كيف تحولت الفلسفة إلى فيزياء – وتحول الواقع إلى معلومات

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء هذا العام “للتجارب مع الفوتونات المتشابكة ، مما يثبت انتهاك عدم مساواة بيل والريادة في علم المعلومات الكمومية”.

اقرأ المزيد: جائزة نوبل: يشترك علماء الفيزياء في جائزة نظير رؤى ثاقبة في العالم المخيف لميكانيكا الكم

لفهم ما يعنيه هذا ، ولماذا هذا العمل مهم ، نحتاج إلى فهم كيف حسمت هذه التجارب نقاشًا طويل الأمد بين علماء الفيزياء. وكان اللاعب الرئيسي في هذا النقاش عالم فيزياء إيرلندي يُدعى جون بيل.

في الستينيات ، اكتشف بيل كيفية ترجمة سؤال فلسفي حول طبيعة الواقع إلى سؤال فيزيائي يمكن أن يجيب عليه العلم – وعلى طول الطريق كسر التمييز بين ما نعرفه عن العالم وكيف العالم حقا هو.

تشابك الكم

نحن نعلم أن الأجسام الكمومية لها خصائص لا ننسبها عادةً إلى أشياء من حياتنا العادية. أحيانًا يكون الضوء موجة ، وأحيانًا يكون جسيمًا. ثلاجتنا لا تفعل هذا أبدا.

عند محاولة شرح هذا النوع من السلوك غير العادي ، هناك نوعان عريضان من التفسير يمكننا تخيلهما. أحد الاحتمالات هو أننا ندرك العالم الكمي بوضوح ، تمامًا كما هو ، ويصادف أنه غير معتاد. الاحتمال الآخر هو أن العالم الكمي هو تمامًا مثل العالم العادي الذي نعرفه ونحبه ، لكن نظرتنا إليه مشوهة ، لذلك لا يمكننا رؤية الواقع الكمي بوضوح ، كما هو.

في العقود الأولى من القرن العشرين ، انقسم الفيزيائيون حول التفسير الصحيح. من بين أولئك الذين اعتقدوا أن العالم الكمي غير عادي ، كانت شخصيات مثل Werner Heisenberg و Niels Bohr. كان ألبرت أينشتاين وإروين شرودنجر من بين أولئك الذين اعتقدوا أن العالم الكمي يجب أن يكون تمامًا مثل العالم العادي ، ونظرتنا إليه ضبابية ببساطة.

اقرأ المزيد: ما هو التشابك الكمومي؟ عالم فيزياء يشرح علم “العمل المخيف عن بعد” لأينشتاين

في قلب هذا التقسيم يوجد تنبؤ غير عادي لنظرية الكم. وفقًا للنظرية ، تظل خصائص بعض الأنظمة الكمية التي تتفاعل تعتمد على بعضها البعض – حتى عندما يتم تحريك الأنظمة لمسافة كبيرة.

في عام 1935 ، وهو نفس العام الذي ابتكر فيه تجربته الفكرية الشهيرة التي تنطوي على قطة محاصرة في صندوق ، صاغ شرودنغر مصطلح “التشابك” لهذه الظاهرة. وقال إنه من السخف تصديق أن العالم يعمل بهذه الطريقة.

مشكلة التشابك

إذا ظلت الأنظمة الكمومية المتشابكة متصلة حقًا حتى عندما تفصل بينها مسافات كبيرة ، فيبدو أنها تتواصل بطريقة ما مع بعضها البعض على الفور. لكن هذا النوع من الاتصال غير مسموح به ، وفقًا لنظرية النسبية لأينشتاين. أطلق أينشتاين على هذه الفكرة اسم “عمل مخيف عن بعد”.

مرة أخرى في عام 1935 ، ابتكر أينشتاين ، مع اثنين من زملائه ، تجربة فكرية أظهرت أن ميكانيكا الكم لا يمكنها أن تعطينا القصة الكاملة عن التشابك. لقد اعتقدوا أنه يجب أن يكون هناك شيء أكثر للعالم لا يمكننا رؤيته بعد.

