لماذا بدأ المزيد والمزيد من الفيزيائيين في التفكير في المكان والزمان على أنهما “أوهام”

في ديسمبر الماضي ، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء للتأكيد التجريبي لظاهرة كمومية معروفة لأكثر من 80 عامًا: التشابك. كما تصور ألبرت أينشتاين ومعاونوه في عام 1935 ، يمكن أن ترتبط الأشياء الكمومية بشكل غامض على الرغم من فصلها بمسافات كبيرة. ولكن بقدر ما تبدو هذه الظاهرة غريبة ، فلماذا لا تزال هذه الفكرة القديمة تستحق الجائزة المرموقة في الفيزياء؟

من قبيل الصدفة ، قبل أسابيع فقط من تكريم الحائزين الجدد على جائزة نوبل في ستوكهولم ، أفاد فريق آخر من العلماء المتميزين من هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وفيرميلاب وجوجل أنهم أجروا عملية على كمبيوتر Google الكمي يمكن تفسيرها على أنها ثقب دودي. . الثقوب الدودية عبارة عن أنفاق عبر الكون يمكن أن تعمل كاختصار عبر المكان والزمان ويحبها عشاق الخيال العلمي ، وعلى الرغم من أن النفق الذي تم إنشاؤه في هذه التجربة الأخيرة موجود فقط في عالم ألعاب ثنائي الأبعاد ، إلا أنه يمكن أن يكون اختراقًا لـ المستقبل. البحث في طليعة الفيزياء.

لكن لماذا التشابك مرتبط بالمكان والزمان؟ وكيف يمكن أن يكون هذا مهمًا للاختراقات المستقبلية في الفيزياء؟ إن مفهوم التشابك ، المفهوم بشكل صحيح ، يعني أن الكون “أحادي” ، كما يسميه الفلاسفة ، وأنه على المستوى الأساسي ، فإن كل شيء في الكون هو جزء من كل واحد موحد. إنها خاصية تعريفية لميكانيكا الكم أن واقعها الأساسي يوصف بمصطلحات الموجات ، والكون الأحادي يتطلب وظيفة عالمية. منذ عقود ، أظهر باحثون مثل Hugh Everett و Dieter Zeh كيف يمكن أن ينبثق واقعنا اليومي من مثل هذا الوصف الشامل لميكانيكا الكم. ولكن الآن فقط يقوم باحثون مثل ليونارد سسكيند أو شون كارول بتطوير أفكار حول كيف يمكن لهذه الحقيقة الكمومية المخفية أن تفسر ليس فقط المادة ولكن أيضًا نسيج المكان والزمان.

التشابك هو أكثر من مجرد ظاهرة كمومية غريبة. إن مبدأ الفعل هو الذي يفسر لماذا تدمج ميكانيكا الكم العالم في واحد ولماذا نختبر هذه الوحدة الأساسية مثل العديد من الأشياء المنفصلة. في الوقت نفسه ، فإن التشابك هو السبب في أننا نبدو وكأننا نعيش في واقع كلاسيكي. إنه حرفياً الاسمنت وخالق العالمين. ينطبق التشابك على الكائنات التي تتكون من عنصرين أو أكثر ويصف ما يحدث عندما يتم تطبيق المبدأ الكمي القائل بأن “كل ما يمكن أن يحدث بالفعل” يتم تطبيقه على مثل هذه الكائنات المركبة. لذلك ، فإن حالة التشابك هي تراكب جميع التركيبات الممكنة حيث يمكن العثور على مكونات الكائن المركب لإنتاج نفس النتيجة الإجمالية. مرة أخرى ، فإن الطبيعة المتموجة للمجال الكمي هي التي يمكن أن تساعد في توضيح كيفية عمل التشابك في الواقع.

