من خلال إنشاء فوتونين متشابكين في النظام الحالي ، ثم تقسيمهما على مسافة كبيرة ، يمكننا الحصول على معلومات حول حالة أحدهما عن طريق قياس حالة الآخرالفيزياء الكمومية مليئة بالألغاز ، سيئة السمعة لتناقضها مع حدسنا. يبدو أن الجسيمات تعرف ما إذا كنت تنظر إليها أم لا ، وتظهر سلوكيات مختلفة ، اعتمادًا على ما إذا كنت تشاهدها أم لا ، تمر عبر شق مزدوج. إن قياس كمية واحدة ، على سبيل المثال ، موضع الجسيم ، يخلق عدم اليقين المتأصل في كمية تكميلية ، على سبيل المثال ، الزخم. وإذا قمت بقياس دورانها في الاتجاه الرأسي ، فقم بتدمير المعلومات حول الظهر في الاتجاه الأفقي. لكن أكثر الظواهر الكمومية "مخيفة" هي التشابك الكمي ، عندما يبدو أن أحد الجسيمات "يعرف" على الفور ما إذا تم قياس الشريك المرتبك به ، حتى لو تم ذلك في الطرف الآخر من الكون. هذا الأسبوع سوف نلقي نظرة على سؤال القارئ ، مفتونًا لماذا يعتبر هذا لغزًا بشكل عام.
من وجهة نظر الفوتونات ، سافروا مسافة صفر في وقت الصفر. ما المخيف في هذا الأمر؟ حتى يتم قياس أحدهم ، يكونون في نفس المكان وفي نفس الوقت (إذا كنت تصدقهم) ، لذلك لا يمكن أن يطلق عليه لغز ينسقون حالاتهم.
المنطق المعقول: تمدد الوقت للجسيمات سريعة الحركة يعني أنه يمكنهم تنسيق حالاتهم بأي سرعة. لكن هذا اللغز ليس من السهل حله.
مخطط تجربة Aspe الثالثة للتحقق من اللا تموضع الكمي. يتم إرسال الفوتونات المتشابكة من المصدر إلى مفتاحين لتوجيهها إلى أجهزة الاستشعار المستقطبة. تقوم مفاتيح التبديل بتبديل حالاتهم بسرعة كبيرة ، وتغيير إعدادات الكاشف أثناء طيران الفوتونات.أولاً ، دعنا نتناول مسألة التشابك. عادة ما يتم تنفيذ التجربة باستخدام الفوتونات: تقوم بإرسال كمية واحدة من الضوء من خلال مادة خاصة (بلورة مبعثرة) ، وتقسيمها إلى فوتونين. سوف تتشابك هذه الفوتونات بمعنى معين ، أي إذا كان أحدهما يدور ، فإن الزخم الزاوي الداخلي هو +1 ، فسيكون الآخر -1. ولكن أيهما غير معروف لنا. يمكنك حتى إجراء تجارب ، بعد النظر في عدد كبير من الفوتونات ، الفرق بين
• نتائج إحصائية إذا كانت تدور +1 ،
• نتائج إحصائية إذا كان الدوران -1 ،
• ونتائج إحصائية في حالة بقاء الدوران غير محدد.
من الصعب جدًا تصور هذه النتائج ، ولكن في ميكانيكا الكم يوجد تشابه رائع: مرور الجسيم عبر فجوة مزدوجة.
إذا تم تمرير الإلكترونات أو الفوتونات أو أي جسيمات أخرى من خلال فجوة مزدوجة ، ينشأ نمط تداخل. ولكن هذا يحدث فقط إذا لم تتحقق من الفجوة التي يمرون بها!إذا قمت بتمرير جسيم من خلال شق مزدوج - أي شاشة بها فتحتين ضيقتين قريبتين جدًا من بعضهما البعض - وتمر عبرهما ، بدلاً من تعليقهما من قبل الشاشة ، يمكنك بسهولة تحديد مكانها على الجانب الآخر. إذا قمت بإطلاق العديد من الجسيمات واحدًا تلو الآخر من خلال وعاء مزدوج ، فستجد أن الجسيمات التي تمر عبر الشقوق تشكل نمط تداخل. وبعبارة أخرى ، لا يتصرف كل جسيم كما لو كان قد مر من خلال فجوة أو أخرى ؛ تتصرف كما لو أنها مرت من خلال الفتحتين في آن واحد ، وتدخلت بنفسها في شكل موجة ، واستمرت في التحرك.