ولكن مع مرور الوقت ، أصبحت مسألة كيفية تفسير نظرية الكم حاشية أكاديمية. بدا السؤال فلسفيًا للغاية ، وفي الأربعينيات من القرن الماضي ، كان العديد من ألمع العقول في فيزياء الكم مشغولين باستخدام النظرية لمشروع عملي للغاية: بناء القنبلة الذرية.

لم يكن حتى الستينيات ، عندما حول الفيزيائي الأيرلندي جون بيل رأيه إلى مشكلة التشابك ، أدرك المجتمع العلمي أن هذا السؤال الفلسفي على ما يبدو يمكن أن يكون له إجابة ملموسة.

نظرية بيل

باستخدام نظام بسيط متشابك ، وسع بيل تجربة آينشتاين الفكرية لعام 1935. لقد أظهر أنه لا توجد طريقة يمكن أن يكون الوصف الكمي غير مكتمل بينما يحظر “العمل المخيف عن بعد” ولا يزال يتطابق مع تنبؤات نظرية الكم.

ليس خبراً ساراً لأينشتاين ، على ما يبدو. لكن هذا لم يكن فوزًا فوريًا لخصومه.

هذا لأنه لم يكن واضحًا في الستينيات ما إذا كانت تنبؤات نظرية الكم صحيحة بالفعل. لإثبات وجهة نظر بيل حقًا ، كان على شخص ما أن يضع هذه الحجة الفلسفية حول الواقع ، التي تحولت إلى نظام فيزيائي حقيقي ، على اختبار تجريبي.

وهذا بالطبع هو المكان الذي يدخل فيه اثنان من الحائزين على جائزة نوبل لهذا العام إلى القصة. أجرى جون كلوزر أولاً ، ثم آلان أسبكت ، التجارب على نظام بيل المقترح الذي أظهر في النهاية أن تنبؤات ميكانيكا الكم دقيقة. نتيجة لذلك ، ما لم نقبل “الفعل المخيف عن بعد” ، فلا يوجد تفسير آخر للأنظمة الكمية المتشابكة التي يمكن أن تصف العالم الكمي المرصود.

إذاً ، أينشتاين كان مخطئاً؟

ربما تكون مفاجأة ، لكن يبدو أن هذه التطورات في نظرية الكم قد أظهرت خطأ أينشتاين في هذه النقطة. أي ، يبدو أنه ليس لدينا وجهة نظر ضبابية لعالم كمومي يشبه عالمنا العادي تمامًا.

لكن الفكرة القائلة بأننا ندرك بوضوح عالماً كميًا غير عادي بطبيعته هي أيضًا فكرة مفرطة في التبسيط. وهذا يقدم أحد الدروس الفلسفية الرئيسية لهذه الحلقة في فيزياء الكم.

لم يعد من الواضح أننا يمكن أن نتحدث بشكل معقول عن العالم الكمي بما يتجاوز الوصف العلمي له – أي ما وراء معلومة لدينا عنها.

وكما قال أنتون زيلينجر الحائز على جائزة نوبل الثالثة لهذا العام:

لا يمكن التمييز بين الواقع ومعرفتنا بالواقع ، بين الواقع والمعلومات. لا توجد طريقة للإشارة إلى الواقع دون استخدام المعلومات المتوفرة لدينا عنه.

هذا التمييز ، الذي نفترض عادة أنه يدعم صورتنا العادية للعالم ، أصبح الآن ضبابيًا بشكل لا رجعة فيه. ولدينا جون بيل لنشكره.

اقرأ المزيد: ذكاء اصطناعي أفضل ، تواصل غير قابل للاختراق ، رصد الغواصات: سباق تسلح تكنولوجيا الكم يحتدم