لماذا بدأ المزيد من الفيزيائيين في التفكير في أن المكان والزمان هما “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 حتى لو تم فصلها بمسافات كبيرة. ولكن بقدر ما تبدو الظاهرة غريبة ، فلماذا لا تزال هذه الفكرة القديمة تستحق الجائزة المرموقة في الفيزياء؟

من قبيل الصدفة ، قبل أسابيع قليلة فقط من تكريم الحائزين الجدد على جائزة نوبل في ستوكهولم ، أفاد فريق مختلف من العلماء المتميزين من هارفارد ، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وفيرميلاب وجوجل ، أنهم أجروا عملية على جهاز الكمبيوتر الكمي الخاص بجوجل والتي 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 إدراكه في هذه التجربة الأخيرة موجود فقط في لعبة كون ثنائية الأبعاد ، إلا أنه يمكن أن يشكل اختراقًا للمستقبل البحث في طليعة الفيزياء.

لكن لماذا يرتبط التشابك بالمكان والزمان؟ وكيف يمكن أن يكون مهمًا لاختراقات الفيزياء المستقبلية؟ إن مفهوم التشابك ، المفهوم بشكل صحيح ، يعني أن الكون “أحادي” ، كما يسميه الفلاسفة ، وأن كل شيء في الكون ، على المستوى الأساسي ، 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 لواقع حياتنا اليومية أن ينبثق من مثل هذا الوصف الكمي-الميكانيكي الشامل. ولكن الآن فقط يطور باحثون مثل ليونارد سسكيند أو شون كارول أفكارًا حول كيف يمكن أن تفسر هذه الحقيقة الكمومية المخفية ليس فقط المادة ولكن أيضًا نسيج المكان والزمان.

التشابك هو أكثر بكثير من مجرد ظاهرة كمومية غريبة أخرى. إنه مبدأ التمثيل وراء كل من سبب دمج 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 – بالمعنى الحرفي للكلمة – غراء العوالم وخلقها. 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 هذه الكائنات المكونة. وفقًا لذلك ، فإن حالة التشابك هي تراكب جميع التركيبات الممكنة التي يمكن أن تكون فيها مكونات الكائن المكون لإنتاج نفس النتيجة الإجمالية. مرة أخرى ، فإن الطبيعة المتموجة للمجال الكمومي هي التي يمكن أن تساعد في توضيح كيفية عمل التشابك في الواقع.

تخيل بحرًا زجاجيًا هادئًا تمامًا في يوم عاصف. اسأل نفسك الآن ، كيف يمكن إنتاج مثل هذا المستوى من خلال تراكب نمطين من الموجات الفردية؟ أحد الاحتمالات هو أن تراكب سطحين مستويين تمامًا يؤدي مرة أخرى إلى نتيجة مستوية تمامًا. لكن الاحتمال الآخر الذي قد ينتج عنه سطح مستوٍ هو إذا تم تركيب نمطين موجتين متطابقين بمقدار نصف دورة تذبذب على بعضهما البعض ، بحيث تقضي قمم الموجة لأحد النماذج على قيعان الموجة الأخرى والعكس صحيح. إذا لاحظنا للتو المحيط الزجاجي ، نظرًا لأنه نتيجة لتضخم اثنين معًا ، فلن تكون هناك طريقة بالنسبة لنا لمعرفة 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 ، إحداهما حية والأخرى ميتة ، فهذا يعني أن القطة الأولى أو الثانية ميتة وأن القطة المتبقية ، على التوالي ، على قيد الحياة – ستكون غريبة ومخيفة طريقة لوصف الحيوانات الأليفة ، وقد لا تعرف أي واحد منهم هو المحظوظ ، لكنك ستحصل على انجراف الجار. ليس الأمر كذلك في عالم الكم. في ميكانيكا الكم ، تشير العبارة نفسها إلى أن القطتين اندمجت في تراكب من الحالات ، بما في ذلك القطة الأولى على قيد الحياة والثانية ميتة والقط الأول ميت بينما يعيش الآخر ، ولكن أيضًا الاحتمالات حيث كلتا القطط نصفها على قيد الحياة ونصفها ميت ، أو أن القطة الأولى ثلثها على قيد الحياة ، بينما القطط الثانية تضيف ثلثي العمر المفقود. في زوج كمي من القطط ، تتلاشى 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 لنا التشابك الكمي عن منطقة شاسعة وجديدة تمامًا يجب استكشافها. إنه يحدد أساسًا جديدًا للعلم ويقلب بحثنا عن نظرية كل شيء رأسًا على عقب – للبناء 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 – فهم يفعلون ذلك بالفعل بالفعل. بدأ الباحثون في طليعة الجاذبية الكمية في إعادة التفكير في الزمكان كنتيجة للتشابك. لقد توصل عدد متزايد من العلماء إلى تأسيس أبحاثهم على عدم قابلية الكون للفصل. الآمال كبيرة أنه باتباع هذا النهج قد يصلون أخيرًا إلى فهم المكان والزمان ، في أعماق الأساس ، حقًا.

