القاهرة-محمد منصور
فاز الفرنسي "آلان أسبيه" والأميركي "جون كلاوسر" والنمساوي "أنتون زيلينغر" بجائزة نوبل الفيزياء لعام 2022، عن عملهم الرائد في مجال ميكانيكا الكم.
وميكانيكا الكم هي إحدى النظريات الأساسية في الفيزياء والتي تقوم بدراسة خصائص الذرات والجسيمات دون الذرية، على عكس الفيزياء التقليدية والتي يُمكن أن تصف بدقة جميع الظواهر المتعلقة بالأجسام الكبيرة فوق الذرية.
وقالت اللجنة في بيان إعلامي إن العلماء الثلاثة أجروا بشكل منفصل "تجارب رائدة باستخدام حالات كمومية متشابكة، حيث يتصرف جسيمان كوحدة واحدة حتى عند فصلهما". وقالت إن نتائجهم مهدت الطريق "لتكنولوجيا جديدة تعتمد على المعلومات الكمومية".
سلوك الجسيمات الدقيقة
يعتمد بحث الفائزين على أعمال جون ستيوارت بل، وهو فيزيائي أيرلندي وضع مُبرهنة رياضية تُعالج مسألة ما إذا كانت الجسيمات -مهما تباعدت عن بعضها البعض- قادرة على العمل بتناسق فيما بينها.
تقول نظريات ميكانيكا الكم إن الجسيمات لها خصائص حين تكون في طور القياس فقط. هذا يعني أن الجسيمات لا تأخذ أي خصائص إلا حين يتم ملاحظتها وقياسها، ويعنى أيضاً في الوقت ذاته أن الجسيم يُمكن أن يوجد في مكانين أو أكثر في وقت واحد.
أجرى الفائزون الثلاثة -بشكل منفصل- تجارب ساعدت في توضيح ادعاء أساسي حول التشابك الكمي، والذي يتعلق بسلوك الجسيمات الدقيقة، مثل الإلكترونات، التي تفاعلت ثم انفصلت عن بعضها، من خلال أخذ قياسات لجسيم متشابك مع آخر، مثل مكانه أو دورانه حول نفسه، يتم ملاحظة تغيير في الجسيم الأخر، بغض النظر عن المسافة التي قطعها عن الجسم الأول.
وبشكل أبسط، تدعي ميكانيكا الكم وجود رابط بين الجسيمات. فإذا ما كان هناك جسيمان متشابكان معاً، ففي حالة دوران الجسيم الأول من اليمين إلى اليسار، سيكون اتجاه دوران الجسيم الثاني من اليسار إلى اليمين.
بين الفلسفة والفيزياء
ويشتهر العلماء الثلاثة بتجاربهم التي تلقي الضوء على أكثر الخصائص إثارة للاهتمام لميكانيكا الكم. إذ ساهمت اختبارات عدم المساواة -أو اختبار بيل- مع أزواج من الفوتونات المتشابكة (1982) في إنهاء الجدل بين ألبرت أينشتاين ونيلز بور، والذي بدأ في عام 1935.
في أوائل ثلاثينيات القرن الماضي، أثار الجانب الفلسفي لتفسير نظرية الكم قلق العديد من الفيزيائيين من ضمنهم ألبرت أينشتاين وبوريس بودولسكي وناثان روزن. وقتها، قال هؤلاء إن نظرية الكم غير مكتملة واستخدموا مفارقة تُسمي "مفارقة آينشتاين-بودولسكي-روزن" (EPR) للبرهنة على ذلك التصور.
كان ذلك الاستنتاج قائماً على افتراض يُسمى بـ"المحلية"- العلاقات بين الجسيمات التي تتم بسرعة لا تزيد عن سرعة الضوء- والتي تؤكد على وجود مؤثرات عن بُعد- أطلق عليها أينشتاين المؤثرات الشبحية- يمكن أن تؤثر في سلوك الجسيمات.
"أينشتاين كان على خطأ"
وفي ثمانينات القرن الماضي، نفذ العلماء الثلاثة سلسلة من التجارب الفيزيائية التجريبية المصممة لاختبار نظرية ميكانيكا الكم، سواء فيما يتعلق بمفهوم ألبرت أينشتاين للواقع المحلي، أو فيما يتعلق بالنظرية التي وضعها بل.
في الفيزياء، ينص مبدأ المحلية على أنَّ الجسم لا يتأثر بشكل مباشر إلا بمحيطه كما تدعى النظرية التي تتضمن مبدأ المحلية (نظرية أينشتاين-بودولسكي-روزن)، وهي بديل للمفهوم القديم المسمى "فعل عن بعد" لحظي الأثر. اختبرت التجربة - تجربة بل- ما إذا كان العالم الحقيقي يتسق مع نظرية EPR ويستطيع شرح سلوك الجسيمات أم لا.
وجدت جميع اختبارات بل، أن فرضية المحلية لا تتوافق مع الطريقة التي تتصرف بها الأنظمة الفيزيائية، وأكدت أنه لا يمكن لأي متغيرات خفية -المتغيرات الشبحية التي تحدث عنها أينشتاين- أن تتنبأ بنتائج النظرية الكمّية… وهو ما يعني أن أينشتاين كان على خطأ!
وقد أثبت العلماء الثلاثة من خلال تجاربهم أن الجسيمات المترابطة تتصرف كوحدة واحدة، حتى بعد فصلهما، وهو ما يتسق مع نظرية بل، وأظهروا إمكانية التحقيق في الجسيمات الموجودة في حالات التشابك والتحكم فيها. كما رصدوا أن ما يحدث لجسيم واحد في زوج متشابك يحدد ما يحدث للآخر، حتى لو كان بعيداً جداً عن بعضهما البعض للتأثير على بعضهما البعض. وقد ساهم تطوير الحائزين على الجائزة للأدوات التجريبية الأساس لعصر جديد من تكنولوجيا الكم.
اقرأ أيضاً:
