 علوم

جواد بشارة: مقاربة جديدة لمعادلة آينشتاينية قديمة تفسر الثقوب الدودية والجاذبية الكمومية

جواد بشارةتشير معادلة "أينشتاين" الجديدة إلى أن الثقوب الدودية تحمل مفتاح الجاذبية الكمومية تلخص معادلة ER = EPR أدلة جديدة لفهم التشابك الكمومي والزمكان.

illustration of a wormhole

يعتقد بعض علماء الفيزياء أن الثقوب الدودية يمكن أن تربط الثقوب السوداء في الفضاء، وربما توفر دليلًا على ألغاز التشابك الكمومي وكيفية دمج النسبية العامة مع ميكانيكا الكموم.. stockernumber2  هناك معادلة جديدة تطفو في جميع أنحاء عالم الفيزياء هذه الأيام من شأنها أن تجعل أينشتاين فخوراً بنفسه وبما قدمه للبشرية من السهل جدًا تذكر: ER = EPR. قد تشك في أنه لكي تنجح هذه المعادلة، يجب أن تكون P مساوية لـ 1. لكن الرموز في هذه المعادلة لا تعني أرقامًا، بل أسماء. ربما خمنت أن E تعني أينشتاين. R و P هما الأحرف الأولى من -  أسماء علماء من المتعاونين في اثنتين من أكثر ورقات أينشتاين إثارة للاهتمام. مجتمعين في هذه المعادلة، تعبر هذه الأحرف عن مسار محتمل للتوفيق بين النسبية العامة لأينشتاين وميكانيكا الكموم. ميكانيكا الكموم والنسبية العامة كلاهما نظريات ناجحة بشكل مذهل. كلاهما يتنبأ بظواهر غريبة تتحدى المفاهيم التقليدية للواقع. ومع ذلك، عند اختبارها، تتوافق الطبيعة دائمًا مع متطلبات كل نظرية. نظرًا لأن كلا النظريتين تصف الطبيعة جيداً ببعديها اللامتناهي في الصغر واللامتناهي في الكبر، فمن الصعب تفسير سبب مقاومة كل الجهود لدمجها رياضياتيًا. بطريقة ما، يعتقد الجميع أنه يجب أن ينسجما معًا في النهاية في معادلة واحدة جامعة هي معادلة نظرية كل شيء . لكن حتى الآن، أبقت الطبيعة شكل علاقتهما سراً.  ومع ذلك، تشير المعادلة ER = EPR إلى أنه يمكن العثور على مفتاح اتصالهما في أنفاق الزمكان المعروفة باسم الثقوب الدودية.

2751 الثقوب الدودية

رسم توضيحي لثقب دودي الثقوب الدودية، الأنفاق عبر نسيج الزمكان تربط مواقع متباعدة على نطاق واسع، وقد تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

