ميكانيكا الكم
النظرية التي تصف المادة والإشعاع على المقاييس الذرية — من كمات الطاقة عند بلانك (Planck) والصياغة التي وضعها هايزنبرغ (Heisenberg) وشرودنغر (Schrödinger) وديراك (Dirac) بين 1925 و1927 إلى عدم اليقين والتشابك ومشكلة القياس وتقنياتها.
ميكانيكا الكم هي النظرية الفيزيائية التي تصف المادة والإشعاع على المقاييس الذرية ودون الذرية، وقد وُلدت من فرضية الكم للطاقة عند ماكس بلانك (Max Planck) سنة 1900 ومن تفسير أينشتاين (Einstein) للمفعول الكهروضوئي سنة 1905. وبين 1925 و1927 منحت ميكانيكا المصفوفات وميكانيكا الموجة ونظرية التحويلات النظرية صيغتها الرياضية الحديثة، وتُؤكد تنبؤاتها الاحتمالية بدقة استثنائية. ولا تزال سماتها المخالفة للحدس — التراكب والتشابك وعلاقات عدم اليقين — تغذي الجدل حول مشكلة القياس والتفسيرات، في حين تقوم عليها تقنيات تمتد من أشباه الموصلات والليزر إلى الساعات الذرية والحواسيب الكمومية.
نظرة عامة
1. النشأة التاريخية
في عام 1900 حلّ ماكس بلانك (Max Planck) مشكلة الجسم الأسود بطرح فرضية الكم، إذ بيّن أن الإشعاع يتألف من كمات ذات طاقات محددة يقررها ثابت أساسي جديد هو ثابت بلانك.2Max Planck – Facts · The Nobel Foundation ↗
ولم يكن ثمة غنىً عن كم الفعل عند بلانك للحصول على التعبير الصحيح للإنتروبيا، لكنه بدا عصيًا ومقاومًا لكل الجهود الرامية إلى إدراجه في إطار النظرية الكلاسيكية.3The Genesis and Present State of Development of the Quantum Theory (Nobel Lecture, June 2, 1920) · The Nobel Foundation ↗
2. الصياغات الأولى
وكان مرفقًا بالرسالة التي بعث بها هايزنبرغ إلى فولفغانغ باولي في 9 يوليو 1925 مسودة ورقته الشهيرة أومدويتونغ (Umdeutung) 4A century of quantum mechanics · CERN ↗. وقد وردت هذه الورقة للنشر في يوليو 1925، وتُعد غالبًا شهادة ميلاد نظرية الكم الحديثة 4. والرسالة محفوظة في أرشيف فولفغانغ باولي في CERN 4.
وفي الأشهر التالية ساعد ماكس بورن وباسكوال يوردان وفولفغانغ باولي في تحويل عمل هايزنبرغ إلى ميكانيكا المصفوفات، أول صياغة ناضجة لنظرية الكم 4. وقد أدرك ماكس بورن أن جداول هايزنبرغ تشبه المصفوفات المستخدمة في الجبر الخطي 5June/July 1925: Werner Heisenberg pioneers quantum mechanics · American Physical Society (APS News) ↗. وعمل بورن مع مساعده باسكوال يوردان على توسيع رياضيات ما صار يُسمى ميكانيكا المصفوفات 5. وقد صاغ هايزنبرغ في سنة 1925 نوعًا من ميكانيكا الكم قائمًا على المصفوفات 6Werner Heisenberg – Facts · The Nobel Foundation ↗.
3. النماذج الذرية المبكرة
في سنة 1913 اقترح بور (Bohr) نظريةً لذرة الهيدروجين تقوم على نظرية الكم، فبعض المقادير الفيزيائية لا تأخذ إلا قيمًا منفصلة، والإلكترونات تدور حول النواة في مدارات محددة فقط، والقفز إلى مدار أدنى طاقة يبعث الفرق إشعاعًا 7Niels Bohr – Facts · The Nobel Foundation ↗. واتخذت هذه الصياغة صورة مسلمتين 8The structure of the atom (Nobel Lecture, December 11, 1922) · The Nobel Foundation ↗. وتعلقت المسلمة الأولى بالاستقرار العام للذرة، بينما قصدت الثانية بالدرجة الأولى وجود أطياف ذات خطوط حادة 8. وخلصت النظرية إلى متعدد من الحالات المستقرة يأخذ فيها المحور الأكبر لمدار الإلكترون سلسلة من القيم المنفصلة المتناسبة مع مربعات الأعداد الصحيحة 8.
