إعادة النظر في تجربة إليزور فايدمان.
كشف اختبار إليتزور فايدمان للقنابل ( Elitzur-Vaidman bomb tester experiment) واحدة من التحديات الأكثر إثارةً للاهتمام عندما يتعلق الأمر بسلوك الفوتون (Photon)، وقد تم وصفها بشكل جيد على شبكة الإنترنت، ولكن هناك نسخة أخرى أبسط من تلك النظرية بدون الحديث عن القنبلة.
عند بعض المفاهيم أدناه تفترض أنك قرأت بضع صفحات من كتاب موجة الجسيمات المزدوجة ( Wave Particle Duality).
يواجه فوتون واحد مرآة نصف فضية تقوم بدور شاطر الأحزمة ( Beam Splitter) حيث تقسم التراكب الكمي ( Quantum Superposition) إلى حزمتين على طول مسارين منفصلين في شكل زوايا قائمة لبعضهما البعض، فتمر واحدة وتنعكس الأخرى، ثم تقوم المرايا العاكسة كليًا بإعادة توجيه كلا المسارين – الحزمتين – بحيث يتقاطع الشعاعين في المرحلة الأولى ويتداخلا في المرحلة الثانية عند فاصل أشعة نصف فضي. وتكون المسيرات المرسلة والمنعكسة من فاصل الأشعة الثاني في زوايا قائمة على بعضها البعض وتؤدي بشكل منفصل إلى نقطتين: C و D.
بافتراض أن كلا المسيرتين بين شاطري الحزم الأول والثاني لا يعترض أي منهما عائق، فإن الفوتون الواحد يتداخل مع نفسه في شاطر الأحزمة الثاني. وفي هذه الحالة يستفيد الكاشف C من التداخل البناء ويتلقى الفوتون بينما يعاني الكاشف D من التداخل المدمّر ولا يمكنه استقبال أي فوتونات مطلقًا.
ومع ذلك، إذا تم عرقلة مسار واحد بين مقسم الأشعة الأول والثاني، فسنكون أمام احتمالين: إما أن يتقاطع الفوتون مع المسار المعرقل – احتمال ½ — وتنهار جميع المسارات أو الحزم، أو أن يصل الفوتون إلى شاطر الحزمة الثاني دون مواجهة أي عرقلة، وبالتالي تكون له فرصة متكافئة في الالتقاط من الكاشف C أو D.
وبالتالي فإن 25% من الحالات – والتي تتمثل في المرور بالكاشف D – تعرف أن المسار قد عُرقل دون أن يتفاعل الفوتون فعليًا مع العائق. لقد اكتشفت حقيقة «عرقلة الحاضر» دون التأكد مباشرة من هذه الحقيقة. وهذا ما يسمى المعرفة المغايرة ( Counterfactual Knowledge) أو القياس الخالي من التفاعل ( Interaction-free Measurment).
التفسيرالتقليدي لهذا هو أن شاطر الحزم الأول يضع الفوتون في حالة تراكب كمي حيث أن الفوتون الواحد يتبع مسارين منفصلين في وقت واحد، ولكن بمجرد أن يتم تلقي الفوتون وينتهي التراكب ويحدث ما يسمى فك الارتباط ( Decoherence) نعلم – أو نفترض أننا نعلم – أي مسار قد سلك الفوتون فعليًا (أي المسار دون عرقلة). في نفس الوقت، مع هذا فلقد قمنا خلال 25٪ من الوقت بقياسات مختلفة مثل دراسة وجود أو عدم وجود عقبات على طول المسار الغير متخذ.
من الواضح أن «التراكب الكمي» لا يفسر حالة الفوتون بشكل دقيق، فهو مجرد تأكيد على أن ما كان منفصلًا وغير مترابط – الفوتون – أصبح الآن مستمرًا ومترابطًا، بينما يؤكد فك الترابط الكمي ( quantum decoherence ) أن ما كان مترابطًا أصبح الآن منفصلًا مرة أخرى. هذا هو مفهوم العالم ( بور – Bohr) المتكامل في صورة محسنة أكثر دقة عن طريق محاولة تحديد متى تحدث التحولات والانتقالات بين الجسيمات والموجات، بين الحالة المنفصلة والحالة المستمرة، كما إن حساب موجة الاحتمال ( Probability Wave) الرياضية للفوتون لا يساعد أيضًا؛ فهو يلغي التمييز بين ما هو مادي وما هو غير مادي.
في الواقع، ليس هناك شيء مثل القياس الخالي من التفاعل، هذا مخالف للفيزياء. الفوتون هو موجة حادة من الكتلة التي يمكن تقسيمها و نثرها في الفضاء دون حدود، في حين أن التذبذب – حدوث الموجة – في الزمان لا يزال وحدوي ( Unitary). حقيقة أن الفوتون يسلك مسارًا واحدًا لا تعني أن المسارات الأخرى لم تؤخذ. في حقيقة الأمر، لقد اتُخذت جميع المسارات من قبَل شيء حقيقي، وهي الكتلة الموجية الوضعية ( Waveform Potential Mass). وفي تجربة التداخل، يعيق العائق أو العقبة موجة الكتلة الوضعية على مسار واحد وبالتالي يمنع التداخل عند الشاطر الثاني للحزم.
ربما تكون تلك التجربة الفكرية أقوى دليل غير مباشر على حقيقة وجود الكتلة الوضعية كموجة للفوتونات. هذه الموجة لها وجود مادي ولكنها احتمالية بطبيعتها بسبب الطبيعة المتقطعة لانتقال الكتلة أو الطاقة من الحالة المخزنة إلى الحالة الحرة غير المخزنة، من الإصدار المحتمل-المستمر- المتقدم إلى الحركي-المنفصل -الممتد.
كما يعرض الكتاب، فإن امتلاكنا لموجة لها خصائص مادية وتمتلك كتلة وضعية حقيقية أفضل من وجود دالة موجية رياضية وصفية في الفضاء متعدد الأبعاد كمصدر الاحتمال.
- ترجمة: علي كريمة
- تدقيق: أسمى شعبان
- تحرير: زيد أبو الرب
