قطة شرودنجر العجيبة
—
هي تجربة ذهنية طرحها شرودنجر عام ١٩٣٥،
يحاول الفيزيائيين عادة ابتكار تجارب ذهنية
لاختبار أفكار لا يمكن اختبارها وتنفيذها عملياً،
—
قطة شرودنجر واحدة من التجارب الذهنية
الشهيرة والمثيرة يحاول فيها شرودنجر شرح
غرابة أفكار ميكانيكا الكم التي تحكم العالم
الذري
١
—
هي تجربة ذهنية طرحها شرودنجر عام ١٩٣٥،
يحاول الفيزيائيين عادة ابتكار تجارب ذهنية
لاختبار أفكار لا يمكن اختبارها وتنفيذها عملياً،
—
قطة شرودنجر واحدة من التجارب الذهنية
الشهيرة والمثيرة يحاول فيها شرودنجر شرح
غرابة أفكار ميكانيكا الكم التي تحكم العالم
الذري
١
كان هدف شرودنجر من طرحها توضيح
كيف أن أفكار ميكانيكا الكم لا يمكن تطبيقيها،
بل وتبدو غريبة على عالمنا المحسوس المشاهد
كان يريد شرح الفرق بين العالم الحقيقي
الذي نعيشه والعالم الكمي الذي يحكم العالم
الذري الصغير
كان يريد تحدي كبار مفسري ومنظري نظرية
الكم ممثلاً في مدرسة كوبنهاجن
٢
كيف أن أفكار ميكانيكا الكم لا يمكن تطبيقيها،
بل وتبدو غريبة على عالمنا المحسوس المشاهد
كان يريد شرح الفرق بين العالم الحقيقي
الذي نعيشه والعالم الكمي الذي يحكم العالم
الذري الصغير
كان يريد تحدي كبار مفسري ومنظري نظرية
الكم ممثلاً في مدرسة كوبنهاجن
٢
في ميكانيكا الكم هناك مبدأ مهم نحتاج فهمه
لنفهم القصة،
هذا المبدا هو مبدأ التراكب superposition
والذي يقول أن حالة الشيء المرصود، جسيم
مثلاً، هي مركبة من حالات، ولا يمكن معرفة
حالة الجسيم إلا لحظة القياس أو الرصد،،
قبل ذلك فحالة الجسيم هي خليط بين حالات
أو في حالة تراكب،،
٣
لنفهم القصة،
هذا المبدا هو مبدأ التراكب superposition
والذي يقول أن حالة الشيء المرصود، جسيم
مثلاً، هي مركبة من حالات، ولا يمكن معرفة
حالة الجسيم إلا لحظة القياس أو الرصد،،
قبل ذلك فحالة الجسيم هي خليط بين حالات
أو في حالة تراكب،،
٣
يعبر الفيزيائيون الكميون عن حالة الجسيم
المركبة بشيء اسمه دالة الموجة،،
دالة الموجة تعبير رياضي تجمع في داخلها
كل الحالات الممكنة للجسيم التواجد بها،
—
وفي لحظة القياس تختفي كل الحالات
وتبقى حالة واحدة فقط
ولكن أين تذهب بقية الحالات؟
تختفي، وتسمى هذه العملية بانهيار دالة
الموجة
٤
المركبة بشيء اسمه دالة الموجة،،
دالة الموجة تعبير رياضي تجمع في داخلها
كل الحالات الممكنة للجسيم التواجد بها،
—
وفي لحظة القياس تختفي كل الحالات
وتبقى حالة واحدة فقط
ولكن أين تذهب بقية الحالات؟
تختفي، وتسمى هذه العملية بانهيار دالة
الموجة
٤
هذه المقدمة مهمة جداً وسنبني عليها
وهي التي يتبناها أنصار مدرسة كوبنهاغن
وفي مقدمتهم نيلز بور، وهي المعتمدة على
الأقل إلى اليوم
—
إذن قبل القياس نحن نجهل حالة الجسيم
لأنها قد تكون مركبة،،