وفي واحدة من عدة دراسات فاتحة لعصر جديد بدأت في 1905 شرح أينشتاين (Einstein) أن الضوء يتألف من كمات — حزمات ذات طاقات ثابتة توافق ترددات معينة 9Albert Einstein – Facts · The Nobel Foundation ↗. وقد فسّر بهذا المبدأ المفعول الكهروضوئي، إذ يجب أن يمتلك الفوتون الواحد ترددًا أدنى لتحرير إلكترون 9. وأشار أينشتاين (Einstein) إلى أن كمات الطاقة التي يحددها كم الفعل تفسّر سلسلة من الملاحظات الجديرة بالتسجيل أثناء فعل الضوء، مثل قانون ستوكس (Stokes' Law) وانبعاث الإلكترونات وتأين الغازات 3. ونال ألبرت أينشتاين (Albert Einstein) جائزة نوبل في الفيزياء 1921 تقديرًا لخدماته للفيزياء النظرية، ولا سيما لاكتشافه قانون المفعول الكهروضوئي 9.
نال بور جائزة نوبل في الفيزياء عام 1922 لخدماته في دراسة بنية الذرات والإشعاع المنبعث منها 7.
4. المعادلات الأساسية
وبافتراض أن المادة، مثل الإلكترونات، يمكن أن تُعد جسيمات وموجات معًا، صاغ شرودنغر في 1926 معادلة موجية حسبت بدقة مستويات طاقة الإلكترونات في الذرات 10Erwin Schrödinger – Facts · The Nobel Foundation ↗. وقد لاحظ شرودنغر أن الثابت الذي بقي مجهولًا في حسابه لا بعد له من نوع الطول، بل من نوع الفعل — طاقة مضروبة في زمن 11The fundamental idea of wave mechanics (Nobel Lecture, December 12, 1933) · The Nobel Foundation ↗. وكان من البديهي إذ ذاك أن تُستبدل به القيمة العددية لكم الفعل الكوني عند بلانك، المعروفة بدقة من قوانين إشعاع الحرارة 11. وقد قُدّم ثابت بلانك h باعتباره حاصل ضرب الطاقة في الزمن ووُصف بأنه كم الفعل الأولي 3.
وفي 1928 صاغ بول ديراك نظرية كمومية نسبانية كاملة تنبأت معادلتها بجسيم مماثل للإلكترون لكن بشحنة موجبة — البوزيترون 12Paul A. M. Dirac – Facts · The Nobel Foundation ↗. وقد تقاسم ديراك جائزة نوبل في الفيزياء 1933 على هذا الإنجاز 12. وتقاسم إرفين شرودنغر الجائزة نفسها لاكتشافه أشكالًا منتجة جديدة للنظرية الذرية 10.
5. علاقة عدم اليقين ومبدأ التقابل
في عام 1927 اقترح فيرنر هايزنبرغ علاقة عدم اليقين. وقد ذهب هايزنبرغ إلى أن الظواهر الطبيعية التي يؤدي فيها ثابت بلانك دورًا مهمًا لا يمكن فهمها إلا بالتخلي إلى حد كبير عن وصفها وصفًا بصريًا 13The development of quantum mechanics (Nobel Lecture, December 11, 1933) · The Nobel Foundation ↗. ويُعد التشويش الذي يُحدثه الرصد في النظام المرصود عاملًا مهمًا في تحديد الحدود التي يمكن داخلها وصف الظواهر الذرية وصفًا بصريًا 13.
وبدت الفيزياء الكلاسيكية حالة حدية لتصوير فيزياء دقيقة يستحيل تصويرها جوهريًا، وهي تزداد دقة كلما تلاشى ثابت بلانك قياسًا إلى معاملات النظام 13. ويمكن إسناد مصفوفة مقابلة في ميكانيكا الكم إلى كل معامل من معاملات الميكانيكا الكلاسيكية، مثل كمية الحركة أو طاقة الإلكترونات 13. وقد نال فيرنر هايزنبرغ جائزة نوبل في الفيزياء 1932 لإنشائه ميكانيكا الكم، التي أدى تطبيقها، من جملة ما أدى إليه، إلى اكتشاف الأشكال التآصلية للهيدروجين 6.
