التواريخ البديلة
(1)

"فيزياء الكوانتم تجعل كما لو أن الإله يلعب النرد مع العالم " . ألبيرت أينشتين.

هناك عدد محدود من قوانين فيزياء الكوانتم سوف نحتاجها في هذا الطرح العلمي ، و بالتالي سنلقى الضوء عليها . أولهما ازدواجية duality المادة- الموجة ، و الثاني هو مبدأ عدم اليقين uncertainity principle الذي صاغه فيرنر هايزنبرج عام 1926 .

ازدواجية duality المادة- الموجة .

في العام 1999 م أجرى عدد من علماء الفيزياء تجربة شهيرة في النمسا ، خلال تلك التجربة تم قذف سلسلة من الجزيئات كل منها مكون من 60 ذرة كربون تشبه كرة القدم يطلق عليها " كور باكيبول" ، قذفت تلك الكور على حاجز به شقين ، و تم استقبال الجزيئات العابرة على ما يشبه الستارة . بفحص النتائج و جد أن تلك الجزيئات تصرفت كما لو كانتا موجتين تتداخلان فيما بينهما ، فتزداد كميتة المواد في موضع ما و تختفي تماما في موضع مجاور ، بنفس أسلوب تداخل الموجات . هذه النتائج تم الحصول عليها من قبل عند إطلاق سيال من الإليكترونات أو الفوتونات الفردية في تجارب مشابهة سابقا ، و يأمل العلماء في إطلاق جسيمات أكبر كثيرا ( سيال من الفيروسات ) بنفس الطريقة ، بهدف معرفة أكبر كتلة يمكن أن تتصرف كمادة و موجة في نفس الوقت .

مرت 200 سنة ونحن معتادون على النظر إلى الضوء كموجات ، ورغم أننا أصبحنا نعرف أن الضوء مكون من أعداد لا حصر لها من جسيمات متناهية الصغر تسمى (فوتونات) -حتى أن مصباح ( سهاري ) من 1 وات يطلق مليارات المليارات من الفواونات في الثانية - إلا أننا لا نتعجب من سلوك الضوء كموجات . و لكن ما أثار الدهشة هو أن تتصرف مواد منفصلة حتى ولو بكتلة ال( فوتون ) ، أو سيال من مواد كبيرة نسبيا ( إليكترونات – كور باكيبول) كموجات ، لأن ذلك كان ببساطة متناقضا كلية مع خبرتنا السابقة و ما نشعر بأنه منطقي و بديهي .
خلال 2000 سنة من التفكير العلمي كانت التجارب و البديهة هما أساس التفسير العلمي ،و لكن مع تنامى معارفنا و اتساع مجال الظاهرة التي نراقبها ، بدأنا نجد أن الطبيعة تتصرف أكثر فأكثر بشكل يتناقض مع البديهة و خبرة الحياة اليومية . هذه الظواهر لا تتوافق بالطبع مع ما يعرف بالفيزياء الكلاسيكية ، وهي الفيزياء التي تفسر سلوك الأجسام الكبيرة المنفصلة ، و لكن يمكن تفسير هذه الظواهر فقط بما يعرف بفيزياء الكوانتم ( الكم ) . هذه الفيزياء الجديدة تم تطوير مبادئها خلال العقود الأولى من القرن 20 بعدما ظهر قصور قوانين نيوتن في شرح سلوك الجسيمات الذرية و ما دون الذرية .
لو راجعنا قوانين الفيزياء الأساسية سنجد أنها بشكل عام تشرح القوى الرئيسية في الطبيعة و كيف تؤثر على الأجسام ، و تتعامل قوانين الفيزياء التقليدية كقوانين نيوتن مع الأجسام التي توجد مستقلة ، و يمكن تحديد موضعها و تاريخها بدقة و بالتالي مسارها ، بينما تتعامل فيزياء الكوانتم مع الجسيمات الذرية و ما دونها ، هذه الفيزياء تقوم على مفاهيم مختلفة جديدة ، فموضع الهدف و مساره بل و تاريخه لا يكون محددا بدقة . و على أساس هذه المفاهيم يتم بناء نظريات الكم التي تصف قوى الكهرومغناطيسية و الجاذبية .
بالرغم أن قوانين فيزياء الكوانتم تقوم على مفاهيم تتناقض مع خبرة الحياة اليومية ، إلا انه وجد أن قوانين فيزياء الكوانتم تشرح و بأعلى قدر من الدقة البيئة الفيزيائية التي كانت تغطيها الفيزياء التقليدية . و ما يجب أن نعرفه الآن أن كل جزيء من المادة يخضع لقوانين الكم ، و لكن يمكن تفسير سلوك الأجسام الكبيرة ( ماكرو) بواسطة نظريات الفيزياء التقليدية كقوانين نيوتن بتقريب مقبول و بدرجة عالية جدآ من الدقة ،وهي النظريات التي أطلقنا عليها سابقا " النظرية الفعالة effective theory"