لكن هذه الصورة ، التي توضح الطبيعة الميكانيكية الكمومية الغريبة لجميع جسيمات الكون ، تظهر فقط إذا لم تحدد من خلالها الفجوة التي يمر بها الجسيم.
إذا حددت من خلال أي فجوة يمر الجسيم ، وترك بقية التجربة دون تغيير ، فلن تحصل على صورة تداخل على الإطلاق.إذا قمت بدلاً من ذلك بقياس جسيم أثناء مروره عبر إحدى الفتحات - يمكن القيام بذلك عن طريق تثبيت عداد - فلن تحصل على صورة تداخل. ستحصل على مجموعة من الجسيمات المقابلة للمرور عبر الفتحة 1 ، ومجموعة من الفتحات 2.
نمط موجة الإلكترونات التي تمر عبر فجوة مزدوجة واحدة تلو الأخرى. إذا قمت بقياس الفجوة التي مر بها الإلكترون ، فإنك تدمر صورة التداخل الكمي. لاحظ أن إنشاء مثل هذه الصورة يتطلب أكثر من إلكترون واحد.وبعبارة أخرى ، من خلال إجراء قياس يحدد المسار الذي اختاره الجسيم ، يمكنك تغيير نتيجة هذا الاختيار! بالنسبة لجسيم واحد ، يمكنك فقط تحديد احتمال المرور عبر الشق 1 أو الشق 2 أو التداخل مع نفسه. ستكون هناك حاجة إلى المزيد من الإحصائيات لاكتشاف الحالة الحقيقية لتجربتك.
اختبار جرس ميكانيكي الكم لجزيئات الدوران نصف الصحيحةعودة إلى الفوتونات المربكة. أو بشكل عام لأي جسيمات متشابكة. تقوم بإنشاء جزيئين متشابكين تعرفان فيهما المقدار الإجمالي لخصائصهما ، ولكن ليس خصائص كل منهما. أبسط مثال على ذلك هو الدوران - بالنسبة لفوتونين سيتحول إما (+1 و -1) أو (-1 و +1) ، لإلكترونين - (+ ½ و -½) أو (-½ و + ½) - وأنت أنت لا تعرف أيها سيكون له الدوران ، حتى تقيسه. بدلاً من الفجوات ، يمكنك إرسالها عبر المستقطب. وبمجرد قياس أحدهما ، فإنك تحدد الآخر. وبعبارة أخرى ، أنت تعرف ذلك على الفور.
تجربة محو كمومي يتم فيها فصل جزيئين متشابكين وقياسهما. لا يؤثر أي إجراء على أحد الجسيمات في الوجهة على الآخر."المخيف" هو حقيقة أنه في الفيزياء لا يحدث شيء آخر على الفور. أعلى سرعة إرسال لأي إشارة ستكون مساوية لـ s ، سرعة الضوء في الفراغ. ولكن يمكن تقسيم هاتين الجسيمتين المتشابكتين إلى أمتار أو كيلومترات أو وحدات فلكية أو سنوات ضوئية ، وقياس أحدهما يحدد على الفور حالة الآخر. لا يهم ما إذا كانت الجسيمات المتشابكة تتحرك بسرعة الضوء أم لا ، سواء كان لديها كتلة أم لا ، وكم من الطاقة لديها ، وإذا قمت بعزلها عن بعضها البعض حتى لا ترسل الفوتونات إلى بعضها البعض. لا توجد ثغرات تسمح لسرعة التفاعل في أي نظام مرجعي لتعويض ذلك بطريقة أو بأخرى. في أواخر التسعينات من القرن الماضي ، حددت تجارب فصل هذه الجسيمات والقياس المتزامن لها أنه إذا تم نقل أي معلومات بينهما ، فإنها تتحرك بسرعة 10000 مرة أسرع من سرعة الضوء.