6. البنية الرياضية
يتركّز قلب ميكانيكا الكم وروحها في فضاءات هيلبرت التي تمثل فضاءات الحالة للأنظمة الكمومية 1. ويرتبط كل نظام فيزيائي بفضاء هيلبرت: فكل متجه وحدة في الفضاء يقابل حالة نقية ممكنة للنظام، وكل حالة نقية ممكنة تقابل متجهًا ما في الفضاء 1. وتمثل المؤثرات الهرميتية في فضاء هيلبرت المرتبط بنظام ما مقادير فيزيائية، وتمثل قيمها الذاتية النتائج الممكنة لقياس تلك المقادير 1.
وفضاء هيلبرت المرتبط بنظام مركب هو الجداء التنسوري لفضاءات هيلبرت المرتبطة بالأنظمة البسيطة التي يتألف منها 1. وإذا اعتبرنا المتجهات والمؤثرات في فضاء هيلبرت ممثلة للحالات والمقادير القابلة للرصد، وطبقنا قاعدة بورن، اكتسب إسناد الحالات معنى تجريبيًا 1. والعلاقة التكاملية بين أوجه مختلفة من العملية الفيزيائية الواحدة سمة مميزة لبنيان ميكانيكا الكم كله 13.
7. مشكلة القياس والتفسيرات
لا إجماع بين المشتغلين بميكانيكا الكم على المعنى الحقيقي للنظرية، وعلى كل تفسير يُطرح لها أن يتعامل مع مشكلة القياس 4. ومشكلة القياس، بإيجاز، هي أن على أي تفسير لميكانيكا الكم، وبخاصة أي وصف لأجزاء العالم التي تجري فيها القياسات، أن يصارعها 1. وهي تنشأ من أن ميكانيكا الكم نفسها عاجزة عن تفسير السبب في أن التجارب على أجسام في حالة تراكب تنتج دائمًا نتيجة محددة 14Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics · Stanford Encyclopedia of Philosophy (Metaphysics Research Lab, Stanford University) ↗.
ويُعد تفسير كوبنهاغن اليوم في الغالب مرادفًا لللاحتمية، ومبدأ التقابل عند بور، والتفسير الإحصائي لبورن للدالة الموجية، وتفسير بور التكميلي لظواهر ذرية معينة 14. وكثيرًا ما يُفهم أن هذا التفسير يتبنى حلًا لمشكلة القياس مطروحًا في صورة مسلمة الإسقاط لجون فون نويمان 14. وقد ميز فون نويمان في مناقشته لمشكلة القياس بين النظام المرصود فعليًا وأداة القياس والمراقب الفعلي 14. ومن النتائج المهمة لحله لمشكلة القياس أن عملية من النوع 1 لا تجري إلا بحضور وعي المراقب 14. وكان رأي بور أن تفسير أي نظرية فيزيائية يجب أن يستند إلى ممارسة تجريبية تفترض بدورها ممارسة وصفية قبل علمية تُرسي المعيار لأجهزة القياس التجريبية ولما يُعد تجربة علمية 14.
وفي أطروحته للدكتوراه سنة 1957 اقترح هيو إيفريت الثالث الأخذ بميكانيكا الكم كما هي، دون مسلمة انهيار ودون متغيرات خفية، وأطلق على النتيجة اسم تفسير الحالة النسبية 15Philosophical Issues in Quantum Theory · Stanford Encyclopedia of Philosophy (Metaphysics Research Lab, Stanford University) ↗. وقد ألهم عمله أسرة من الآراء تُعرف بتفسيرات العوالم المتعددة، وفيها يقابل كل حد من حدود التراكب عالمًا متماسكًا، وكل هذه العوالم حقيقية بالقدر نفسه 15. وقد سُميت تقليديًا النظريات التي تتضمن بنيتها الحالة الكمومية لكن تضيف إليها بنية إضافية، بهدف الالتفاف على مشكلة القياس، نظريات المتغيرات الخفية 15. وتقدم معضلة بل طريقة أنيقة لتصنيف المقاربات المطروحة لمشكلة القياس: فبعضها ينكر أن الدالة الموجية تقدم وصفًا كاملًا لنظام فيزيائي، وبعضها يعدل الديناميكا لإحداث انهيار في ظروف مناسبة، وبعضها يرفض الاحتمالين معًا 15.
