نظرية التغاير في فيزياء الكم

يعتمد امتداد مبدأ النسبية إلى أنظمة الإحداثيات العامة على الفرضية القائلة بأن المراقب المعجل مكافئ محليًا لمراقب بالقصور الذاتي الافتراضي بنفس سرعة المراقب غير القصور الذاتي، ومن المتوقع أن تكون فرضية الموقع هذه صالحة لظواهر الجسيمات الكلاسيكية وكذلك لظواهر الموجات التقليدية ولكن فقط في تقريب الطول الموجي القصير، لذلك من المتوقع أن تتعارض نظرية التغاير بشكل عام مع نظرية الكم التي تقوم على ازدواجية الموجة والجسيم.

ما هي نظرية التغاير

تم تطوير نظرية الكم المؤقتة على أساس تعميم حالة تردد بوهر لتشمل المراقبين المتسارعين، حيث يُفترض أن يكون وصف التسلسل السببي للأحداث مستقلاً عن حركة المراقب، علاوة على ذلك من المفترض أن تكون فرضية الكم صالحة لجميع المراقبين، ويتم فحص الآثار المترتبة على نظرية التغاير بشكل نقدي، حيث تؤدي الصيغة الجديدة للتردد، والتي لا تزال قائمة على فرضية الموقع إلى مراقبة كوانتا الطاقة السالبة من قبل المراقب الدوار  وبالتالي فهي تتعارض مع نظرية الكم.

وبدءًا من حقيقة أن الصياغة التقليدية لميكانيكا الكم من منظور (Heisenberg ،Schrödinger)، لا تفي بمتطلبات التباين المشترك، يتم طرح سؤال حول الأسباب الأعمق لهذه المشكلة؛ هناك عدة حجج لتأسيس جديد لنظرية الكم على أساس “مبدأ التباين الأساسي” المصاغ، والذي يجمع بين المبدأ العام للنسبية (مبدأ التنسيق – التباين المشترك في الزمكان) ومبدأ التغاير (في فضاء الحالات الكمومية).

إن توصيف الارتباطات الكمية، كونها أقوى من الكلاسيكية، والتي هي أضعف من تلك التي تظهر في النماذج غير المشيرة، لا يزال يطرح العديد من الألغاز، وهنا يتم توضيح أن مدى الارتباطات الثنائية في فئة عامة من النظريات غير المحلية يمكن تمييزها بوجود مصفوفة تغاير معينة، ثم تنشأ مجموعة الروابط الثنائية النقطية القابلة للتحقيق الكمي في الحالة الثنائية من قيود دقيقة على بنية مصفوفة التغاير العامة هذه.

هناك أيضًا فئة من النظريات التي لا يمتلك تغايرها أصلًا كميًا ولا أصلًا “كميًا تقريبًا”، ولكنها مع ذلك تنتج روابط ميكانيكية كمومية يمكن الوصول إليها من نقطتين، حيث يؤدي نهجنا إلى تفاوتات أكثر ثراءً من نوع بيل، حيث يرتبط مدى عدم التمركز ارتباطًا وثيقًا بمقياس الانتروبيا غير الإضافي.

أهمية نظرية التغاير الكمي

شكلت تطورات النسبية الخاصة وميكانيكا الكم بداية عصر الفيزياء الحديث، ولقد عرف أنه في حين أن المكان والزمان عبارة عن مفاهيم تعتمد على الإطار، إلا أن هناك كمية الفاصل الزمني للزمكان، والتي يتفق عليها جميع المراقبين بالقصور الذاتي، ويكشف هذا عن حقيقية للكون بأنها ثابتة نسبية، ومن ناحية أخرى، منذ فجر ميكانيكا الكم، لا يوجد إجماع حول ماهية النظرية.

تستند نظرية الكم على فضاء متجه معقد، ومفاهيم المراقب والإطار المرجعي ذاتها مثيرة للجدل، حيث يتم تبني إطارًا نظريًا يظهر من خلاله مجموعة معينة من الموارد الكمومية على أنها ثوابت غاليليو، ولهذه النهاية يتم افتراض مبدأ التناظر العلائقي بين المراقب والمرصود، ويم توظيف مفهوم الإطار المرجعي الكمي.

ثم تتبع التحولات الوحدوية التي تساعد بإدراك الموارد المادية التي تُرى من وجهة نظر أي نظام كمي، ومن المثير للاهتمام أن المرء يحتاج إلى أكثر من التماسك الكمي والارتباطات الكمية لإثبات التباين المشترك في الموارد الكمية، وأخيرًا تظهر أن فكرة الواقع المادي التي تنطوي عليها ميكانيكا الكم ليست مطلقة.

ميكانيكا الكم ونظرية التغاير المشترك

تواجه ميكانيكا الكم الوحدوية صعوبة في التغاير النسبي إذا تم تفسيرها من منظور أحداث الزمكان التي تتميز بخصائص محددة محليًا، ويمكن إثبات أنه لا يوجد مخطط موحد يوفر مثل هذا الحساب المحلي، حيث يمكن أن يفي بمتطلبات نفس الشيء، حيث تنطبق قواعد الاحتمال بالتساوي على جميع الطائرات الفائقة في زمكان مينكوفسكي.

الفرضية الأساسية في هذه البراهين هي أن الطائرات الفائقة المتقاطعة يجب أن تحمل خصائص محلية بطريقة متماسكة، بحيث توفر أوصافًا متفقًا عليها للظروف المادية في نقاط الزمكان حيث تتقاطع، وتثبت البراهين أن هذا التشابك المحلي للطبقات الفائقة مستحيل إذا كانت قاعدة احتمال (Born) صالحة على جميع المستويات الفائقة.

وتتمثل إحدى طرق الاستجابة لهذا الموقف في تقديم إطار مرجعي متميز بالقصور الذاتي، وهذه هي الدورة التي اتخذتها نظرية بوم، والتي بموجبها يتم الاحتفاظ بقاعدة بورن فقط في الإطار المفضل، وهذه طريقة ثابتة وقابلة للتطبيق تجريبياً للخروج من المشكلة، لكن لا يزال هناك توتر مع روح النسبية الخاصة؛ في الواقع لقد جعل أينشتاين تكافؤ إطارات القصور الذاتي مبدأً أساسيًا لنظريته من أجل التعبير نظريًا عن الحقيقة التجريبية المتمثلة في أن نتائج القياس لا تقدم دليلًا على الدور المميز لأي إطار معين.

حيث يحافظ هذا الدافع على الافتراض الأول على قوته أيضًا في ميكانيكا الكم في التنبؤات التجريبية لميكانيكا الكم، حتى في تفسير بوم، وتجعل أي إطار مفضل مفترض غير قابل للكشف.

حل مشكلة نظرية التغاير المشترك في ميكانيكا الكم

إن الافتراض الأساسي في نظريات عدم الانطلاق هو أن خصائص الأنظمة الفيزيائية أحادية، بمعنى أنها مستقلة عن وجود أنظمة أخرى ومحددة محليًا بشكل مستقل عن المستوى الفائق الذي يتم النظر فيه، حيث تم رفض هذا الافتراض في التفسيرات التي تعمل مع الخصائص المعتمدة على المنظورات والطائرة الفائقة، وفي هذه التفسيرات، يتم تحديد الخصائص الفيزيائية لكل طائرة مفرطة، بطريقة متغايرة نسبيًا.

على عكس اقتراح قبول وجود نظام قصور ذاتي متميز، فإن فكرة قبول أن الخصائص الفيزيائية منظورية ليست مخصصة، لأنها تتناول أسئلة أكثر من مجرد عدم ثبات لورنتز وتتناسب بشكل طبيعي مع البنية الرياضية لميكانيكا الكم، على وجه الخصوص، أنه قد يُنظر على أنها تعبير عن السياق الذي أظهرته نتائج (Bell و Kochen و Specker) على أنها مركزية في نظرية الكم.

إن قبول أن الخصائص الفيزيائية ليست أحادية ومحددة محليًا، بل تعتمد على المنظورات والعلائقية والطائرة الفائقة هو خطوة كبيرة بعيدًا عن التجربة اليومية وعن الحدس الذي خدمنا جيدًا في الفيزياء غير الكمومية، لكنه يشكل توسيعًا لمخزون المفاهيم بالضبط من النوع الذي تصوره بول بوش كميزة للتحقيق في التفسيرات الواقعية لميكانيكا الكم.

خصائص نظرية التغاير في فيزياء الكم

إن جميع النظريات المحتملة لها تمتلك بنية التغاير المشابه لهيكل ميكانيكا الكم مجموعة مماثلة من الارتباطات القابلة للتحقيق، ومن المثير للاهتمام، أن هذا أقل من الهيكل الذي تفرضه ميكانيكا الكم والنظريات تقريبا الارتباطات الكمية، وتلقي هذه النتائج الضوء على أصل الارتباطات الكمية، حيث أنها تشير إلى أنه قد توجد نظريات افتراضية أخرى لا يمكن تمييز ارتباطاتها عن كليهما الارتباطات الكمية وتقريبا الكم.