ولحظة القياس نكتشف حالته بالضبط وبقية
الحالات تختفي
—
سنضرب مثال للتوضيح وهو لف الإلكترون
٥
وهي التي يتبناها أنصار مدرسة كوبنهاغن
وفي مقدمتهم نيلز بور، وهي المعتمدة على
الأقل إلى اليوم
—
إذن قبل القياس نحن نجهل حالة الجسيم
لأنها قد تكون مركبة،،
ولحظة القياس نكتشف حالته بالضبط وبقية
الحالات تختفي
—
سنضرب مثال للتوضيح وهو لف الإلكترون
٥
للألكترون حالتي لف إما مع أو عكس
عقارب الساعة
—
لو رصدنا الالكترون وكان لفه مع عقارب
الساعة، هذا لايعنى وفقاً لميكانيك الكم
أن لفه كان مع عقارب الساعة قبل رصده
—
قبل الرصد يمكن أن يكون له لف عكس
عقارب الساعة أيضاً ف نفس الوقت كما
يقول تفسير كوبنهاجن
يعني حالته كانت خليط، مع وضد
٦
عقارب الساعة
—
لو رصدنا الالكترون وكان لفه مع عقارب
الساعة، هذا لايعنى وفقاً لميكانيك الكم
أن لفه كان مع عقارب الساعة قبل رصده
—
قبل الرصد يمكن أن يكون له لف عكس
عقارب الساعة أيضاً ف نفس الوقت كما
يقول تفسير كوبنهاجن
يعني حالته كانت خليط، مع وضد
٦
أي أن الإلكترون يكون في حالة تراكب
لأكثر من حالة كمية
يكون في حالة مع عقارب الساعة وعكس
عقارب الساعة في نفس الوقت،
ولكنه يصبح إما مع عقارب الساعة أو عكس
عقارب الساعة لحظة رصده
قبل ذلك يكون الوضع مركب من حالتين، مع
وعكس عقارب الساعة
- تجربة شتيرن-جيرلاخ يمكن للمهتم الاطلاع عليها
٧
لأكثر من حالة كمية
يكون في حالة مع عقارب الساعة وعكس
عقارب الساعة في نفس الوقت،
ولكنه يصبح إما مع عقارب الساعة أو عكس
عقارب الساعة لحظة رصده
قبل ذلك يكون الوضع مركب من حالتين، مع
وعكس عقارب الساعة
- تجربة شتيرن-جيرلاخ يمكن للمهتم الاطلاع عليها
٧
ما علاقة كل هذا بقطة شرودنجر.؟
—
هذا ما سنتعرف عليه لاحقاً 🐱
—
هذا ما سنتعرف عليه لاحقاً 🐱
قبل الحديث عن قطة شرودنجر
يمكن أن نقارن مثال الإلكترون مع آخر
يشبهه ف العالم المحسوس حتى نفهم
الفرق بين عالم الكم وعالمنا المشاهد
—
مثال العملة المعدنية
الألكترون يلف مع وعكس عقارب الساعة أي
له حالتين متراكبة قبل الرصد
والعملة المعدنية عند رميها أو لفها لها أيضا
حالتين أو وجهين
٨
يمكن أن نقارن مثال الإلكترون مع آخر
يشبهه ف العالم المحسوس حتى نفهم
الفرق بين عالم الكم وعالمنا المشاهد
—
مثال العملة المعدنية
الألكترون يلف مع وعكس عقارب الساعة أي
له حالتين متراكبة قبل الرصد
والعملة المعدنية عند رميها أو لفها لها أيضا
حالتين أو وجهين
٨
عند رمي عملة معدنية أو لفها تكون
النتيجة عشوائية،،
العملة ستستقر أخيراً وتعطي صورة
أو كتابة،،
ولكننا لن نعرف ذلك حتى ننظر للنتيجة
وعندما ننظر سنجد أنها مثلاً صورة
طبعاً هي كانت صورة من لحظة توقفها
على الأرض،،
ونحن لم نكتشف ذلك إلا بعد المشاهدة
وقد كانت كذلك حتى قبل أن نشاهد
٩
النتيجة عشوائية،،