8. التطبيقات والتقنيات
تقوم على ميكانيكا الكم اليوم جملة من التقنيات التي لا يستغني عنها العصر، إذ يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والهواتف الذكية والأمن السيبراني والأجهزة الدقيقة على هذه النظرية اعتمادًا جوهريًا 16Quantum Science · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗. ومن أبرز ما أثمرته الإلكترونيات الكمومية مبدأ الميزر-الليزر، وقد أُقرّ عمل أساسي في هذا المجال بجائزة نوبل في الفيزياء 1964 17The Nobel Prize in Physics 1964 · The Nobel Foundation ↗. وقد أدى هذا العمل الأساسي إلى بناء مذبذبات ومضخمات قائمة على ذلك المبدأ 17.
وفي عهد أشباه الموصلات، قامت البُنى المتغايرة لأشباه الموصلات والدائرة المتكاملة بدور محوري في الإلكترونيات، وقد أُقرّتا بجائزة نوبل في الفيزياء 2000 18The Nobel Prize in Physics 2000 · The Nobel Foundation ↗. وقد قدّرت تلك الجائزة البُنى المتغايرة لأشباه الموصلات المستخدمة في الإلكترونيات السريعة والإلكترونيات الضوئية، واختراع الدائرة المتكاملة 18. وبفضل الساعات الذرية فائقة الدقة صارت الثانية اليوم أدق وحدات النظام الدولي من حيث التحقيق، وتُعرَّف خمس من الوحدات الأساسية الست الأخرى في النظام الدولي جزئيًا على أساسها 19Second: The Present · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗.
كما يطوّر NIST مستشعرات معززة كموميًا مثل مستشعرات المجال المغناطيسي القائمة على الذرات وكاشفات الفوتونات فائقة التوصيل، وقد تحول الكثير منها إلى منتجات تجارية 16. وتصف اليونسكو علوم الكم بأنها انبثقت من دراسة أصغر أجسام الطبيعة، فعمّقت فهم الكون ومكّنت من تقنيات رائدة مثل الحواسيب الكمومية وأجهزة القياس فائقة الدقة والمواد من الجيل التالي 20Highlights of the International Year of Quantum Science and Technology 2025 · UNESCO ↗.
تقاسم آلان أسبيه وجون كلوزر وأنطون تسايلينغر جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 عن تجارب بالفوتونات المتشابكة أثبتت خرق متباينات بل ورست أساساً لعلم المعلومات الكمومي.21The Nobel Prize in Physics 2022 · The Nobel Foundation ↗
مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء عام 1989 تقديراً لطريقة المجالات التذبذبية المنفصلة واستخدامها في ميزر الهيدروجين وغيره من الساعات الذرية، ولتطوير تقنية مصيدة الأيونات 22The Nobel Prize in Physics 1989 · The Nobel Foundation ↗.
أعلنت الجمعية العامة للأمم المتحدة سنة 2025 سنة دولية لعلوم الكم وتقنياته، وتتولى منظمة الأمم المتحدة للتربية والعلم والثقافة قيادتها 20. وفي باريس، اجتمع أكثر من 1200 مشارك، بينهم عدد من الحائزين جائزة نوبل، في 4 و5 فبراير 2025 لإطلاق هذه السنة الدولية 20.
9. الحوسبة الكمومية
تمثل الحواسيب الكمومية اليوم أحد أبرز آفاق ميكانيكا الكم التطبيقية، غير أن الحواسيب الكمومية العامة تملك عمومًا أقل من 100 كيوبت، وقد يلزم الآلاف لأداء عمل مفيد 23What Is Quantum Computing? · California Institute of Technology (Caltech Science Exchange) ↗. وتقوم هذه الحواسيب على بتات كمومية، أو كيوبتات، فبينما تمثل البتات الكلاسيكية دائمًا إما الواحد وإما الصفر، يمكن للكيوبت أن يكون في تراكب بين الواحد والصفر معًا حتى تُقاس حالته 23.
ويمكن أن تتشابك حالات عدة كيوبتات، أي ترتبط بعضها ببعض كموميًا، ويمنح التراكب والتشابك الحواسيب الكمومية قدرات لا تعرفها الحوسبة الكلاسيكية 23. لكن يصعب عزل أعداد كبيرة من الكيوبتات، وإذا تفاعلت مع جزيئات أو مجالات مغناطيسية في بيئتها انهارت أو فقدت التماسك، فخسرت خاصيتي التراكب والتشابك الهشّتين 23.
