPR)
تم حل مفارقة أينشتاين بودولسكي روزن (EPR) وشرح انتهاك عدم مساواة بيل بالحفاظ على الواقعية والاستدلال الاستقرائي وقابلية فصل أينشتاين، ويشير (EPR) إلى التشابك الكمي لمفارقة (EPR)، حيث تم اشتقاق الرمز من الأحرف الأولى من ألقاب المؤلفين الذين كتبوا الورقة الأولى عن الثقوب الدودية، وهم ألبرت أينشتاين وناثان روزن والورقة الأولى عن التشابك، وهم أينشتاين وبوريس بودولسكي وروزين.
ما المقصود بمفارقة إي بي آر (EPR)
إن مفارقة إي بي آر أو مفارقة العلماء أينشتاين وبودولسكي وروزن هي تجربة عبر الأفكار تتطلع إلى توضيح وشرح مفارقة متأصلة في الصيغ المبكرة لنظرية الكم، إذ إنه من بين أفضل الأمثلة المعروفة للتشابك الكمومي، وتتشكل المفارقة من جسيمين متشابكين مع بعضهما البعض وفقًا لميكانيكا الكم.
بموجب تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم يكون كل جسيم على حدة في حالة غير مؤكدة حتى يتم قياسه وعند هذه النقطة تصبح حالة ذلك الجسيم مؤكدة، وفي نفس اللحظة بالضبط تصبح حالة الجسيم الآخر مؤكدة أيضًا والسبب في تصنيفها على أنها مفارقة هو أنها تنطوي على ما يبدو على اتصال بين الجسيمين بسرعات تفوق سرعة الضوء، وهو ما يتعارض مع نظرية النسبية لألبرت أينشتاين.
أصل مفارقة إي بي آر
كانت المفارقة هي النقطة المحورية في حديث جدي وصارم بين أينشتاين ونيلز بور، حيث لم يكن أينشتاين قابلاً لميكانيكا الكم التي حدثت بواسطة بوهر وزملاؤه، واعتمادا على العمل الذي أنشأه أينشتاين ومن المفارقات وجنبا إلى جنب مع زملائه بوريس بودولسكي وناثان روزين طور أينشتاين مفارقة (EPR) كوسيلة لتبيين أن النظرية لا تتماشى مع قوانين الفيزياء المعروفة الأخرى، وفي ذلك الوقت لم تكن هناك وسيلة حقيقية لإجراء التجربة، لذلك كانت مجرد تجربة عبر الأفكار أو تجربة جيدة.
بعد عدة سنوات قام الفيزيائي ديفيد بوم بتعديل مثال مفارقة EPR، بحيث أصبحت الأمور أكثر وضوحًا، وكانت الطريقة الأصلية التي قُدمت بها المفارقة مربكة إلى حد ما حتى للفيزيائيين المحترفين.
في صيغة (Bohm) الأكثر شيوعًا يتحلل جسيم غير مستقر 0 إلى جسيمين مختلفين، الجسيم أ والجسيم ب يتجهان في اتجاهين متعاكسين، ونظرًا لأن الجسيم الأولي كان يدور بمقدار 0 فإن مجموع الجسيمين الجديدين الملفين يجب أن يساوي صفرًا، إذا كان الجسيم أ يحتوي على دوران +1/2 فيجب أن يحتوي الجسيم ب على دوران -1/2 والعكس صحيح.
مرة أخرى وفقًا لتفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم حتى يتم إجراء القياس لا يمتلك أي من الجسيمين حالة محددة، كلاهما في حالة تراكب لحالات محتملة مع احتمال متساوٍ في هذه الحالة؛ بسبب وجود دوران موجب أو سالب.
عوائق مفارقة إي بي آر
هناك نقطتان رئيسيتان تجعلان هذا الأمر مزعجًا:
- تقول فيزياء الكم أنه حتى لحظة القياس لا تمتلك الجسيمات دورانًا كميًا محددًا ولكنها في حالة تراكب للحالات الممكنة.
- بمجرد أن يتم قياس دوران الجسيم أ نعرف على وجه اليقين القيمة التي نحصل عليها من قياس دوران الجسيم ب.
إذا تم قياس الجسيم أ يتبين أن الدوران الكمي للجسيم أ يتم عمله وتصحيحه عن طريق القياس، ولكن بطريقة ما يعرف الجسيم ب فورا ما هو الدوران الذي من المفترض أن يتخذه، وبالنسبة لأينشتاين كان هذا انتهاكًا علنيا لنظرية النسبية.
نظرية المتغيرات المخفية
وبناءً على ما ورد في الأعلى فلم يشكك أحد في النقطة الثانية، فكان الجدل كله يتعلق بالنقطة الأولى، حيث أيد بوم وأينشتاين نهجًا بديلًا يسمى نظرية المتغيرات الخفية، والتي اقترحت أن ميكانيكا الكم غير مكتملة، وفي وجهة النظر هذه كان لابد من وجود جانب من جوانب ميكانيكا الكم لم يكن واضحًا على الفور، ولكن يجب إضافته إلى النظرية لشرح هذا النوع من التأثير غير المحلي.