العملة ستستقر أخيراً وتعطي صورة
أو كتابة،،
ولكننا لن نعرف ذلك حتى ننظر للنتيجة
وعندما ننظر سنجد أنها مثلاً صورة
طبعاً هي كانت صورة من لحظة توقفها
على الأرض،،
ونحن لم نكتشف ذلك إلا بعد المشاهدة
وقد كانت كذلك حتى قبل أن نشاهد
٩
بمعنى أن النظر فقط أكد لنا حالة العملة
والتي لم نكن نعرفها لأننا لم نشاهدها
—
هذا هو الوضع في العالم المحسوس لكن
في ميكانيك الكم الأمر مختلف، كما وضحنا
ذلك مع مثال لف الإلكترون
وحتى موضعه مثلاً لا يمكن تحديده بالضبط
إلا لحظة القياس لانه أيضاً تراكب بين حالات
ويوصفك بدالة موجة
١٠
والتي لم نكن نعرفها لأننا لم نشاهدها
—
هذا هو الوضع في العالم المحسوس لكن
في ميكانيك الكم الأمر مختلف، كما وضحنا
ذلك مع مثال لف الإلكترون
وحتى موضعه مثلاً لا يمكن تحديده بالضبط
إلا لحظة القياس لانه أيضاً تراكب بين حالات
ويوصفك بدالة موجة
١٠
كانت هذه المعضلة هي أصل التحدي
الذي طرحة شرودنجر في ورقته العلمية
عن قطته
مبدأ التراكب وهل حالة الجسيم محددة
سلفاً قبل القياس أو لا،
كانت محل نقاش وجدل فكري وفلسفي على
مدى فترة تطور ميكانيكا الكم وإلى اليوم،،
—
والآن نحن جاهزين للحديث عن قطة شرودنجر
الحية والميتة في نفس الوقت،
١١
الذي طرحة شرودنجر في ورقته العلمية
عن قطته
مبدأ التراكب وهل حالة الجسيم محددة
سلفاً قبل القياس أو لا،
كانت محل نقاش وجدل فكري وفلسفي على
مدى فترة تطور ميكانيكا الكم وإلى اليوم،،
—
والآن نحن جاهزين للحديث عن قطة شرودنجر
الحية والميتة في نفس الوقت،
١١
وفقاً لشرودنجر،،
القطة موجودة في صندوق مقفل
في الصندوق معها يوجد ثلاثة أشياء :
١- ذرة مشعة ممكن أن تتحلل في أي لحظة،،
٢- وجهاز يكشف التحلل أسمه عداد جايجر،،
٣- وأنبوبة زجاجية فيها غاز سام هو السيانيد،،
—
١٢
القطة موجودة في صندوق مقفل
في الصندوق معها يوجد ثلاثة أشياء :
١- ذرة مشعة ممكن أن تتحلل في أي لحظة،،
٢- وجهاز يكشف التحلل أسمه عداد جايجر،،
٣- وأنبوبة زجاجية فيها غاز سام هو السيانيد،،
—
١٢
المادة مشعة والتي سوف تتحلل بإطلاق
إشعاع نووي عادة لها نصف عمر،
يعني بعد مرور نصف العمر يكون نصف
عدد الذرات في العينة قد تحلل،
وبعد مرور نصف عمر آخر نصف النوى
المتبقية سيتحلل ويتبقى فقط ربع عدد
الذرات الأصل،،
وهكذا في كل مرة وبعد مرور عمر النصف
يتحلل نصف عدد الذرات المتبقي،،
١٣
إشعاع نووي عادة لها نصف عمر،
يعني بعد مرور نصف العمر يكون نصف
عدد الذرات في العينة قد تحلل،
وبعد مرور نصف عمر آخر نصف النوى
المتبقية سيتحلل ويتبقى فقط ربع عدد
الذرات الأصل،،
وهكذا في كل مرة وبعد مرور عمر النصف
يتحلل نصف عدد الذرات المتبقي،،
١٣
خلال عملية التحلل نحن لا نعرف على
وجه التحديد أي الذرات ستتحلل
لكننا نعرف أنه بعد مرور نصف العمر