في عام 2024 نشر المعهد الوطني للمعايير والتقنية أول ثلاثة معايير للتشفير ما بعد الكمومي لحماية البيانات من تهديد حاسوب كمومي مستقبلي قد يكسر التشفير الكلاسيكي أو يضعفه 16.
10. خط زمني: من كمات بلانك (Planck) إلى قرن الكم
- 1900فرضية الكم لبلانكحلّ ماكس بلانك (Max Planck) مشكلة طيف الجسم الأسود بطرح نظرية الكمات: يتألف الإشعاع من كمات ذات طاقات محددة يقررها ثابت أساسي جديد سُمي لاحقًا ثابت بلانك.
- 1905كمات الضوء لأينشتاينفي واحدة من عدة دراسات فاتحة لعصر جديد بدأت في 1905، بيّن أينشتاين (Einstein) أن الضوء يتألف من كمات، حزمات ذات طاقات ثابتة؛ ويجب أن يمتلك الكم الواحد ترددًا أدنى معينًا قبل أن يحرر إلكترونًا.
- 1913نموذج بور للذرةاقترح نيلس بور (Niels Bohr) نظرية لذرة الهيدروجين قائمة على نظرية الكم: تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات محددة فقط، ويُطلق القفز إلى مدار أدنى طاقةً الفرق في صورة إشعاع.
- يونيو–يوليو 1925ميكانيكا المصفوفات لهايزنبرغفي 9 يوليو 1925 كتب هايزنبرغ (Heisenberg) إلى فولفغانغ باولي (Wolfgang Pauli) كاشفًا عن أفكاره الجديدة؛ وتُعد ورقة أومدويتونغ (Umdeutung) المرفقة غالبًا شهادة ميلاد نظرية الكم الحديثة، وحوّل ماكس بورن (Max Born) وباسكوال يوردان (Pascual Jordan) وباولي (Pauli) العمل إلى ميكانيكا المصفوفات.
- 1926ميكانيكا الموجة لشرودنغرصاغ شرودنغر (Schrödinger) معادلة موجية حسبت بدقة مستويات طاقة الإلكترونات في الذرات؛ وفي مايو 1926 أثبت تكافؤ رياضيات المصفوفات وميكانيكا الموجة.
- 1927علاقة عدم اليقيناقترح فيرنر هايزنبرغ (Werner Heisenberg) علاقة عدم اليقين، واضعًا حدودًا لدقة تحديد موضع الجسيم وسرعته في وقت واحد.
- 1932مسلمة الإسقاطاقترح جون فون نويمان (John von Neumann) أن الحالة المتشابكة للجسم والأداة تنهار إلى حالة محددة كلما وقع قياس.
- 1957الحالة النسبية لإيفريتاقترح هيو إيفريت الثالث (Hugh Everett III) في أطروحته للدكتوراه الأخذ بميكانيكا الكم كما هي، دون مسلمة انهيار ودون متغيرات خفية؛ وأطلق على النتيجة تفسير الحالة النسبية.
- 1964الإلكترونيات الكموميةتقاسم تشارلز تاونز (Charles Townes) ونيكولاي باسوف (Nicolay Basov) وألكسندر بروخوروف (Aleksandr Prokhorov) جائزة نوبل في الفيزياء عن عمل أساسي في الإلكترونيات الكمومية أدى إلى مذبذبات ومضخمات قائمة على مبدأ الميزر-الليزر.
- 1967الثانية الذريةأعاد المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) تعريف الثانية في النظام الدولي للوحدات بأنها مدة 9,192,631,770 دورة من الإشعاع الميكروي الموافقة للانتقال فائق الدقة في ذرة السيزيوم.
- 1989الساعات الذرية والمصائد الأيونيةنال نورمان رامزي (Norman Ramsey) نصف جائزة نوبل في الفيزياء عن طريقة المجالات المتذبذبة المنفصلة المستخدمة في ميزر الهيدروجين وساعات ذرية أخرى؛ وتقاسم هانس ديملت (Hans Dehmelt) وفولفغانغ باول (Wolfgang Paul) النصف الآخر عن تطوير تقنية مصيدة الأيونات.
- 2000تقنية أشباه الموصلاتنال جوريس ألفيروف (Zhores Alferov) وهربرت كرومر (Herbert Kroemer) وجاك كيلبي (Jack Kilby) جائزة نوبل في الفيزياء عن البُنى المتغايرة لأشباه الموصلات المستخدمة في الإلكترونيات السريعة والإلكترونيات الضوئية، وعن اختراع الدائرة المتكاملة.