هذه الأنفاق، التي توحي بها النسبية العامة لأينشتاين، ستكون مثل اختصارات الفضاء الجزئي التي تربط ماديًا بالمواقع البعيدة. يبدو أن مثل هذه الأنفاق قد تكون هي الأنا المتغيرة للرابط الغامض بين الجسيمات دون الذرية المعروفة باسم التشابك الكمومي. على مدى التسعين عامًا الماضية أو نحو ذلك، تابع الفيزيائيون مسألتين كموميتين رئيسيتين بشكل منفصل: الأولى، كيفية تفسير الرياضيات الكمومية لفهم غرابتها (مثل التشابك)، والثانية، كيفية التزاوج بين ميكانيكا الكموم والجاذبية. اتضح بأنه، إذا كانت ER = EPR صحيحة، فإن كلا السؤالين لهما نفس الإجابة: لا يمكن فهم الغرابة الكمومية إلا إذا فهمت ارتباطها بالجاذبية. قد تخلق الثقوب الدودية هذا الرابط. تُعرف الثقوب الدودية تقنيًا باسم جسور أينشتاين-روزن (الجزء "ER" من المعادلة). تعاون ناثان روزن مع أينشتاين في ورقة تصفهم في عام 1935. يشير EPR إلى ورقة أخرى نشرها أينشتاين مع روزن في عام 1935، جنبًا إلى جنب مع بوريس بودولسكي. لقد أوضحت تلك المفارقة ألغاز التشابك الكمومي المتناقضة حول طبيعة الواقع. لعقود من الزمان، لم يفكر أحد بجدية في إمكانية وجود أي علاقة بين الصيغتين. لكن في عام 2013، اقترح الفيزيائيان خوان مالداسينا وليونارد سسكيند أن الثقوب الدودية والتشابك يصفان الشيء نفسه إلى حد ما. في ورقة بحثية حديثة، أوضح سسكيند بعض الآثار المترتبة على هذا الإدراك. من بينها: إن فهم المساواة بين الثقب الدودي والتشابك يمكن أن يكون المفتاح لدمج ميكانيكا الكموم والنسبية العامة، وأن تفاصيل الاندماج تفسر لغز التشابك، وأن الزمكان نفسه يمكن أن ينشأ من التشابك الكمومي، وأن الخلافات حول كيفية التفسير قد يقدم الحل لميكانيكا الكموم في هذه العملية. يكتب سسكيند: "تخبرنا علاقة آينشتاين ER = EPR  أن الشبكة المعقدة للغاية من الأنظمة الفرعية المتشابكة التي تتألف من الكون هي أيضًا شبكة معقدة للغاية (ومعقدة تقنيًا) من جسور أينشتاين-روزن". "بالنسبة لي يبدو واضحًا أنه إذا كانت ER = EPR صحيحة، فهي مشكلة كبيرة جدًا، ويجب أن تؤثر على أسس وتفسير ميكانيكا الكموم." يشكل التشابك أحد أكبر العوائق أمام فهم فيزياء الكموم. يحدث، على سبيل المثال، عندما ينبعث جسيمان من مصدر مشترك. يخبرك الوصف الكمومي لمثل هذا الزوج من الجسيمات باحتمالات أن يؤدي قياس أحد الجسيمات (مثل دورانه spin) إلى نتيجة معينة (على سبيل المثال، عكس اتجاه عقارب الساعة). ولكن بمجرد قياس أحد أعضاء الزوج، ستعرف على الفور النتيجة عندما تقوم بإجراء نفس القياس على الآخر، بغض النظر عن بُعده والمسافة التي تفصله عن الجسيم الآخر. امتنع أينشتاين عن هذا الإدراك، وأصر على أن القياس في مكان ما لا يمكن أن يؤثر على تجربة بعيدة (استدعى إدانته الشهيرة بالتعبير عنـ "عمل مخيف عن بعد"). لكن العديد من التجارب الفعلية أكدت قدرة التشابك على تحدي تفضيل أينشتاين. على الرغم من (كما أصر أينشتاين) لا يمكن إرسال أي معلومات على الفور من جسيم إلى آخر بأسرع من الضوء، ومع ذلك يبدو أن أحدهما "يعرف" ما حدث لشريكه المتشابك آنياً.  عادة، يتحدث الفيزيائيون عن التشابك بين جسيمين. لكن هذا مجرد مثال أبسط. يشير سسكيند إلى أن الحقول الكمومية - المادة التي تتكون منها الجسيمات - يمكن أيضًا أن تكون متشابكة. كتب بهذا الصدد: "في فراغ نظرية المجال الكمومي، تتشابك الحقول الكمومية في المناطق المنفصلة من الفضاء". يتعلق الأمر بالمظهر المعروف (وإن كان غريبًا) للجسيمات "الافتراضية" التي تظهر باستمرار وتخرج إلى الوجود من الفراغ. تظهر هذه الجسيمات في أزواج حرفيًا من العدم ؛ يضمن أصلهم المشترك أنهم متشابكون. في حياتها القصيرة، تصطدم أحيانًا بجسيمات حقيقية، ثم تتشابك فيما بعد. لنفترض الآن أن أليس وبوب، المعترف بهما عالميًا أنهما أكثر المجربين الكموميين قدرة على الإطلاق، بدأوا في جمع هذه الجسيمات المتشابكة الحقيقية في الفراغ. تأخذ أليس عضوًا من كل زوج ويأخذ بوب الآخر. إنهم يطيرون بعيدًا بشكل منفصل إلى عوالم الفضاء البعيدة ثم يسحق كل منهم جزيئاتهم بكثافة بحيث يصبحون ثقبًا أسود. وبسبب التشابك الذي بدأت به هذه الجسيمات، أنشأ بوب وأليس ثقبين أسودين متشابكين. إذا كانت ER = EPR صحيحة، فإن الثقب الدودي سيربط  بين تلك الثقوب السوداء ؛ لذلك، يمكن وصف التشابك باستخدام هندسة الثقوب الدودية. كما كتب سسكيند: "هذا ادعاء رائع لم يتم تقدير تأثيره بعد". والأكثر أهمية، كما يقترح، هو احتمال أن