سيتبقى نصف العدد
—
لو أخذنا ذرة من العينة لم تتحلل بعد
وسألنا أنفسنا متى ستتحلل
الجواب/ لاندري ولايوجد طريقة لمعرفة
ذلك، فيمكن أن تتحلل خلال عمر النصف
الأول أو عمر النصف الثاني الخ
١٤
وجه التحديد أي الذرات ستتحلل
لكننا نعرف أنه بعد مرور نصف العمر
سيتبقى نصف العدد
—
لو أخذنا ذرة من العينة لم تتحلل بعد
وسألنا أنفسنا متى ستتحلل
الجواب/ لاندري ولايوجد طريقة لمعرفة
ذلك، فيمكن أن تتحلل خلال عمر النصف
الأول أو عمر النصف الثاني الخ
١٤
ماذا يقول أنصار ميكانيكا الكم في هذه
الحالة عن الذرة
يقولون لن تستطيع معرفة إذا كانت الذرة
قد تحللت أو لم تتحلل إلا عند النظر إليها،
لأنها في حالة تراكب كمي والتي فيها هي
تحللت ولم تتحلل بنفس الوقت
—
بالضبط كما وصفوا الألكترون بأنه قبل الرصد
يلف مع وعكس عقارب الساعة بنفس الوقت
١٥
الحالة عن الذرة
يقولون لن تستطيع معرفة إذا كانت الذرة
قد تحللت أو لم تتحلل إلا عند النظر إليها،
لأنها في حالة تراكب كمي والتي فيها هي
تحللت ولم تتحلل بنفس الوقت
—
بالضبط كما وصفوا الألكترون بأنه قبل الرصد
يلف مع وعكس عقارب الساعة بنفس الوقت
١٥
الآن ناخذ الصندوق وبداخله سنضع الذرة
ونضع القطة أيضاً ومعهما سنضع جهاز عداد جايجر الذي سيقيس النشاط الإشعاعي،
—
وبمجرد تحلل الذرة العداد سيسجل ذلك
ويسمح للمطرقة بالسقوط وكسر أنبوبة الغاز
السام المرتبطة بعداد جايجر،،
١٦
ونضع القطة أيضاً ومعهما سنضع جهاز عداد جايجر الذي سيقيس النشاط الإشعاعي،
—
وبمجرد تحلل الذرة العداد سيسجل ذلك
ويسمح للمطرقة بالسقوط وكسر أنبوبة الغاز
السام المرتبطة بعداد جايجر،،
١٦
الفكرة هي إذا تحللت الذرة فإن عداد جايجر
سيضرب أنبوبة الغاز السام ليطلقه وتموت
القطة،،
إذا لم تتحلل الذرة فإن عداد جايجر لن يكسر
زجاجة الغاز، والغاز لن ينطلق وستبقى القطة
حية
وهنا السؤال؟
كيف نعرف أن الذرة قد تحللت وبالتالي كيف
نعرف أن القطة حية أو ميته،،؟؟
١٧
سيضرب أنبوبة الغاز السام ليطلقه وتموت
القطة،،
إذا لم تتحلل الذرة فإن عداد جايجر لن يكسر
زجاجة الغاز، والغاز لن ينطلق وستبقى القطة
حية
وهنا السؤال؟
كيف نعرف أن الذرة قد تحللت وبالتالي كيف
نعرف أن القطة حية أو ميته،،؟؟
١٧
الجواب ببساطة هو أنك لن تستطيع إلا إذا
فتحت الصندوق،،
هنا كما ذكرنا ميدانيا الكم تقول أن حالة الذرة
هنا هي خليط أو تراكب من حالتين،،
وهي أن الذرة تحللت ولم تتحلل في نفس الوقت،،
وهذه هي الطريقة التي تشرح بها دالة الموجة حالة الذرة،،
١٨
فتحت الصندوق،،
هنا كما ذكرنا ميدانيا الكم تقول أن حالة الذرة
هنا هي خليط أو تراكب من حالتين،،
وهي أن الذرة تحللت ولم تتحلل في نفس الوقت،،
وهذه هي الطريقة التي تشرح بها دالة الموجة حالة الذرة،،
١٨
شرودنجر يقول إذا كانت دالة الموجة للذرة