على سبيل المثال هناك ظرفين يحتوي كل منهما على نقود، وإذا قيل أن أحدهما يحتوي على فاتورة بقيمة 5 دولارات والآخر يحتوي على فاتورة بقيمة 10 دولارات، وإذا تم فتح ظرفاً واحدًا وكان يحتوي على فاتورة بقيمة 5 دولارات فهناك يقين من أن المغلف الآخر يحتوي على فاتورة بقيمة 10 دولارات.
تبقى مشكلة هذا القياس في أن ميكانيكا الكم حتما لا يمكن أن تشتغل بهذا الأسلوب؛ لإن في حالة النقود يوجد في كل مغلف على فاتورة معينة حتى لو لم يتم التمكن من البحث فيها.
علاقة مفارقة EPR بالموقع
للمنطقة معاني مختلفة في الفيزياء، حيث يصف (EPR) مبدأ الموقع بأنه يؤكد أن العمليات المادية التي تحدث في مكان ما يجب ألا يكون لها تأثير فوري على عناصر الواقع في مكان آخر، وللوهلة الأولى يبدو أن هذا افتراض معقول، حيث يبدو أنه نتيجة للنسبية الخاصة التي تنص على أنه لا يمكن أبدًا نقل الطاقة أسرع من سرعة الضوء دون انتهاك السببية، ومع ذلك فقد تبين أن القواعد المعتادة للجمع بين الأوصاف الميكانيكية الكمومية والكلاسيكية تنتهك مبدأ (EPR) الخاص بالمكان دون انتهاك النسبية الخاصة أو السببية.
إن السببية محفوظة لأنه لا توجد وسيلة لأليس لنقل أي المعلومات إلى بوب عن طريق التلاعب بمحور القياس الخاص بها، أيًا كان المحور الذي تستخدمه لديها احتمال بنسبة 50٪ للحصول على + و 50٪، ووفقًا لميكانيكا الكم فإنه من المستحيل التأثير على النتيجة التي تحصل عليها، علاوة على ذلك لا يستطيع بوب إجراء القياس إلا مرة واحدة.
كملخص نتائج تجربة الفكر (EPR) فإنها لا تتعارض مع تنبؤات النسبية الخاصة، ومع ذلك فإن مبدأ المكانة يروق بقوة للحدس الجسدي، وكان آينشتاين وبودولسكي وروزين غير مستعدين للتخلي عنه، لقد سخر أينشتاين من تنبؤات ميكانيكا الكم ووصفها بأنها عمل مخيف عن بعد، حيث أن الاستنتاج الذي توصلوا إليه هو أن ميكانيكا الكم ليست نظرية كاملة.
عدم اليقين في ميكانيكا الكم
عدم اليقين في ميكانيكا الكم لا يمثل فقط نقصًا في المعرفة بل يمثل افتقارًا أساسيًا للواقع المحدد، وحتى يتم إجراء القياس وفقًا لتفسير كوبنهاجن تكون الجسيمات في الواقع في حالة تراكب لجميع الحالات الممكنة، كما في حالة القط الميت أو الحي في تجربة شرودنجر الفكرية للقطط.
وفي حين أن معظم الفيزيائيين كانوا يفضلون وجود كون بقواعد أكثر وضوحًا لم يستطع أحد معرفة بالضبط ماهية هذه المتغيرات المخفية أو كيف يمكن دمجها في النظرية بطريقة ذات مغزى، دافع بوهر وآخرون عن تفسير كوبنهاجن القياسي لميكانيكا الكم، والذي استمر في دعمه بالأدلة التجريبية، والتفسير هو أن الدالة الموجية التي تصف تراكب الحالات الكمومية المحتملة موجودة في جميع النقاط في وقت واحد.
حيث إن دوران الجسيم أ ودوران الجسيم ب ليسا كميات مستقلة، ولكن يتم تمثيلهما بالمصطلح نفسه في معادلات فيزياء الكم، وفي اللحظة التي يتم فيها القياس على الجسيم أ تنهار وظيفة الموجة بأكملها في حالة واحدة، وبهذه الطريقة لا يحدث اتصال بعيد.
نظرية بيل في مفارقة أي بي آر (EPR)
جاء المسمار الرئيسي في نعش نظرية المتغيرات الخفية من الفيزيائي جون ستيوارت بيل فيما يُعرف باسم نظرية بيل، حيث طور سلسلة من عدم المساواة تسمى متباينات بيل، والتي تمثل كيفية توزيع قياسات دوران الجسيم أ والجسيم ب إذا لم تكن متشابكة، وفي تجربة تلو الأخرى تم انتهاك متباينات بيل، مما يعني أن التشابك الكمي يبدو أنه يحدث.
وبالرغم من هذا الإثبات مضاد لذلك يبقى هناك بعض مؤيدي نظرية المتغيرات الخفية بالرغم من أن هذا هو الغالب بين الفيزيائيين الهواة وليس المحترفين.