تخيل بحرًا زجاجيًا هادئًا تمامًا في يوم بلا ريح. اسأل نفسك الآن كيف يمكن إنتاج مثل هذا المستوى من خلال تراكب نمطين من الموجات الفردية؟ أحد الاحتمالات هو أن تراكب سطحين مستويين تمامًا مرة أخرى يعطي نتيجة متساوية تمامًا. لكن الاحتمال الآخر الذي يمكن أن ينتج سطحًا مسطحًا هو إذا تم فرض نمطين موجتين متطابقين يقابلهما نصف دورة تذبذب على بعضهما البعض ، بحيث تقضي قمم موجة النموذج على قاع الموجة الأخرى والعكس صحيح. إذا لاحظنا المحيط الزجاجي ببساطة ، وننظر إليه على أنه نتيجة لتضخم اثنين معًا ، فلن تكون هناك طريقة لنا لاكتشاف أنماط الانتفاخات الفردية. ما يبدو عاديًا تمامًا عندما نتحدث عن الأمواج له عواقب أكثر غرابة عند تطبيقه على الحقائق المتنافسة. إذا أخبرك جارك أن لديها قطتان ، قطة حية وقطّة ميتة ، فهذا يعني أن القطة الأولى أو الثانية ميتة وأن القطة المتبقية ، على التوالي ، على قيد الحياة – ستكون هذه طريقة غريبة ومروعة لوصف حيواناته الأليفة ، وقد لا تعرف أيها هو الأكثر حظًا ، لكنك ستحصل على الجار. هذا ليس هو الحال في عالم الكم. في ميكانيكا الكم ، تشير العبارة نفسها إلى أن القطتين قد اندمجت في تراكب من الحالات ، منها القطة الأولى على قيد الحياة والثانية ميتة والقط الأول ميت بينما تعيش الثانية ، ولكن أيضًا الاحتمالات حيث توجد القطتان. نصفها على قيد الحياة ونصفها ميت ، أو أن القطة الأولى هي ثلثها على قيد الحياة ، بينما القطة الثانية تضيف حياة الثلثين المفقودة. في زوج كمي من القطط ، تتحلل مصائر الحيوانات الفردية وظروفها تمامًا في حالة الكل. وبالمثل ، في الكون الكمومي ، لا توجد أشياء فردية. يتم دمج كل ما هو موجود في “واحد” واحد.

يكشف التشابك الكمي عن منطقة شاسعة وجديدة تمامًا علينا استكشافها. إنه يحدد أساسًا جديدًا للعلم ويقلب سعينا وراء نظرية لكل شيء – للاعتماد على علم الكونيات الكمومي بدلاً من فيزياء الجسيمات أو نظرية الأوتار. ولكن ما مدى واقعية اتباع الفيزيائيين لمثل هذا النهج؟ والمثير للدهشة أن الأمر ليس واقعيًا فحسب – بل إنهم كذلك بالفعل. بدأ الباحثون في طليعة الجاذبية الكمية في إعادة تصميم الزمكان كنتيجة للتشابك. بدأ عدد متزايد من العلماء في بناء أبحاثهم على عدم انفصال الكون. الآمال كبيرة أنه باتباع هذا النهج ، يمكنهم أخيرًا فهم المكان والزمان ، في عمق الأساس ، حقًا.

سواء تم تجميع الفضاء عن طريق التشابك ، أو ما إذا كانت الفيزياء موصوفة بأشياء مجردة تتجاوز المكان والزمان أو مساحة الاحتمالات التي تمثلها وظيفة موجة إيفريت العالمية ، أو ما إذا كان كل شيء في الكون يعود إلى كائن كمي واحد – كل هذه الأفكار تشترك في هوية مميزة. نكهة أحادية. في الوقت الحاضر ، من الصعب الحكم على أيٍّ من هذه الأفكار سيُعلم مستقبل الفيزياء وأيها سينتهي في النهاية. المثير للاهتمام هو أنه في حين تم تطوير الأفكار في الأصل في سياق نظرية الأوتار ، يبدو أنها تجاوزت نظرية الأوتار ، ولم تعد السلاسل تلعب أي دور في معظم الأبحاث الحديثة. يبدو أن الخيط المشترك الآن هو أن المكان والزمان لم يعدا أساسيين. الفيزياء المعاصرة لا تبدأ من المكان والزمان وتستمر بالأشياء الموضوعة في هذه الخلفية الموجودة مسبقًا. بدلاً من ذلك ، يُنظر إلى المكان والزمان على أنهما نتاج لواقع إسقاط أكثر جوهرية. ناثان سيبرغ ، أحد أبرز منظري الأوتار في معهد برينستون للدراسات المتقدمة ، ليس وحيدًا في مشاعره عندما يقول ، “أنا متأكد من أن المكان والزمان هما أوهام. هذه مفاهيم بدائية سيتم استبدالها بشيء أكثر تعقيدًا. علاوة على ذلك ، في معظم السيناريوهات التي تقترح أوقات فضاء ناشئة ، يلعب التشابك الدور الأساسي. كما يشير فيلسوف العلم راسموس ياكسلاند ، فإن هذا يعني في النهاية أنه لم يعد هناك المزيد من الأشياء الفردية في الكون. أن كل شيء مرتبط بكل شيء آخر: “إن اعتماد التشابك كعلاقة من صنع العالم يأتي على حساب التخلي عن إمكانية الفصل. لكن أولئك المستعدين لاتخاذ هذه الخطوة ربما ينبغي عليهم أن يسعوا في حالة التشابك إلى العلاقة الأساسية التي سيشكلون بها هذا العالم (وربما جميع العناصر الأخرى الممكنة). وهكذا ، عندما يختفي المكان والزمان ، يظهر واحد موحد.

