يشكل مبدأ التراكب العمود الفقري الأساس لنظرية الكم، إذ إن البنية الخطية الناتجة عن نظرية الكم صلبة من الناحية الهيكلية لدرجة أن العبث بها قد يكون له عواقب وخيمة، وعلى ما يبدو فهي غير مادية، وكان هذا المبدأ ناجحًا حتى في أعلى طاقات التسريع المتاحة.
مبدأ التراكب في فيزياء الكم
إن النظام الكمومي يوجد في عدة حالات كمومية منفصلة في نفس الوقت، مثلا تمتلك الإلكترونات خاصية كمومية تسمى الدوران، وهو نوع من الزخم الزاوي الجوهري، ففي وجود مجال مغناطيسي، قد يتواجد الإلكترون في حالتين محتملتين من الدوران، يشار إليهما عادةً بالدوران لأعلى ولأسفل.
سيكون لكل إلكترون حتى يتم قياسه، فرصة محدودة في أن يكون في أي من الحالتين، فقط عند القياس يُلاحظ أنه في حالة دوران معينة.
مثلا عند تخيل لمس سطح بركة عند نقطتين مختلفتين في نفس الوقت، ستنتشر الموجات إلى الخارج من كل نقطة وتتداخل في النهاية لتشكل نمطًا أكثر تعقيدًا هذا هو تراكب للأمواج، وبالمثل في علم الكم تمتلك كائنات مثل الإلكترونات والفوتونات خصائص موجية يمكن أن تتحد وتصبح ما يسمى بالتراكب.
كيف يمكن ملاحظة التراكب الكمي
تم إجراء العديد من التجارب التي تثبت بشكل قاطع وجود التراكب مثل مرشحات الضوء، حيث أن الشاشات التي تحجب الضوء بشكل انتقائي، مثل تلك الموجودة في النظارات الشمسية المستقطبة أو عدسات الكاميرا.
معظم الضوء المرئي هو مزيج من العديد من الموجات المختلفة القادمة من الشمس ومصادر أخرى، حيث يتم تدوير قمم ووديان هذه الموجات في اتجاهات مختلفة دفعة واحدة، وبعبارة أخرى يكون الضوء في حالة تراكب لهذه الحالات المستقطبة المختلفة.
تجربة استقطاب الضوء توضيح مبدأ التراكب
عندما تتفاعل موجات الضوء مع محيطها تتغير خصائصها، ومن المرجح أن يكون الضوء الذي ينعكس عن سطح بحيرة أو أرض مغطاة بالثلوج مستقطبًا أفقيًا، فإذا واجه هذا الضوء مرشحًا يسمح بمرور الضوء المستقطب عموديًا فقط، فسيتم حظر الانعكاس، هذه هي الطريقة التي ترشح بها النظارات الشمسية المستقطبة الوهج من الأسطح العاكسة في يوم مشرق.
يصبح التراكب واضحًا عندما نرتب أكثر من مرشح بطرق مختلفة لاستخراج خصائص إضافية للضوء، سيكون للضوء الذي يمر عبر مرشح أفقي فرصة بنسبة 100 في المائة للمرور عبر مرشح أفقي ثان، أي أن كل الضوء سيمر من خلاله، وإذا تم تدوير الفلتر الثاني تدريجيًا نحو اتجاه رأسي، فإن فرصة مرور الضوء عبر كلا الفلترين تقل بشكل مطرد، حيث سيمر نصف الضوء عندما يصل الفلتر إلى القطر (45 درجة) ولن يمر أي ضوء عندما يكون المرشح عموديًا.
إذا لم يكن التراكب موجودًا، فسيتم حظر الضوء تمامًا بمجرد تدوير الفلتر الثاني حتى ولو بجزء بسيط من الدرجة لأن كل الضوء الذي يمر عبر الفلتر الأول سيكون مستقطبًا أفقيًا بشكل صارم، ومن المثير للدهشة أن إضافة مرشح قطري بين المرشحات الأفقية والعمودية يسمح لبعض الضوء بالمرور عبر النظام.
هذا أيضًا نتيجة التراكب، حيث سيسمح الفلتر الجديد بمرور 50 بالمائة من الضوء القادم من خلال الفلتر الأفقي، بعد ذلك ونظرًا لأن المرشح الجديد قطري أيضًا بالنسبة إلى الفلتر العمود، فسيسمح الفلتر العمودي بمرور 50 بالمائة من الضوء، كما يعمل الفلتر القطري على إعادة ضبط تراكب الضوء بجعله أكثر عرضة لاستقطاب الرأس.
