في ميكانيكا الكم، قطة شرودينغر هو تجربة فكرية أن يوضح التناقض من تراكب الكم، في التجربة الفكرية، يمكن اعتبار قطة افتراضية حية وميتة في نفس الوقت، نتيجة ارتباط مصيرها بحدث دون ذري عشوائي قد يحدث أو لا يحدث، وفي هذا المقال سنوضح ما هي قطة شرودينغر
ما هي قطة شرودينغر
- قطة شرودينجر هي تجربة افتراضية مشهورة، مصممة للإشارة إلى خلل في تفسير كوبنهاجن للتراكب لأنه ينطبق على نظرية الكم.
- ابتكر الفيزيائي النمساوي الحائز على جائزة نوبل إروين شرودنجر هذه التجربة العقلية في عام 1935، للإشارة إلى التناقض بين ما يعتقده منظرو الكم أنه صحيح حول طبيعة وسلوك المادة على المستوى المجهري، وما يلاحظه الشخص العادي على أنه صحيح على المستوى العياني.
- تنص التجربة الافتراضية على أنه يتم وضع قطة حية في غرفة فولاذية، مع مطرقة وقارورة من حمض الهيدروسيانيك، وكمية صغيرة جدًا من المادة المشعة، في حالة تلف ذرة واحدة من المادة المشعة أثناء فترة الاختبار، فإن آلية الترحيل ستطلق المطرقة، مما يؤدي بدوره إلى كسر قنينة الغاز السام والتسبب في موت القط.
اقرأ أيضا: ما هي الكيمياء الكمومية
شرح تجربة قطة شرودينغر
- وُلد إروين شرودنغر في فيينا في 12 أغسطس 1887، وحصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1933، اشتهر بعمله فيما يتعلق بنظرية الكم، لا سيما فيما يتعلق بتجربته الفكرية التي تنطوي على قطة من أجل شرح التفسير الخاطئ من تراكب الكم.
- ينص تفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم، بشكل أساسي على أن كائنًا في النظام المادي يمكن أن يوجد في نفس الوقت في جميع التكوينات الممكنة، لكن مراقبة النظام تجبر النظام على الانهيار، وتفرض الكائن في حالة واحدة فقط من تلك الحالات الممكنة.
- اختلف شرودنجر مع هذا التفسير، فأراد أن يتخيل الناس أن هناك قطة، وعداد جيجر ومواد مشعة، ومطرقة داخل حاوية مغلقة.
- كانت كمية المادة المشعة ضئيلة بما يكفي لدرجة أنه لم يكن لديها سوى احتمال 50% لقتل القطة، وتم مراقبتها على مدار ساعة، إذا اكتشف عداد جيجر الإشعاع، فإن المطرقة ستحطم السم، وتقتل القطة.
- حتى يقوم أحدهم بفتح الحاوية ولاحظ النظام، كان من المستحيل التنبؤ بحالة القطة، وهكذا، حتى ينهار النظام في تكوين واحد، ستوجد القطة في حالة غيبوبة تراكب من كونها حية وميتة.
- بالطبع، ادعى شرودنجر أن ذلك كان سخيفًا، ولا يمكن أن يعمل التراكب الكمي مع الأجسام الكبيرة مثل القطط، لأنه من المستحيل أن يكون الكائن الحي على قيد الحياة وميتًا في نفس الوقت.
- وهكذا، قال إن تفسير كوبنهاجن يجب أن يكون معيبًا بطبيعته، بينما يعتقد الكثير من الناس بشكل خاطئ أن شرودنجر دعم الفرضية الكامنة وراء التجربة الفكرية، إلا أنه لم يفعل ذلك حقًا، بل كانت وجهة نظره كلها أن ذلك كان مستحيلاً.
- في حين أنه من الصحيح أن التجارب الحديثة، كشفت أنه في حين أن التراكب الكمومي يعمل مع أشياء صغيرة مثل الإلكترونات، يجب النظر إلى الأجسام الأكبر بشكل مختلف.
دور المراقب في ميكانيكا الكم
- اقترح تفسير كوبنهاغن لفيزياء الكم، الذي كان النظرية السائدة في ذلك الوقت، أن الذرات أو الفوتونات موجودة في حالات متعددة تتوافق مع النتائج المحتملة المختلفة و تسمى التراكبات، ولا تلتزم بحالة محددة حتى يتم ملاحظتها.
- تم تصميم تجربة شرودنجر الفكرية، لإظهار الشكل الذي سيبدو عليه تفسير كوبنهاجن، إذا تم استبدال المصطلحات الرياضية المستخدمة لشرح التراكب في العالم المجهري، بمصطلحات مجهرية يمكن للشخص العادي أن يتخيلها ويفهمها.