جسيمين دون ذريين متشابكين وحدهما متصلان بطريقة ما بنوع من الثقب الدودي الكمومي. نظرًا لأن الثقوب الدودية عبارة عن تشوهات في هندسة الزمكان - التي وصفتها معادلات الجاذبية لأينشتاين - فإن تحديدها بالتشابك الكمومي من شأنه أن يصوغ رابطًا بين الجاذبية وميكانيكا الكم. ومعلى أي حال، تؤكد هذه التطورات بالتأكيد على أهمية التشابك لفهم الواقع. على وجه الخصوص، تسلط معادلة ER = EPR الضوء على المناقشات الخلافية حول كيفية تفسير ميكانيكا الكموم. تؤكد الحكمة الكمومية القياسية (تفسير كوبنهاغن) على دور المراقب، الذي "ينهار" عند إجراء القياس للاحتمالات الكمومية المتعددة في نتيجة واحدة محددة. لكن تفسير هيوغ إيفريت المنافس (أو المعروف بإسم"عوالم عديدة") يقول أن الاحتمالات المتعددة تحدث جميعها - أي مراقب يحدث فقط لتجربة سلسلة متفرعة واحدة متسقة من الأحداث المتعددة المحتملة الحدوث فإنها تحدث بالفعل. في صورة إيفريت، لا يحدث أبدًا انهيار دالة الاحتمالات (الدالة الموجية). تؤدي التفاعلات (أي القياسات) فقط إلى تشابك الكيانات المتفاعلة. يصبح الواقع إذن "شبكة معقدة من التشابكات". من حيث المبدأ، يمكن عكس كل تلك الأحداث المتشابكة، لذلك لا شيء ينهار على الإطلاق - أو على الأقل سيكون مضللاً أن نقول إن الانهيار لا رجوع فيه. ومع ذلك، فإن النظرة القياسية للانهيار الذي لا رجعة فيه تعمل بشكل جيد في الممارسة العملية. لا يمكن أبدًا التراجع عن العديد من التفاعلات المعقدة التي تحدث في الحياة الواقعية. بعبارة أخرى، يقول ساسكيند، تشير ER = EPR إلى أن وجهتي النظر للواقع الكمومي "متكاملتان". يواصل سسكيند استكشاف كيفية عمل التشابك مع مشاركين متعددين بالتفصيل ويصف الآثار المترتبة على اعتبار التشابك مكافئًا لثقب دودي. يبقى من المؤكد، على سبيل المثال، أن الثقوب الدودية لا يمكن استخدامها لإرسال إشارة عبر الفضاء أسرع من الضوء. لا يمكن لأليس وبوب، على سبيل المثال، إرسال رسائل إلى بعضهما البعض عبر الثقب الدودي الذي يربط بين الثقوب السوداء. إذا كانوا يريدون التحدث حقًا، فيمكنهم القفز إلى الثقب الأسود والالتقاء في منتصف الثقب الدودي. سيوفر مثل هذا الاجتماع تأكيدًا قويًا لفكرة ER = EPR، على الرغم من أن أليس وبوب سيواجهان صعوبة في نشر ورقتهما البحثية حولها. في غضون ذلك، تظهر العديد من الأوراق البحثية حول ER = EPR وأعمال أخرى تتعلق بالجاذبية - هندسة الزمكان - بالتشابك الكمي. في ورقة بحثية حديثة، حاول الفيزيائيون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ChunJun Cao و Sean M. Carroll و Spyridon Michalakis إظهار كيف يمكن "بناء" الزمكان من الشبكة الواسعة للتشابك الكمومي في الفراغ. كتبوا: "في هذه الورقة نتخذ خطوات نحو اشتقاق وجود وخصائص الفضاء نفسه من وصف كمومي جوهري باستخدام التشابك". لقد أظهروا كيف يمكن ربط التغييرات في "الحالات الكمومية" - الأوصاف الكمومية البحتة للواقع - بالتغيرات في هندسة الزمكان. ويقولون: "بهذا المعنى، يبدو أن الجاذبية تنشأ من ميكانيكا الكموم بطريقة طبيعية". أقر كاو وكارول وميشالاكيس بأن نهجهم لا يزال غير مكتمل، ويحتوي على افتراضات يجب التحقق منها لاحقًا. كتبت كارول في مشاركة مدونة حديثة: "ما فعلناه هنا تمهيدي وتخميني للغاية". "ليس لدينا نظرية كاملة عن أي شيء، وحتى إن ما لدينا ينطوي على قدر كبير من التكهنات وليس حساب صارم بما فيه الكفاية ". ومع ذلك، هناك شعور واضح بين العديد من الفيزيائيين أن الطريق لتوحيد ميكانيكا الكممو والجاذبية قد فتح من جديد على ما يبدو. تلاحظ كارول أنه إذا كان هذا هو المسار الصحيح، فقد تبين أنه ليس من الصعب على الإطلاق الحصول على الجاذبية من ميكانيكا الكموم - إنها "تلقائية". ويعتقد ساسكيند أن الطريق إلى الجاذبية الكمومية - عبر الثقب الدودي - يوضح أن وحدة النظريتين أعمق مما كان يعتقد العلماء. يقول إن المعنى الضمني لـ ER = EPR هو أن "ميكانيكا الكموم والجاذبية مرتبطان ارتباطًا وثيقًا أكثر بكثير مما كنا نتخيله،أو على الأقل كما كنت أعتقد  أنا.

 

إعداد وترجمة د. جواد بشارة

 

 

 

تعليقات (0)

لا توجد تعليقات على هذه المقالة حالياً.

شارك بتعليقك

0 Characters
المرفقات (0 / 3)
Share Your Location

الآراء الواردة في المقال لا تمثل رأي صحيفة المثقف بالضرورة، ويتحمل الكاتب جميع التبعات القانونية المترتبة عليها.

العدد: 5467 المصادف: 2021-08-24 03:32:23


Share on Myspace