التخاطر الكمي ، والذي غالبًا ما يتم الخلط بينه وبين السفر أسرع من الضوء. في الواقع ، لا يتم نقل المعلومات بشكل أسرع من سرعة الضوء.لكن هذا لا يمكن أن يكون! في الواقع ، لا يتم إرسال أي معلومات. من المستحيل قياس الجسيم في مكان واحد واستخدامه لنقل شيء ما إلى جسيم بعيد جدًا. تم تطوير العديد من المخططات العبقرية ، بحيث يتم استخدام المعلومات بشكل أسرع من الضوء باستخدام هذه الخاصية ، ولكن في عام 1993 أثبتوا أن هذه الآلية لن تسمح بنقل المعلومات. هناك تفسير بسيط لذلك:
• إذا قمت بقياس "ما هي حالة الجسيم لدي" ، فستعرف حالة جسيم آخر ، ولكن لا يمكن فعل أي شيء بهذه المعلومات حتى تصل إلى جسيم آخر أو تصل إلينا ، ويجب أن تذهب الرسالة بسرعة الضوء أو بشكل أبطأ.
• إذا أجبرت جسيمك الحالي على أخذ حالة معينة ، فإن هذا لن يغير حالة الجسيم المتشابك. على العكس من ذلك ، سوف يدمر التشابك ، بحيث لا تتعلم أي شيء عن الجسيم الثاني.
[
لم يكشف إيثان تمامًا عن جوهر المشكلة. كل ما سبق قد لا يفاجئك إذا كنت تتخيل القياس مع القفازات. أرسل لك شخص ما قفازًا من زوج وصديقك الآخر. وعندما تفتح الحزمة الخاصة بك ، فإنك تتعرف على الفور ليس فقط على القفازات ، اليسرى أو اليمنى ، التي تلقيتها ، ولكن أيضًا ما حصل عليه صديقك. ومع ذلك ، في حالة الجسيمات المتشابكة ، لم يتم تحديد حالة القفازات في البداية. ونحن لا نعلم أو لا نعرف كيف نحددها - يتم تحديدها بشكل عشوائي ، وبالتحديد في لحظة قياس أحد "القفازات". ثم يفترض "القفاز" الآخر على الفور الحالة المعاكسة. هذا ما أسماه آينشتاين "العمل المخيف بعيد المدى" / تقريبا. perev. ]
إذا كان جسيمان متشابكان ، فإن خصائص وظائف الموجة تكمل بعضها البعض ، ويحدد قياس أحدهما خصائص الآخر. ولكن ما إذا كانت الدالة الموجية وصفًا رياضيًا تجريديًا ، أو ما إذا كانت تكمن وراء الحقائق العميقة للكون والواقع الحتمية الأساسية ، فهي مسألة مفتوحة.هذه مشكلة فلسفية للواقعيين. هذا يعني أن الدالة الموجية للجسيم - أو الدالة الموجية المتشابكة للعديد من الجسيمات - هي كائن مادي حقيقي موجود ويتطور في الكون ، ولكن هذا يتطلب عددًا كبيرًا من الافتراضات غير المريحة. يجب أن نفترض أن هناك عددًا لا حصر له من الحقائق المحتملة ، وأننا نعيش في واحد منهم فقط ، على الرغم من عدم وجود دليل على وجود الآخرين. إذا كنت عازفًا (كمؤلف ؛ إنه أبسط وأكثر عملية) ، فليس لديك هذه المشكلة الفلسفية. من المسلم به ببساطة أن الدالة الموجية هي أداة للحسابات.
كان أينشتاين واقعيًا مقتنعًا في مسائل ميكانيكا الكم ، وأخذ هذا التحيز معه إلى القبر. لم يتم العثور على أي دليل لدعم تفسيره لميكانيكا الكم ، على الرغم من أنها لا تزال لديها العديد من أتباعها.أدان ستيفن واينبرغ ، الحائز على جائزة نوبل ، المؤسس المشارك للنموذج القياسي والفيزيائي النظري العبقري في العديد من المجالات ، مؤخرًا نهج الأدوات في مجلة ساينس نيوز ، واصفا ذلك على النحو التالي:
إنه لأمر مروع للغاية أن نتخيل أننا لا نملك معرفة بكل ما هو موجود - يمكننا أن نقول ما حدث فقط من خلال إجراء قياس.
ولكن بغض النظر عن التهرب الفلسفي ، تعمل ميكانيكا الكم ، ووظيفة الموجة ، الجسيمات المتشابكة ، تسمح لك بتدمير هذا التشابك ، حتى على مسافات كونية. هذه هي العملية الفورية الوحيدة في الكون المعروفة لنا ، وبالتالي فهي متميزة حقًا!
إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].