- 2012الأنظمة الكمومية الفرديةتقاسم سيرج هاروش (Serge Haroche) وديفيد واينلاند (David Wineland) جائزة نوبل في الفيزياء عن طرق تجريبية رائدة تتيح قياس الأنظمة الكمومية الفردية والتلاعب بها.
- 2022الفوتونات المتشابكة ومتباينات بلتقاسم آلان أسبيه (Alain Aspect) وجون كلاوزر (John Clauser) وأنطون تسايلينغر (Anton Zeilinger) جائزة نوبل في الفيزياء عن تجارب على فوتونات متشابكة أثبتت خرق متباينات بل (Bell) ومهدت لعلوم المعلومات الكمومية.
- 4–5 فبراير 2025السنة الدولية لعلوم الكم وتكنولوجيتهاجتمع أكثر من 1200 مشارك، بينهم عدد من الحائزين على جائزة نوبل، في مقر اليونسكو (UNESCO) في باريس لإطلاق السنة الدولية لعلوم الكم وتكنولوجيته التي أعلنتها الجمعية العامة للأمم المتحدة في يونيو 2024.
11. أسئلة شائعة
متى وُلدت فكرة الكم أول مرة، ومن صاحبها؟
في عام 1900 قدّم ماكس بلانك (Max Planck) فرضية الكم، واصفًا الإشعاع بأنه يتألف من كمات ذات طاقات محددة يقررها ثابت أساسي جديد هو ثابت بلانك 2. وقد قادته مهمة تفسير صيغة إشعاعه تلقائيًا إلى الرابطة التي أقامها بولتزمان (Boltzmann) بين الإنتروبيا والاحتمال، حتى إذا انقضت أشقّ أسابيع حياته انبلج النور في العتمة وانفتحت أمامه آفاق جديدة لم يكن يحلم بها 3.
كيف انتهى الأمر بثابت بلانك من عنصر غريب إلى ركن أساسي في الفيزياء؟
خلص بلانك (Planck) إلى أن لكم الفعل دورًا أساسيًا في الفيزياء — وهو أمر جديد كليًا يبدو مدعوًا إلى مراجعة كل التفكير الفيزيائي القائم على استمرارية العلاقات السببية جميعها 3. وقد وصف كيف انقلب عنصر غريب كان لا بد في وقت من الأوقات من إدخاله في إطار ثابت إلى مهاجم، حتى صار واضحًا أن الإطار القديم لا بد أن يتفكك بطريقة أو بأخرى 3. وتنبأ بأن مشكلة كم الفعل لن تكفّ عن إلهام البحث، وأنه كلما زادت صعوبات حلها ازدادت أهميتها في تعميق المعرفة بالفيزياء 3.
لماذا يستحيل رسم مدار الإلكترون كما نرسم مدار الكواكب؟
يتطلب رصد مدار الإلكترون بمجهر ضوءًا بالغ القصر في طول الموجة، وأول كم ضوئي يلزم لرؤية الإلكترون سيقذفه خارج مساره وفق قوانين أثر كومبتون (Compton) 13. وقد أعلن هايزنبرغ (Heisenberg) في رسالته إلى فولفغانغ باولي (Wolfgang Pauli) أن كل جهوده المتواضعة موجهة إلى إماتة مفهوم المدارات إماتة تامة — إذ لا يمكن رصدها — واستبداله بما هو أنسب 4.
ما الذي يجعل ميكانيكا الكم عصية على الفهم رغم سلامة رياضياتها؟
هل يمكن أن تكون ميكانيكا الكم نظرية كونية تشمل أجهزة القياس والمراقبين أنفسهم؟
إذا كان المقصود بنظرية الكم أن تكون نظرية كونية، فينبغي أن تكون قابلة للتطبيق من حيث المبدأ على جميع الأنظمة الفيزيائية، بما فيها أنظمة بالحجم والتعقيد اللذين لأجهزة التجارب 15. ومن الافتراضات الشائعة في هذه الأبحاث أنه يجوز دائمًا لمراقب ما أن يعالج داخل ميكانيكا الكم أنظمة تحتوي مراقبين آخرين وأن يستخدم التطور الأحادي لتلك الأنظمة؛ وهذا يعني أن الانهيار لا يُعد عملية فيزيائية 15. وتهدف معظم المقاربات السائدة إلى استعادة عالمنا المألوف من الأجسام العادية التي تسلك سلوكًا كلاسيكيًا، ولا يمنح أي منها المراقبين الواعين أي دور فيزيائي خاص 15.