قبل فتح الصندوق تراكب بين حالتين تحلل
وعدم تحلل
في هذه الحالة نستطيع القول أنه أيضاً القطة
لها نفس دالة الموجة أو حالة التراكب بأن تكون
ميته وحية في نفس الوقت
—
شرودنجر يعتبر ذلك غير منطقي واينشتاين كان
يتفق معه، وكان الجدل مع أنصار الكم
١٩
قبل فتح الصندوق تراكب بين حالتين تحلل
وعدم تحلل
في هذه الحالة نستطيع القول أنه أيضاً القطة
لها نفس دالة الموجة أو حالة التراكب بأن تكون
ميته وحية في نفس الوقت
—
شرودنجر يعتبر ذلك غير منطقي واينشتاين كان
يتفق معه، وكان الجدل مع أنصار الكم
١٩
ولكن ما هي وجهة نظر القطة؟
—
هذا ما سنتعرف عليه لاحقاً
—
هذا ما سنتعرف عليه لاحقاً
تفسير ميكانيكا الكم الغريب لم يعجب فريق
المعترضين،
كانوا يعتبرونها نظرية قوية ولكنها غير مكتملة،
لم يعجبهم القول أن الذرة مركبة من حالتين
تحلل وعدم تحلل في نفس الوقت،
—
ولكن هنا برز سؤال مثير
إذا كنا ان نعرف إذا كانت الذرة تحللت أو لم
تتحلل إلا عند فتح الصندوق ماذا عن القطة .؟
٢٠
المعترضين،
كانوا يعتبرونها نظرية قوية ولكنها غير مكتملة،
لم يعجبهم القول أن الذرة مركبة من حالتين
تحلل وعدم تحلل في نفس الوقت،
—
ولكن هنا برز سؤال مثير
إذا كنا ان نعرف إذا كانت الذرة تحللت أو لم
تتحلل إلا عند فتح الصندوق ماذا عن القطة .؟
٢٠
ما هي وجهة نظر القطة حول الموضوع
برمته.؟
سنجد أن القطة تعرف ما إذا كانت الذرة
تحللت أو لا لحظة التحلل،
لأنه بمجرد تحلل الذرة سيسجل الكاشف
وسيتحرر الغاز السام وستبدأ الشعور بالمرض
—
وبالتالي دالة الموجة للقطة من وجهة نظر
القطة عن الذرة أن الدالة الموجية ستنهار
لحظة تحلل الذرة
٢١
برمته.؟
سنجد أن القطة تعرف ما إذا كانت الذرة
تحللت أو لا لحظة التحلل،
لأنه بمجرد تحلل الذرة سيسجل الكاشف
وسيتحرر الغاز السام وستبدأ الشعور بالمرض
—
وبالتالي دالة الموجة للقطة من وجهة نظر
القطة عن الذرة أن الدالة الموجية ستنهار
لحظة تحلل الذرة
٢١
وسيكون محل التساؤل هنا هل دالة
الموجة من وجهة نظر القطة خليط
حالات من الأساس،
الجواب/ لا
لأن القطة تشاهد الذرة وتعرف أنها لم
تتحلل بعد، والقطة ستكون حية حينها
أي أنه لا يوجد حالة تراكب من وجهة
نظر القطة،
وعلى طول الوقت القطة حية والذرة لم
تتحلل،
وبمجرد تحلل الذرة القطة ستموت،،
٢٢
الموجة من وجهة نظر القطة خليط
حالات من الأساس،
الجواب/ لا
لأن القطة تشاهد الذرة وتعرف أنها لم
تتحلل بعد، والقطة ستكون حية حينها
أي أنه لا يوجد حالة تراكب من وجهة
نظر القطة،
وعلى طول الوقت القطة حية والذرة لم
تتحلل،
وبمجرد تحلل الذرة القطة ستموت،،
٢٢
إذن من وجهة نظر القطة لا يوجد تراكب،
حالة التراكب هي فقط من وجهة نظرنا نحن
لأننا لا نعرف إذا كانت تحللت الذرة أم لا
—
والذي يمكن قوله هنا أن حالة القطة
