مخطوطة شرودنجر المفقودة تكشف عن تطور مفاجئ في فيزياء الكم

لأكثر من 80 عامًا، ظلت مخطوطة كتبها أحد مؤسسي فيزياء الكم يتراكم عليها الغبار في مكتبة نمساوية. والآن، بعد أن سلط الضوء عليها مؤرخ الفيزياء فلافيو ديل سانتو من جامعة جنيف، أصبحت الوثيقة المؤلفة من ثلاث صفحات هي روح الإيجاز – ولكن عليها خربشات مساهمة مفقودة منذ زمن طويل في واحدة من أكثر المناقشات إثارة للجدل في ميكانيكا الكم. وهي تقدم نظرة ثاقبة مدهشة حول ما كان يعتقده إروين شرودنغر نفسه حول طبيعة الواقع. بدلًا من الانزعاج من العشوائية الكمومية التي غالبًا ما يتم تصويره على أنه يؤيدها، اعتقد شرودنغر أن هناك جوانب من الكون لا يمكن التنبؤ بها – وهو اعتقاد كان يؤمن به حتى قبل ظهور نظرية الكم في عشرينيات القرن الماضي. كتب شرودنغر في المخطوطة غير المنشورة: “إن أقوى حجة لصالح اللاحتمية أقدم من ميكانيكا الكم”. إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen> في الفيزياء الكلاسيكية، لا يوجد شيء اسمه عشوائية حقيقية. قد يكون للنرد عيوب وعيوب تؤثر على كيفية رميه. عادةً ما يتم تشغيل مولدات الأرقام العشوائية للكمبيوتر بواسطة الخوارزميات. وحتى رمي العملات المعدنية تحكمه قوى فيزيائية يمكن التنبؤ بها من الناحية النظرية. تُعرف هذه الظاهرة باسم الحتمية، وتلعب دورًا مهمًا في فهمنا للكون المادي، حيث تقول أن كل سلوك كلاسيكي يتحدد بالشروط التي تسبقه، حتى لو كنا لا نعرف ما هي كل هذه الشروط. (لقد تم التشكيك في مطلقية الحتمية الكلاسيكية، لكنها تظل افتراضًا أساسيًا للميكانيكا الكلاسيكية.) لكن ميكانيكا الكم – كما هي عادتها – تسير على إيقاع طبل مختلف تمامًا. على المستوى الكمي، لا يمكن التنبؤ بسلوك الجسيمات مثل الفوتونات والإلكترونات إلا من خلال الاحتمالات نتيجة معينة بدقة غير عادية، ولكن لا يمكننا التنبؤ بشكل قاطع بما سيفعله جسيم فردي. وهذا يثير سؤالا عميقا: هل الكون عشوائي في الأساس، أم أن هناك عوامل خفية تحدد سلوك الجسيمات التي لم تأخذها ميكانيكا الكم في الحسبان بعد؟ تُعرف هذه العوامل الخفية الافتراضية بالمتغيرات الخفية، وهي كما تبدو – خصائص أو ظروف غير معروفة، إذا عرفناها، ستسمح للفيزيائيين بالتنبؤ بالسلوك الكمي للفرد. في عام 1932، نشر عالم الرياضيات جون فون نيومان – أحد أبرز المراجع في الرياضيات الأساسية لنظرية الكم – ما تم تفسيره على نطاق واسع على أنه دليل رياضي على أن مثل هذه المتغيرات الخفية مستحيلة. وكانت حجته ذات وزن كبير، ولأكثر من عقد من الزمن، توقفت الأبحاث في نماذج المتغير الخفي إلى حد كبير. وفي عام 1935، أحدثت عالمة الرياضيات جريت هيرمان ثغرات كبيرة في منطق فون نيومان تم تجاهل النقد في الغالب، وربما يمكنك تخمين السبب دون صعوبة كبيرة. ومع ذلك، بحلول منتصف الأربعينيات من القرن الماضي، قام اثنان من الفيزيائيين البارزين بإحياء حجة المتغيرات الخفية عن غير قصد – من خلال التحدث ضدها، ومن المفارقات، بالاتفاق مع فون نيومان. الحتمية. على عكس العشوائية الواضحة لرمي العملة، قال إن العشوائية الكمومية حقيقية، ولا يمكن لأي قدر من المعلومات الإضافية أن يجعل النتائج الفردية قابلة للتنبؤ بها. ثم في يناير 1944، قدم الفيزيائي ساتيندرا ناث بوس حجة مماثلة في خطاب ألقاه أمام مؤتمر العلوم الهندي، معلنًا أن “الفيزيائيين اكتسبوا المعرفة ولكنهم فقدوا إيمانهم” بقوانين الطبيعة الحتمية. حسنًا، كان ذلك بمثابة شرارة لتجف في عام 1944، نشر عالم الرياضيات هنري بياجيو مقالًا في مجلة Nature بعنوان “انهيار الحتمية”، يتحدث فيه عن حجج بوز، وأدى ذلك إلى موجة من ردود الفعل من الفيزيائيين الذين لم يكونوا مقتنعين تمامًا بأن الحتمية ماتت ودُفنت. وعلى مدى الأشهر التالية، ازدهرت الحجة عبر صفحات المجلة، حيث قام الباحثون بفصل الاستحالة المفترضة للمتغيرات الخفية – بما في ذلك مثال ويتاكر الذي يبدو واضحًا والذي يتضمن الفوتونات و الضوء المستقطب. تم وضع مرشحين مستقطبين على شاشة كمبيوتر محمول يوضحان كيف يؤثر اتجاه الضوء المستقطب على انتقاله (بيتر كويبر/ ويكيميديا كومنز، المجال العام) في محاضرته عام 1943، اقترح ويتاكر عرضًا بسيطًا ظاهريًا لسبب عدم وجود متغيرات مخفية، باستخدام الفوتونات – جزيئات فردية من الضوء – تمر عبر المستقطب، وهو جهاز يقوم بتصفية الضوء وفقًا لاتجاهه. يمكن لميكانيكا الكم التنبؤ بنسبة الفوتونات التي ستمر عبر المستقطب في أي وقت. زاوية. لكن ويتاكر جادل بأنه إذا كان كل فوتون يحمل تعليمات مخفية تحدد ما إذا كان سيمر عبره، فإن تغيير زاوية المستقطب أثناء طيران الفوتونات سيجعل هذه التعليمات عديمة الفائدة. لذلك، خلص إلى أن النتيجة لا يمكن تحديدها مسبقًا بواسطة متغيرات مخفية. أدخل شرودنغر، أو بالأحرى، ابق في الأجنحة، شرودنغر. كان الفيزيائي يتابع النقاش، وفي وقت ما بعد نوفمبر 1944، كتب ردًا على سؤاله. الخاصة، والتي تحمل أيضًا عنوان “انهيار الحتمية” (كانت هناك العديد من المقالات المنشورة كجزء من المناقشة التي استخدمت نفس العنوان). وفيها، حدد خللًا كبيرًا في حجة ويتاكر. افترض ويتاكر أن كل فوتون يحمل متغيرًا مخفيًا بقيمتين محتملتين فقط، تحدد إحداهما ما إذا كان سيمر عبر المستقطب والأخرى ما إذا كان سينعكس. لكن شرودنغر أشار إلى أنه لا يوجد سبب لتقييد المتغير المخفي بقيمتين فقط. ماذا لو كان يمكن أن يأخذ أي قيمة بين صفر و ثم قام ببناء نموذج رياضي تعتمد فيه النتيجة على كل من المتغير الخفي للفوتون وزاوية المستقطب. باستخدام القواعد الصحيحة، أعاد النموذج إنتاج الاحتمالات التي تتنبأ بها ميكانيكا الكم، دون الحاجة إلى أن يكون كل تفاعل فردي عشوائيًا. كان هناك جزء ثان من النموذج كان مهمًا أيضًا، حيث ابتكر شرودنغر قاعدة حتمية لتحديث المتغير الخفي بعد مرور الفوتون عبر المستقطب – مما يعني أنه يمكن استخدام نموذجه لإعادة إنتاج التنبؤات. القياسات اللاحقة. والأهم من ذلك، أن هدفه لم يكن الدفاع عن الحتمية لأنه كان يؤمن بها بالضرورة، بل كان يدافع عن إمكانية الحتمية ضد ادعاءات محددة بأنها مستحيلة. كتب: “لا يمكن للأدلة التجريبية + الاستدلال المنطقي أن يثبت أبدًا أن وجهة النظر الحتمية أو غير الحتمية مستحيلة”. لكن رد شرودنغر لم ير النور أبدًا. ويظل سبب عدم نشره أبدًا لغزًا، على الرغم من أن ديل سانتو لديه تفسير محتمل. في عام 1944، نشر الفيزيائي هاينريش بيلزر نموذجًا مشابهًا للمتغير الخفي، موضحًا أن حجة ويتاكر لم تصمد. ربما يكون شرودنغر قد علم بعمل بيلزر وقرر أن هذه النقطة قد تم توضيحها بالفعل. ومع ذلك، ذهب نموذج شرودنغر إلى أبعد من ذلك، حيث قدم قاعدة رياضية واضحة لكيفية تغير المتغير الخفي للفوتون بعد المرور عبر المستقطب، مما يسمح له بأخذ القياسات المتعاقبة في الاعتبار. ومهما كانت أسبابه، ظلت المخطوطة قائمة. غير منشورة، ومحفوظة في أرشيف نمساوي حتى كشفها ديل سانتو بعد أكثر من ثمانية عقود. ولكن هناك تطور آخر في الحكاية. على الرغم من تصوير شرودنغر في كثير من الأحيان على أنه بطل الحتمية، إلا أن موقفه الفلسفي كان مختلفًا إلى حد ما. أحداث يمكن التنبؤ بها. متأثرًا بالفيزيائي فرانز إكسنر، وصف الحتمية الكلاسيكية بأنها “تحيز فلسفي” و”اعتقاد مسبق”. وتشير مخطوطته غير المنشورة إلى أن موقفه لم يتغير بشكل جذري بحلول الأربعينيات – ولم يتغير لاحقًا. على الرغم من أن موجة “انهيار الحتمية” في الأربعينيات من القرن الماضي قد تم نسيانها إلى حد كبير اليوم، إلا أن الفيزيائيين ما زالوا منقسمين حول مواقفها الأساسية. “ما يمكن أن نتعلمه من مساهمة شرودنغر المتأخرة هو أن نحافظ على عقل متفتح. وفي تطور مناسب إلى حد ما، ترك لنا الرجل الذي أعطانا قطة شرودنغر سؤالاً يظل، بطريقته الخاصة، حيًا وميتًا: هل الكون حتميًا… أم أليس كذلك؟” يكتب. ويخلص ديل سانتو إلى أن نماذج مثل نموذج شرودنغر، “تعمل بمثابة أدلة مبدئية ضد المعتقدات السائدة أو ادعاءات الاستحالة المزعومة، كما يتضح بشكل لافت للنظر في حالة شرودنغر التي أعيد بناؤها هنا، ولكنها ليست أبدًا تعبيرًا عن الالتزام العقائدي بالحتمية”. عمليتنا، نحن بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، فيرجى إخبارنا بذلك.