على العكس من ذلك ، من منظور الأحادية الكمومية ، فإن مثل هذه النتائج المحيرة للعقل للجاذبية الكمية ليست بعيدة. بالفعل في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، لم يعد الفضاء مشهدًا ثابتًا ؛ بالأحرى ، إنها تأتي من كتل وطاقة المادة. يشبه إلى حد كبير رأي الفيلسوف الألماني جوتفريد دبليو ليبنيز ، فهو يصف الترتيب النسبي للأشياء. إذا لم يتبق الآن ، وفقًا للوحدة الكمية ، سوى شيء واحد ، فلا يوجد شيء آخر للترتيب أو الترتيب ، وفي النهاية لم تعد هناك حاجة لمفهوم الفضاء في هذا المستوى الأساسي من الوصف. إنه “الواحد” ، كون كمومي واحد يؤدي إلى نشوء المكان والزمان والمادة.

“GR = QM ،” أكد ليونارد سوسكيند بجرأة في رسالة مفتوحة للباحثين في علم المعلومات الكمومية: النسبية العامة ليست سوى ميكانيكا الكم ، وهي نظرية عمرها قرن من الزمان تم تطبيقها بنجاح كبير في جميع أنواع الأشياء ، ولكنها لم تكن أبدًا في الواقع. . مفهومة تماما. كما أشار شون كارول ، “ربما كان من الخطأ تحديد مقدار الجاذبية ، والزمكان كان مختبئًا في ميكانيكا الكم طوال الوقت.” بالنسبة للمستقبل ، “بدلاً من قياس الجاذبية ، ربما يجب أن نحاول جذب ميكانيكا الكم. أو ، بشكل أكثر تحديدًا ولكن بشكل أقل إثارة ، “إيجاد الجاذبية داخل ميكانيكا الكم” ، يقترح كارول في مدونته. في الواقع ، يبدو أنه إذا تم أخذ ميكانيكا الكم على محمل الجد منذ البداية ، إذا تم فهمها على أنها نظرية لا تتكشف في المكان والزمان ولكن في واقع أكثر جوهرية من الإسقاط ، للعديد من الطرق المسدودة في استكشاف الجاذبية الكمومية كان من الممكن تجنبها. إذا كنا قد وافقنا على الآثار الأحادية لميكانيكا الكم – إرث فلسفة عمرها ثلاثة آلاف عام تم تبنيها في العصور القديمة ، واضطهدت في العصور الوسطى ، وتم إحياؤها في عصر النهضة ، وتغيرت في الرومانسية – في وقت مبكر مثل إيفريت وقد أشار إليها زيه بدلاً من التمسك بتفسير رائد الكم المؤثر نيلز بور ، والذي اختصر ميكانيكا الكم إلى أداة ، سنكون قد قطعنا شوطاً طويلاً في إزالة الغموض عن أسس الواقع.

مقتبس من الأول: كيف تحمل فكرة قديمة مستقبل الفيزياء بواسطة Heinrich Pas. حقوق النشر © 2023. متاح من Basic Books ، وهو بصمة لمجموعة Hachette Book Group، Inc.