متشابك مع حالة الذرة
إذا الذرة لم تتحلل ستكون القطة حية
أو لم تتحلل والقطة ميتة
الحالتان متشابكتان ولا يوجد خيار آخر
ممكن،،
٢٣
حالة التراكب هي فقط من وجهة نظرنا نحن
لأننا لا نعرف إذا كانت تحللت الذرة أم لا
—
والذي يمكن قوله هنا أن حالة القطة
متشابك مع حالة الذرة
إذا الذرة لم تتحلل ستكون القطة حية
أو لم تتحلل والقطة ميتة
الحالتان متشابكتان ولا يوجد خيار آخر
ممكن،،
٢٣
وهاتين الحالتين توصفان في ميكانيكا الكم
بدلالة التشابك الكمي، أي واحد يعتمد على
الآخر
وهنا تظهر قضية أخرى وغريبة في ميكانيكا الكم وهي التشابك الكمي Quantum entanglement كتبت عنها تحت هذا الرابط
٢٤
بدلالة التشابك الكمي، أي واحد يعتمد على
الآخر
وهنا تظهر قضية أخرى وغريبة في ميكانيكا الكم وهي التشابك الكمي Quantum entanglement كتبت عنها تحت هذا الرابط
٢٤
بالنسبة لنا القطة والذرة متشابكتان كمياً
أي لو كشفنا أحدهما سنعرف ماذا يفعل
الآخر مباشرة،
—
وكأن الذرة لحظة الكشف ترسل رسالة
مشفرة للقطة،
وبناءاً على ذلك تتخذ القطة القرار بحسب
حالة التشابك
—
كذا مثلاً 😁😁
ترين كُشفت وانا متحلله،، موتي 😂
أو
كُشفت وأنا ما تحللت،، خليكي حية 😂
٢٥
أي لو كشفنا أحدهما سنعرف ماذا يفعل
الآخر مباشرة،
—
وكأن الذرة لحظة الكشف ترسل رسالة
مشفرة للقطة،
وبناءاً على ذلك تتخذ القطة القرار بحسب
حالة التشابك
—
كذا مثلاً 😁😁
ترين كُشفت وانا متحلله،، موتي 😂
أو
كُشفت وأنا ما تحللت،، خليكي حية 😂
٢٥
وهذا الوضع يحاكي ما يحصل بين الكترونين
متشابكين في رابط التشابك الكمي
فهما بالنسبة لنا في حالة تراكب وتشابك كمي
تماماً كما الذرة والقطة
—
عموماً التجربة صممت أساساً لتبين ماذا
يجري في ميكانيكا الكم أو عالم الجسيمات
دون الذرية وتقارنه بالذي يحدث في عالمنا
الحقيقي الذي نشاهده
٢٦
متشابكين في رابط التشابك الكمي
فهما بالنسبة لنا في حالة تراكب وتشابك كمي
تماماً كما الذرة والقطة
—
عموماً التجربة صممت أساساً لتبين ماذا
يجري في ميكانيكا الكم أو عالم الجسيمات
دون الذرية وتقارنه بالذي يحدث في عالمنا
الحقيقي الذي نشاهده
٢٦
في العالم الحقيقي عند رمي العملة نقول
أن العملة تستقر إما على صورة أو كتابة،
واحد من الإثنين ولكن لا ندري أيهما حتى
ننظر،
—
بينما في عالم ميكانيكا الكم الذرة تحللت
ولم تتحلل في نفس الوقت، ولا يتحدد
أيهما حتى ننظر،
لكن لا يمكنك اعتبار أنها كانت على هذه
الحالة قبل أن تنظر.
٢٧
انتهى
أن العملة تستقر إما على صورة أو كتابة،
واحد من الإثنين ولكن لا ندري أيهما حتى
ننظر،
—
بينما في عالم ميكانيكا الكم الذرة تحللت
ولم تتحلل في نفس الوقت، ولا يتحدد
أيهما حتى ننظر،
لكن لا يمكنك اعتبار أنها كانت على هذه
الحالة قبل أن تنظر.
٢٧
انتهى
جاري تحميل الاقتراحات...