اقرأ في هذا المقال
- نظرية المتغير الخفي
- أشهر نظرية المتغيرات الخفية
- المتغيرات المخفية المحلية واختبارات بيل
- حالات الكم مع نموذج متغير مخفي محلي
- تأثيرات الوقت في المتغير الخفي
على الرغم من معارضة العلماء المشهورين حول نظرية المتغير الخفي، فإن وجهة النظر المقبولة عمومًا هي أن المتغيرات الخفية ليست ضرورية لنظرية كاملة لميكانيكا الكم، حيث دحض العالم جون بيل لأول مرة الحاجة إلى المتغيرات المخفية المحلية في عام 1964.
نظرية المتغير الخفي
في تفسير ميكانيكا الكم فإن نظرية المتغير الخفي هي نظرية متغير خفي تفي بشرط التوافق مع الواقعية المحلية، حيث يتضمن هذا جميع أنواع النظرية التي تحاول تفسير السمات الاحتمالية لميكانيكا الكم من خلال آلية المتغيرات الأساسية التي يتعذر الوصول إليها مع المتطلبات الإضافية، ومن الواقعية المحلية بأن تكون الأحداث البعيدة مستقلة وتستبعد اللحظية أي أسرع من ضوء التفاعلات بين أحداث منفصلة.
تم استكشاف الآثار الرياضية لنظرية المتغير المخفي المحلية فيما يتعلق بظاهرة التشابك الكمومي من قبل الفيزيائي جون ستيوارت بيل، والذي أثبت في عام 1964 أن الفئات العريضة من نظريات المتغيرات المخفية المحلية، حيث لا يمكنه إعادة إنتاج الارتباطات بين نتائج القياس التي تتوقعها ميكانيكا الكم، حيث أن الاستثناء الأبرز هو الحتمية الفائقة، ويمكن أن تكون نظريات المتغير الخفي الفائقة التحديد محلية، ومع ذلك تكون متوافقة مع الملاحظات.
أشهر نظرية المتغيرات الخفية
إن أشهر نظرية المتغيرات الخفية هي نظرية الفيزيائي والفيلسوف ديفيد بوم، إذ أن ما فعله العالم بوم هو التمييز بين الجسيم الكمومي مثل الإلكترون و الموجة الموجهة الخفية التي تتحكم في حركته، وبالتالي في هذه النظرية من الواضح أن الإلكترونات جسيمات، عند إجراء تجربة ذات شقين فإنها تمر عبر شق واحد بدلاً من الآخر، ومع ذلك فإن اختيارهم للشق ليس عشوائيًا، ولكن تحكمه الموجة التوجيهية مما يؤدي إلى نمط الموجة الذي يتم ملاحظته.
يتمثل الضعف الرئيسي في نظرية بوم في أنها تبدو مفتعلة وهي كذلك، حيث تم تصميمه عن عمد لإعطاء تنبؤات مطابقة في جميع التفاصيل لميكانيكا الكم التقليدية، إذ لم يكن هدفه تقديم اقتراح مضاد جاد، ولكن ببساطة لإثبات أن نظريات المتغيرات الخفية ممكنة بالفعل.
يُقترح أحيانًا أن نظريات المتغيرات الخفية قد تم استبعادها من خلال تجربة (Aspect) وهذا سوء فهم للتجربة، حيث أن ما فعلته هو إظهار أن محاولات تفسير الظواهر الكمومية لا يمكن أن تحافظ على مبدأ الواقع ومبدأ المكانة، إن التفسير المعتاد يتجاهل مبدأ الواقع، ويجب أن تكون نظريات المتغيرات الخفية بحتميتها الأساسية غير محلية، وتحافظ على وجود علاقات سببية فورية بين الكيانات المنفصلة جسديًا.
تتعارض مثل هذه النظرة مع الموقع البسيط للأحداث في كل من النظرية الذرية الكلاسيكية والنظرية النسبية، إذ أنه يشير إلى نظرة أكثر شمولية لعالم الكم، وفي الواقع شدد بوم نفسه على الجانب الشمولي لنظرية الكم في سنواته الأخيرة.