كيف تُقاس الثانية اليوم، وما علاقة ذلك بميكانيكا الكم؟
في 1967 أعاد المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) تعريف الثانية في النظام الدولي للوحدات بأنها مدة 9,192,631,770 دورة من الإشعاع الميكروي، الموافقة للانتقال فائق الدقة في ذرة السيزيوم 24Second: The Past · National Institute of Standards and Technology (NIST) ↗. ويشير الانتقال فائق الدقة في الطاقة إلى قفزات في الطاقة يقوم بها الإلكترون الأبعد في ذرة السيزيوم عندما تمتص الذرة إشعاعًا عند طاقات محددة تحددها ميكانيكا الكم أو تصدره 24. وترسل أكثر من 400 ساعة ذرية في أكثر من 80 مختبرًا في أكثر من 60 بلدًا بياناتها إلى المكتب الدولي للأوزان والمقاييس، الذي يعمل متوسطه المرجّح زمنًا ذريًا دوليًا 19.
المراجع (25)
- 1Quantum Mechanics — Stanford Encyclopedia of Philosophy (Metaphysics Research Lab, Stanford University) موقع↩عرض المصدر
- 2Max Planck – Facts — The Nobel Foundation 1918 موقع↩عرض المصدر
- 3The Genesis and Present State of Development of the Quantum Theory (Nobel Lecture, June 2, 1920) — The Nobel Foundation 1920 موقع↩عرض المصدر
- 4A century of quantum mechanics — CERN موقع↩عرض المصدر
- 5June/July 1925: Werner Heisenberg pioneers quantum mechanics — American Physical Society (APS News) 1925 موقع↩عرض المصدر
- 6Werner Heisenberg – Facts — The Nobel Foundation 1932 موقع↩عرض المصدر
- 7Niels Bohr – Facts — The Nobel Foundation 1922 موقع↩عرض المصدر
- 8The structure of the atom (Nobel Lecture, December 11, 1922) — The Nobel Foundation 1922 موقع↩عرض المصدر
- 9Albert Einstein – Facts — The Nobel Foundation 1921 موقع↩عرض المصدر
- 10Erwin Schrödinger – Facts — The Nobel Foundation 1933 موقع↩عرض المصدر
- 11The fundamental idea of wave mechanics (Nobel Lecture, December 12, 1933) — The Nobel Foundation 1933 موقع↩عرض المصدر
- 12Paul A. M. Dirac – Facts — The Nobel Foundation 1933 موقع↩عرض المصدر
- 13The development of quantum mechanics (Nobel Lecture, December 11, 1933) — The Nobel Foundation 1933 موقع↩عرض المصدر
- 14Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics — Stanford Encyclopedia of Philosophy (Metaphysics Research Lab, Stanford University) موقع↩عرض المصدر
- 15Philosophical Issues in Quantum Theory — Stanford Encyclopedia of Philosophy (Metaphysics Research Lab, Stanford University) موقع↩عرض المصدر
- 16Quantum Science — National Institute of Standards and Technology (NIST) موقع↩عرض المصدر
- 17The Nobel Prize in Physics 1964 — The Nobel Foundation 1964 موقع↩عرض المصدر
- 18The Nobel Prize in Physics 2000 — The Nobel Foundation 2000 موقع↩عرض المصدر
- 19Second: The Present — National Institute of Standards and Technology (NIST) موقع↩عرض المصدر
- 20Highlights of the International Year of Quantum Science and Technology 2025 — UNESCO 2025 موقع↩عرض المصدر
- 21The Nobel Prize in Physics 2022 — The Nobel Foundation 2022 موقع↩عرض المصدر
- 22The Nobel Prize in Physics 1989 — The Nobel Foundation 1989 موقع↩عرض المصدر
- 23What Is Quantum Computing? — California Institute of Technology (Caltech Science Exchange) موقع↩عرض المصدر
- 24Second: The Past — National Institute of Standards and Technology (NIST) موقع↩عرض المصدر
- 25The Nobel Prize in Physics 2012 — The Nobel Foundation 2012 موقععرض المصدر
الشبكة العنكبوتية العالمية
يوتيوب
جوجل