سواء تم تجميع الفضاء معًا عن طريق التشابك ، يتم وصف الفيزياء بواسطة كائنات مجردة تتجاوز المكان والزمان أو مساحة الاحتمالات التي تمثلها وظيفة موجة إيفريت العالمية ، أو يتم إرجاع كل شيء في الكون إلى كائن كمي واحد – كل هذه الأفكار تشترك في سمة مميزة نكهة أحادية. في الوقت الحاضر ، من الصعب الحكم على أيٍّ من هذه الأفكار سيُعلم مستقبل الفيزياء وأيها سيختفي في النهاية. الأمر المثير للاهتمام هو أنه في حين تم تطوير الأفكار في الأصل في سياق نظرية الأوتار ، يبدو أنها تجاوزت نظرية الأوتار ، ولم تعد الأوتار تلعب دورًا في أحدث الأبحاث. يبدو أن الخيط المشترك الآن هو أن المكان والزمان لم يعدا أساسيين بعد الآن. الفيزياء المعاصرة لا تبدأ بالمكان والزمان لمواصلة الأشياء الموضوعة في هذه الخلفية الموجودة مسبقًا. بدلاً من ذلك ، يعتبر المكان والزمان أنفسهم نتاج واقع جهاز عرض أكثر جوهرية. ناثان سايبيرج ، رائد نظريات الأوتار في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، ليس وحيدًا في شعوره عندما يقول ، “أنا متأكد تقريبًا 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 لا توجد أشياء فردية في الكون بعد الآن ؛ أن كل شيء مرتبط بكل شيء آخر: “إن تبني التشابك بينما يصنع العالم علاقة يأتي بثمن التخلي عن إمكانية الفصل. ولكن ربما ينبغي على أولئك المستعدين لاتخاذ هذه الخطوة أن ينظروا إلى التشابك من أجل العلاقة الأساسية التي سيشكل بها هذا العالم (وربما كل العالم الآخر المحتمل). ” 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 مرحلة ثابتة. بل هي مصدرها كتل المادة وطاقتها. يشبه إلى حد كبير وجهة نظر الفيلسوف الألماني جوتفريد دبليو ليبنيز ، فهو يصف الترتيب النسبي للأشياء. إذا لم يتبق الآن ، وفقًا للوحدة الكمية ، سوى شيء واحد ، لم يتبق شيء للترتيب أو الترتيب ، وفي النهاية لم تعد هناك حاجة لمفهوم الفضاء على هذا المستوى الأساسي من الوصف. إنه “الواحد” ، كون كمومي واحد يؤدي إلى نشوء المكان والزمان والمادة.

“GR = QM” ، زعم ليونارد سسكيند بجرأة في رسالة مفتوحة للباحثين في علم المعلومات الكمومية: النسبية العامة ليست سوى ميكانيكا الكم – نظرية عمرها مائة عام تم تطبيقها بنجاح كبير على جميع أنواع الأشياء ولكن لم تكن أبدًا في الواقع. مفهوم تماما. كما أشار شون كارول ، “ربما كان من الخطأ تحديد مقدار الجاذبية ، وكان الزمكان كامنًا في ميكانيكا الكم طوال الوقت.” بالنسبة للمستقبل ، “بدلاً من تكميم الجاذبية ، ربما يجب أن نحاول جذب ميكانيكا الكم. أو ، بشكل أكثر دقة ولكن أقل إثارة ، “اعثر على الجاذبية داخل ميكانيكا الكم” ، كما يقترح كارول في مدونته. في الواقع ، يبدو أنه إذا تم أخذ ميكانيكا الكم على محمل الجد من البداية ، إذا تم فهمها على أنها نظرية لا تحدث في المكان والزمان ولكن ضمن واقع جهاز عرض أكثر جوهرية ، فإن العديد من الطرق المسدودة في استكشاف كان من الممكن تجنب الجاذبية الكمية. إذا كنا قد وافقنا على الآثار الأحادية لميكانيكا الكم – تراث فلسفة عمرها ثلاثة آلاف عام تم تبنيها في العصور القديمة ، واضطهدت في العصور الوسطى ، وتم إحياؤها في عصر النهضة ، وتم العبث بها في الرومانسية – في وقت مبكر من إيفريت وزيه قد أشاروا إليهم بدلاً من التمسك بتفسير رائد الكم المؤثر نيلز بور الذي اختصر ميكانيكا الكم إلى أداة ، سنكون في طريقنا إلى إزالة الغموض عن أسس الواقع.

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