مبدأ عدم اليقين uncertainity principle

وهو المبدأ الذي صاغه فيرنر هايزنبرج Werner Heisenberg عام 1926 ، هذا المبدأ يقول أن هناك حدود دقة ممكنة كي نقيس بيانات محددة في نفس الوقت مثل قياس وضع الجزيء و سرعته . طبقا لمبدأ عدم اليقين فإن " حاصل ضرب عدم اليقين في وضع جسيم مضروبا في عدم اليقين في كمية حركته ( = الكتلة × السرعة ) لا يقل أبدآ عن ثابت يسمى ثابت لابلانك " ، معنى هذا أنه إذا قللت عدم اليقين في موضع الجسيم بمقادر النصف سيتضاعف عدم اليقين في سرعته . هذا الثابت له قيمة محددة و هي قيمة غاية في الضآلة لو حسبناها بالوحدات العملية ( كيلوجرام-متر-ثانية ) ، فهو يساوي عندئذ 6× 10 ( أس-34) أي 6/واحد و أمامه 34 صفر) !.ماهو المعنى الطبيعي لهذا القانون الذي يسرى على كل الأجسام الكبيرة و الصغيرة على السواء .هذا يعني أنك لو قست موضع كرة قدم كتلتها 1/3 كيلوجرام بدقة قدرها 1 متر في كل الإتجاهات ، فهذا يعني أنه يمكنك تحديد سرعتها بدقة تصل إلى أكثر من 1/بلايين بلايين بلايين كم/ ساعة .و لكن لو هبطنا إلى مستوى الإليكترون الذي تصل كتلته إلى 1×10( أس -30) كيلوجرام ، فإننا حتى لو تمكنا من قياس وضع الإليكترون بدقة عالية جدا لا تزيد عن حجم الذرة ، فإننا لن نستطيع قياس سرعة الإليكترون بأي حال إلى دقة تقل عن زائد او ناقص 1000 كيلومتر في الثانية ،و كما هو واضح ليس هذا ما نسميه دقة عالية !. ماذا يعني هذا ؟.
هذا يعني أننا مهما حصلنا على معلومات و مهما كانت دقة قياساتنا ، فإن نتائج العملية الفيزيائية لن يمكن التنبوء بها على وجه اليقين ببساطة لأنها لا تجري بشكل محدد على وجه اليقين . أي أن عدم اليقين ليس بسبب قصورنا نحن بل لأن الطبيعة ( أو الإله ) لا تحسم أمرها بشكل يقيني بل هي ( أو هو ) ( تلعب/ يلعب النرد ) بشكل أو آخر ، كما عبر ألبيرت أينشتين أنه يبدوا أن الإله يلعب النرد قبل أن يقرر نتائج العملية الطبيعة ،وهذا أربك أينشتاين و جعله يعارض فيزياء الكوانتم لاحقا رغم أنه أحد مؤسسيها .
في البداية يبدوا أينشتين محقآ و أن فيزياء الكوانتم يدمر مبدأ حسمية العلم ،و أن الطبيعة بالتالي عشوائية و غير محكومة بالقوانين ، و لكن هذا ليس صحيحا . هذا يقودنا إلى قبول نوع آخر من الحسمية ، فعندما نعرف الشروط الإبتدائية لأي نظام في وقت ما ، تقوم قوانين الطبيعة بتحديد الإحتمالات الممكنة للمستقبلات و الماضيات ،و ليس تحديد المستقبل و الماضي بشكل يقيني كما كنا نعتقد سابقا . ورغم أن هذه الحقيقية ستكون كريهة و غير مقبولة لمعظم الفيزيائيين كما كانت بالنسبة لأينشتين ،و لكن على الجميع قبول النتائج و الملاحظات التجريبية كما حصلنا عليها و ليس فقط ما يتفق مع تحيزاتهم .
ما نطلبه من النظريات أن تكون قابلة للإختبار ،و رغم من الطبيعية الإحتمالية و ليس اليقينة لفيزياء الكوانتم ، تبقى قابلة للتجريب ، فعند تكرار التجارب و مقارنة النتائج بتوزيع التقديرات الإحتمالية المسبقة ، فإذا تطابقتا يكون ذلك دليلآ على صحة النظرية .
وفقا لفيزياء الكوانتم لا يمكن لأي جسيم أن يكون موجودآ في موضع محدد في أي وقت ، لأن عدم اليقين في سرعته عندئذ ستكون لا نهائية وفقا لمبدأ "هايزنبرج" . في الحقيقة فوفقا لفيزياء الكوانتم يمكن لأي جزيء أن يكون في أي مكان في الكون . إذا أخذنا كمثال تجربة قذف الإلكترونات على الحاجز ذي الفتحتين ، سنجد أن هناك فرصة كبيرة جدا لتحديد موضوع الإلكترون داخل الجهاز ،و لكن تبقى هناك إحتمالية لتواجد إليكترون في أبعد مكان متصور مثل النجم ألفا أو فردة حذائك اليمني !. نفس الشيء يحدث مع تجربة قذف كورة الباكيبول ،و لكن تكرار القذف مرات عدة ستتطابق النتائج مع قوانين الإحتمالات كما أكد بالفعل علماء الفيزياء التجريبية .