المتغيرات المخفية المحلية واختبارات بيل
تبدأ نظرية بيل بتضمين مبدأ الواقعية المحلية، حيث أن عمليات القياس المنفصلة مستقلة، وبناءً على هذه الفرضية يمكن كتابة احتمال حدوث مصادفة بين القياسات المنفصلة للجسيمات ذات خصائص الاتجاه المترابطة على سبيل المثال المتطابقة أو المعاكسة:
إذ أن 
عندما اشتق جون ستيوارت بيل عدم المساواة في الأصل كان ذلك مرتبطًا بأزواج من جسيمات السبين -1 / 2 المتشابكة، حيث يتم اكتشاف كل واحدة من الجسيمات المنبعثة، وأظهر بيل أنه عندما يتم تدوير أجهزة الكشف فيما يتعلق ببعضها البعض، حيث يجب أن تعطي النماذج الواقعية المحلية منحنى ارتباط يحده خط مستقيم بين الحد الأقصى بمحاذاة أجهزة الكشف، في حين أن منحنى الارتباط الكمي هو علاقة جيب التمام .
لم يتم إجراء اختبارات بيل الأولى باستخدام جسيمات تدور 1/2، ولكن باستخدام الفوتونات التي لها دوران 1، حيث ينتج عن التنبؤ المتغير المحلي المخفي الكلاسيكي للفوتونات استنادًا إلى معادلات ماكسويل جيب التمام، لكن بسعة مخفضة بحيث يظل المنحنى ضمن حدود الخط المستقيم المحددة في متباينة بيل الأصلية.
تفترض نظرية بيل أن إعدادات القياس مستقلة تمامًا وليست من حيث المبدأ يحددها الكون ككل، حيث إذا كان هذا الافتراض غير صحيح كما هو مقترح في الحتمية الفائقة فقد يتم إبطال الاستنتاجات المستخلصة من نظرية بيل، وتعتمد النظرية أيضًا على قياسات منفصلة فعالة جدًا وشبيهة بالفضاء، وتسمى هذه العيوب بشكل عام ثغرات، وتم إجراء تحقق تجريبي خالٍ من الثغرات لانتهاك عدم المساواة في بيل.
حالات الكم مع نموذج متغير مخفي محلي
بالنسبة للحالات المنفصلة لجسيمين هناك نموذج بسيط متغير مخفي لأي قياسات على الطرفين، ومن المثير للدهشة أن هناك أيضًا حالات متشابكة يمكن وصف جميع قياسات فون نيومان لها بنموذج متغير مخفي، حيث إن مثل هذه الحالات متشابكة لكنها لا تنتهك أي عدم مساواة في بيل. إن ما يسمى بحالات (Werner) هي عائلة ذات معلمة واحدة من الحالات التي تكون ثابتة في ظل أي تحويل من النوع
حيث أن U هي مصفوفة وحدوية بالنسبة لاثنين من الكيوبتات، فهي مفردة صاخبة تُعطى كـ 
حيث أن 
أظهر (RF Werner) أن مثل هذه الحالات تسمح بنموذج متغير مخفي لـ( 
تم إنشاء النماذج المتغيرة المخفية أيضًا لحالات التشابك القصوى المزعجة، وحتى تم تمديدها إلى حالات نقية عشوائية ممزوجة بالضوضاء البيضاء، وبجانب الأنظمة ثنائية الأجزاء توجد أيضًا نتائج للحالة متعددة الأجزاء، وتم تقديم نموذج متغير مخفي لأي قياسات فون نيومان في الأطراف لحالة كمية ثلاثة كيوبت.
تأثيرات الوقت في المتغير الخفي
في السابق تم تخمين بعض الفرضيات الجديدة فيما يتعلق بدور الوقت في بناء نظرية المتغيرات الخفية، وتم اقتراح نهج واحد من قبل العالم كارين وفيليب ويعتمد على النتائج المحتملة للاعتماد على الوقت للمتغيرات الخفية، وتم انتقاد هذه الفرضية من قبل العلماء جيل و زيلينجر.
المتغيرات المخفية هي فكرة بين بعض علماء الفيزياء الكلاسيكيين أن ميكانيكا الكم ليست في الحقيقة عشوائية وغير قابلة للقياس، كما تبدو ولكن يمكن التنبؤ بها تمامًا إذا تم معرفة القواعد الداخلية التي تم تطبيقها.