- في التجربة، لا يستطيع المراقب معرفة ما إذا كانت ذرة المادة قد تآكلت أم لا، وبالتالي لا يعرف ما إذا كانت القارورة قد تحطمت وقُتلت القطة.
- وفق الكم بموجب قانون كوبنهاجن، فإن القطة ستكون حية وميتة حتى ينظر شخص ما في الصندوق، في لغة ميكانيكا الكم، يُشار إلى قدرة القطة على أن تكون حية وميتة، حتى يتم ملاحظتها على أنها عدم التحديد الكمي أو مفارقة المراقب، المنطق وراء مفارقة المراقب هو القدرة المثبتة للملاحظة للتأثير على النتائج.
- وافق شرودنغر على وجود التراكب، خلال حياته، تمكن العلماء من إثبات وجوده من خلال دراسة التداخل في موجات الضوء.
- تساءل شرودنجر، مع ذلك، عن الوقت الذي يحدث فيه حل الاحتمالات بالفعل، كانت تجربته الفكرية تهدف إلى جعل الناس يسألون أنفسهم ما إذا كان من المنطقي أن تكون الملاحظة هي الدافع، ألن تكون القطة حية أو ميتة، حتى لو لم تتم ملاحظتها؟
- على مر السنين، تم استخدام تشبيه قطة شرودنغر لتوضيح النظريات الناشئة حول كيفية عمل ميكانيكا الكم.
في تفسير العوالم المتعددة ل الكم القانون، على سبيل المثال، القطة حية وميتة، في هذا التفسير، يوجد الراصد والقطة في حقيقتين – واحدة ماتت فيها القطة، وواحدة تعيش فيها القطة. - ما تعلمه العلماء عن طبيعة المادة على المستوى المجهري، وعلاقتها بما يلاحظه البشر على المستوى العياني، لم يتم استكشافه بالكامل بعد، ويظل دور المراقب سؤالًا مهمًا في دراسة فيزياء الكم، وهو مصدر لا نهاية له من التكهنات والتخمين في الحوسبة الكمومية والثقافة الشعبية.
اقرأ أيضا: ما هي تجربة الشق المزدوج
التجارب التي تدعم قطة شرودينجر
- في الدراستين الجديدتين، استخدم الباحثون جسيمات الضوء، أو الفوتونات، لاختبار حدود هذا التراكب.
إذا لم يكن هناك حد لعدد الجسيمات أو الفوتونات التي يمكنك وضعها في نظام كمي، فهذا يعني أن القطة حقاً ميتة وحيوية في نفس الوقت، وعمل قياس حالتها يجعل الصيغة الرياضية التي تصفها (دالة الموجة)، “الانهيار” إلى حالة محددة، حيا أو ميتا. - الاحتمال الآخر، الذي يُطلق عليه تفسير العوالم المتعددة، سيكون أكثر غرابة: أن جميع الحالات المحتملة حقيقية، وعندما تنهار دالة الموجة إلى حالة واحدة، فإننا نشهد فقط واحدًا من العديد من الأكوان الموجودة في وقت واحد، حيث كل نتيجة ممكنة الحدوث.
- عندما تنهار الدالة الموجية، نتذكر (والقطة) تاريخًا واحدًا – قطة ميتة – ولكن هناك عالم آخر حيث القط على قيد الحياة.
تشابك الفوتونات
- قال الباحثون إن كلا التجربتين، التي أجريت إحداهما في جامعة كالجاري الكندية والأخرى في جامعة جنيف في سويسرا، اشتملت على عدد كافٍ من الفوتونات، يمكن رؤيتها بالعين المجردة، مما يدل على أن خصائصها الكمية يمكن جعلها مجهرية.
- في التجربتين، قاس الباحثون الحالات الكمية – مجموعة من الخصائص الفيزيائية، بما في ذلك الاستقطاب والمرحلة – للضوء باستخدام الاستقطاب، أو الزاوية التي يدور الفوتون من خلالها.
- بينما كانت التقنية الدقيقة مختلفة قليلاً في التجربتين، قام كلا الفريقين بتضخيم حالات فوتون واحد، متشابكًا مع العديد من الفوتونات الأخرى، ثم أعادته إلى حالته الأصلية، ندما يتشابك الفوتون مع فوتونات أخرى، تتأثر حالة الفوتون بحالات الجسيمات التي يتشابك معها.
- أخبرت قياسات الاستقطاب بعد الاستعادة الباحثين أن التشابك الكمي مع الفوتونات الأخرى قد حدث.
