ألغاز الفيزياء العظيمة: هل توجد حقيقة موضوعية؟

من الصعب التخلص من الحدس بوجود عالم مادي حقيقي وموضوعي هناك. إذا رأيت مظلة فوق أحد الرفوف ، أفترض أنك تفعل ذلك أيضًا. وإذا لم أنظر إلى المظلة ، أتوقع أن تظل هناك طالما لم يسرقها أحد. لكن نظرية ميكانيكا الكم ، التي تحكم العالم الجزئي للذرات والجسيمات ، تهدد هذه النظرة المنطقية.

الحلقة الرابعة من البودكاست ألغاز الفيزياء العظيمة – استضافتها ميريام فرانكل ، محررة العلوم في The Conversation ، وبدعم من FQxI ، معهد الأسئلة التأسيسية – تدور حول العالم الغريب لميكانيكا الكم.

وفقًا لنظرية الكم ، يمكن وصف كل نظام ، مثل الجسيم ، بدالة موجية ، والتي تتطور بمرور الوقت. تسمح وظيفة الموجة للجسيمات بالاحتفاظ بسمات متناقضة متعددة ، مثل التواجد في عدة أماكن مختلفة في وقت واحد – وهذا ما يسمى بالتراكب. لكن الغريب أن هذا هو الحال فقط عندما لا ينظر أحد.

على الرغم من أن كل موقع محتمل في التراكب لديه احتمالية معينة للظهور ، في المرة الثانية التي تلاحظها ، يختار الجسيم واحدًا بشكل عشوائي – كسر التراكب. غالبًا ما يشير الفيزيائيون إلى هذا على أنه انهيار دالة الموجة. ولكن لماذا يجب أن تتصرف الطبيعة بشكل مختلف اعتمادًا على ما إذا كنا نبحث أم لا؟ ولماذا تكون عشوائية؟

لا يشعر الجميع بالقلق. يقول ماركوس هوبر ، أستاذ المعلومات الكمومية في Technical جامعة فيينا. وبالفعل ، يمكنك التخلص من العشوائية إذا قبلت أن المستقبل يمكن أن يؤثر على الماضي ، وأن هناك أكثر من نتيجة واحدة لكل قياس أو أن كل شيء في الكون محدد سلفًا منذ فجر التاريخ.

مشكلة أخرى هي أن ميكانيكا الكم يبدو أنها تؤدي إلى ظهور حقائق متناقضة. تخيل عالمة ، ليزا ، داخل مختبر يقيس موقع الجسيم. قبل أن يطرق زميلها نيخيل باب المختبر ويسأل عن النتيجة التي رأتها ، كان يقيس ليزا على أنها في تراكب من كلا الفرعين – أحدهما حيث ترى الجسيم هنا والآخر حيث ترى الجسيم هناك. ولكن في الوقت نفسه ، قد تكون ليزا نفسها مقتنعة بأن لديها إجابة محددة حول مكان الجسيم.

هذا يعني أن هذين الشخصين سيقولان أن حالة الواقع مختلفة – سيكون لديهما حقائق مختلفة حول مكان وجود الجسيم.

قد تكون هناك شذوذ أخرى حول ميكانيكا الكم أيضًا. يمكن أن تتشابك الجسيمات بطريقة تمكنها بطريقة ما من مشاركة المعلومات على الفور حتى لو كانت متباعدة بسنوات ضوئية ، على سبيل المثال. هذا يتحدى حدسًا شائعًا آخر: أن الأشياء تحتاج إلى وسيط مادي للتفاعل.

لذلك ناقش الفيزيائيون منذ فترة طويلة كيفية تفسير ميكانيكا الكم. هل هو وصف حقيقي وموضوعي للواقع؟ إذا كان الأمر كذلك ، فماذا يحدث لجميع النتائج المحتملة التي لا نقيسها؟ يقول تفسير العوالم العديدة أنها تحدث بالفعل – ولكن في أكوان متوازية.

تشير مجموعة أخرى من التفسيرات ، المعروفة مجتمعة باسم تفسير كوبنهاجن ، إلى أن ميكانيكا الكم هي إلى حد ما دليل المستخدم بدلاً من الوصف المثالي للواقع. يشرح كريس تيمبسون ، فيلسوف الفيزياء بجامعة أكسفورد: “تفسيرات كوبنهاجن التي يتشاركونها هي على الأقل خطوة جزئية إلى الوراء عن الهدف الوصفي الكامل للفيزياء”. “إذن الحالة الكمية ، هذا الشيء الذي يصف هذه التراكبات الجميلة ، هذه مجرد أداة لعمل تنبؤات حول سلوك سيناريوهات القياس العياني.”

لكن لماذا لا نرى التأثير الكمي على مقياس البشر؟ طورت كيارا مارليتو ، عالمة فيزياء الكم بجامعة أكسفورد ، نظرية ميتا تسمى نظرية المُنشئ والتي تهدف إلى شمول جميع الفيزياء القائمة فقط على مبادئ بسيطة حول أي التحولات الفيزيائية في الكون ممكنة في النهاية ، والتي هي مستحيلة ، ولماذا .

وتأمل أن يساعدنا ذلك في فهم سبب عدم رؤيتنا للتأثيرات الكمية على المقياس العياني للبشر. “لا يوجد شيء [in the laws of physics] تقول إنه من المستحيل أن يكون لها تأثيرات كمية على مستوى الإنسان “. “لذلك إما أن نكتشف مبدأ جديدًا يقول إنها مستحيلة حقًا – وهذا سيكون مثيرًا للاهتمام – أو في حالة عدم وجود ذلك ، فإن الأمر يتعلق بمحاولة أكثر جدية لتهيئة الظروف في المختبر لإحداث هذه التأثيرات.”

مشكلة أخرى في ميكانيكا الكم هي أنها غير متوافقة مع النسبية العامة ، التي تصف الطبيعة على أكبر المقاييس. تستخدم مارليتو نظرية المنشئ لمحاولة إيجاد طرق للجمع بين الاثنين. لقد توصلت أيضًا إلى بعض التجارب التي يمكن أن تختبر مثل هذه النماذج – وتستبعد تفسيرات معينة لميكانيكا الكم.

يمكنك الاستماع إلى Great Mysteries of Physics عبر أي من التطبيقات المذكورة أعلاه ، أو موجز RSS الخاص بنا ، أو تعرف على طرق أخرى للاستماع هنا. يمكنك أيضًا قراءة نص الحلقة هنا.