مشاكل التراكب الكمي
التشابك هو إحدى الظواهر الأخرى المضادة للحدس في فيزياء الكم، حيث يتشابك زوج أو مجموعة من الجسيمات عندما لا يمكن وصف الحالة الكمومية لكل جسيم بشكل مستقل عن الحالة الكمومية للجسيمات الأخرى، ويمكن وصف الحالة الكمية للنظام ككل إنه في حالة محددة، على الرغم من أن أجزاء النظام ليست كذلك.
مثلا يتم إنشاء جسيمين بطريقة يكون فيها الدوران الكلي للنظام صفرًا، فإذا تم قياس دوران أحد الجسيمات على محور معين ووجد أنه عكس اتجاه عقارب الساعة، فمن المؤكد أن قياس دوران الجسيم الآخر على طول نفس المحور سيظهر الدوران في اتجاه عقارب الساعة، ويبدو هذا غريبًا، لأنه يبدو أن أحد الجسيمات المتشابكة تشعر بأنه يتم إجراء قياس على الجسيم المتشابك الآخر و يعرف ما يجب أن تكون عليه النتيجة.
لكن هذا ليس هو الحال، حيث يحدث هذا دون أي تبادل للمعلومات بين الجسيمات المتشابكة، ويمكن أن يكونوا على بعد بلايين الأميال من بعضهم البعض وسيظل هذا التشابك موجودًا، سوء الفهم الشائع هو أنه يمكن استخدام التشابك لإرسال المعلومات على الفور من نقطة إلى أخرى، وهذا غير ممكن لأنه على الرغم من أنه من الممكن معرفة حالة الجسيم الآخر عند قياس واحد، فإن نتائج القياس للجسيمات الفردية تكون عشوائية، ولا توجد طريقة لتحديد النتيجة الفردية مسبقًا، وبالتالي لا يمكن إرسال رسالة بهذه الطريقة.
كيفية تطبيق نظرية التراكب
تمثل الاستراتيجية المستخدمة في نظرية التراكب في التخلص من جميع مصادر الطاقة باستثناء مصدر واحد داخل الشبكة في وقت واحد، باستخدام التحليل المتسلسل المتوازي لتحديد قطرات الجهد أو التيارات داخل الشبكة المعدلة لكل مصدر طاقة على حدة، بعد ذلك، بمجرد تحديد انخفاضات الجهد والتيارات لكل مصدر طاقة يعمل بشكل منفصل، بحيث تم فرض جميع القيم فوق بعضها البعض مضافة جبريًا للعثور على قطرات تيارات الجهد الفعلية مع تنشيط جميع المصادر.
تطبيقات نظرية التراكب
تطابق المفهوم مع تقييم الشبكة للدوائر الكهربائية، ففي حالات أطروحة التراكب التي بالنسبة لنظام خطي لا سيما دمج الفئة الفرعية للإعدادات الخطية الثابتة للوقت، يمثل الإجراء الجهد أو الحاضر في أي فرع من دارة خطية مقلوبة لها أكبر من مورد مستقل الكمية الجبرية من الاستجابات المتولدة من كل مورد منفصل تبدأ بمفردها، حيث يتم استبدال جميع الموارد المستقلة الأخرى بقابليتها للتأثر داخل الأعماق.
لمعرفة إضافة كل مورد محدد يجب أولاً إيقاف كل واحدة من البدايات الأخرى المختلفة (معدة للصفر) من خلال تغيير جميع مصادر الجهد المستقلة الأخرى باستخدام دائرة كهربائية قصيرة، وبالتالي تخلص من تمييز الجهد، أي V = 0؛ عدم قابلية التأثر الداخلي لمورد الجهد المناسب ليس ماس كهربائي.
تستعيد جميع الموارد الأخرى المستقلة الموجودة بدائرة مفتوحة، وبالتالي يتم إهمال التيار، أي I = 0 الممانعة الداخلية للمصدر الحالي المثالي هي لانهائية أي دائرة مفتوحة، ويتم اتباع هذا العلاج لكل أصل، وبالتالي بعد ذلك تتم إضافة الإجراءات الناتجة لمعرفة النشاط المناسب للدائرة، حيث إن عمل الدائرة الناتج هو تراكب الجهد المختلف والمصادر الموجودة.
تحدد نظرية التراكب أن الدائرة بجهد مختلف، وتقديم الموارد يصل إلى دورات مبسطة باستخدام أحد المصادر فقط. تنتمي الدائرة إلى مصدرين للجهد على سبيل المثال، سيكون بالتأكيد مساويًا لكمية دائرتين، كل واحد يستخدم أحد المصادر ويتخلص من المصادر الأخرى المختلفة.
