القطة الغريبة التي غيّرت قواعد الفيزياء
بحceau صريح — أذكر إن أول مرة حد شرحلي قطة شرودنغر، كنت في الخامس عشر من عمري، وصرت أفكر إن الموضوع من أغرب الأشياء اللي سمعتها في حياتي. قطة موجودة على حالتين في نفس الوقت — حية AND ميتة — لحد ما حد يفتح الصندوق؟ مستحيل. هاد مش فيزياء، هاد إيه؟
بس تبي تعرف شي؟ الفيزيائيين ما كانوا بيلعبوا. هاد المفهوم طُوّر عشان يشرح ظاهرة غريبة جداً في ميكانيكا الكم — فكرة إن الجسيمات الصغيرة تقدر تكون في حالات متعددة بنفس الوقت، مثل ما لو كانت في مكانين أو عندها خصائص مختلفة في نفس اللحظة، لحد ما حد يقيسها أو يلاحظها.
الفكرة الأصلية باختصار
خليني أعطيك النسخة المختصرة إذا محتاج تفتكر أو إذا ما سمعتها أصلاً — مافيش إحراج.
إروين شرودنغر، الفيزيائي النمساوي، تخيل وضع قطة في صندوق مغلق مع ذرة مشعة وجهاز قياس إشعاع وزجاجة سم. إذا تحللت الذرة، الجهاز يشغل mechanism يكسر الزجاجة — وطبعاً القطة تموت. أما إذا ما تحللت الذرة، القطة عايشة.
اللخبطة الكمية في الموضوع إنه لحد ما تفتح الصندوق، ما بتعرف أي واحد صار. فالمنظور اللي عندنا، القطة موجودة في حالة مركّبة من الاتنين — حية AND ميتة بنفس الوقت. بس لما نفتح ونتظر، الواقع "يقرر" أي نتيجة صارت.
هاد الشي ما كان مقصود يكون تجربة حقيقية، بالمناسبة. شرودنغر نفسه استخدمها عشان يوضح قد إيش ميكانيكا الكم بتصير غريبة لما تنتقل من الجسيمات الصغيرة لأشياء يومية. ما حد كان فعلاً بيخطط يحبس قطط في صناديق. (يا سلام!)
وهون الأشياء بتصير جنونية
لسنوات، الفيزيائيين كانوا بيشكوا إن الحالات المركّبة (superpositions) ممكن تكون أعقد بكثير من مجرد "حالتين متقابلتين". بس إنشاء هالحالات المعقدة في المختبر؟ هاد كان الجزء الصعب.
لحد الآن.
باحثين في جامعة أكسفورد نشرت بحث جديد فعلاً بيسقط العقل. نجحوا يخلقوا اللي نسميه "حالات كمية غريبة" — بمعنى أنواع جديدة من حالات قطة شرودنغر ما بتناسب النموذج البسيط اللي اشتغلنا فيه لحد الآن.
كيف؟ حبسوا أيون واحد من السترونتيوم-88 (طبعاً عشان كذا — فيزيوائيات الكم بيحبوا العناصر الغريبة) وعملوا شغل دقيق جداً. سيطروا على الحالة الكمية الداخلية للأيون (الـ "spin") وعلى حركته في المصيدة.
تخيلها هيك: قبل، كان ممكن نخلق حالات مركّبة بين حالتين متقابلتين فقط. زي المفتاح الكهربائي اللي إما فاتح أو مقفل. اللي عمله فريق أكسفورد زي إنك تخلي المفتاح فاتح، مقفل، نص فاتح، عم بيرمش بطريقة معينة، AND كذا حالات ثانية ما كان عندنا أسماء لها — كل هاد بنفس الوقت.
الباحث الرئيسي سباستيان سانر قالها هيك: عندهم الحين "أداة لنحت الحالات الكمية لأي شكل". أي شكل. هاد مش ادعاء صغير.
ليش لازم يهتم؟
بعرف إيش عم بتقول — هاد الموضوع حلو لعيون الفيزيا، بس هل مهم لغيرهم؟
هنا ليش ممكن يكون مهم: إحنا الحين ببداية بناء الحواسيب الكمومية، اللي ممكن تحل مشاكل من اكتشاف أدوية جديدة لنمذجة المناخ لفك الشيفرات. بس هالآلات هشة جداً وعرضة للأخطاء.
المشكلة إن الحواسيب الكمومية الحالية بتعتمد على "بتات كمومية" من مستويين — نسخة كم من المفتاح الفاتح والمقفل. بس إذا قدرنا نشتغل مع حالات كمية أعقد زي اللي هالبحث بيفتح الباب ليها، ممكن نبناء أنظمة أقوى بتقدر تصحح أخطائها بنفسها.
كما قال سانر: "الصورة اللي في الكتب عن نظام كمّي في مكانين بنفس الوقت هي بس البداية. في مساحة أكبر بكثير من الحالات الكمومية الممكنة، وإحنا لسا عم نتعلم كيف نوصلها تجريبياً."
الصورة الكبيرة
إلي بيثيرني بهاد الموضوع: م quote فاينمان الشهير عن إنه ما حدا يفهم ميكانيكا الكم كان من سنة 1964. صاروا قريب ستين سنة، وإحنا لسا بنكتشف جوانب جديدة من هاد المجال. لسا بندفع حدود اللي الواقع بيسمح فيه.
وبصراحة؟ هاد بيحسسني بالأمل. لسا كتير ما بنعرفه. كتير لنتعلمه. الكون أغرب وأكبر من اللي حدسياتنا اليومية بتقول، وكل شوي بناخد نظرة قد إيش هاد الارتجال عميق.
فإذا حدا ذكر قطة شرودنغر في حفلة عشاء، قدر تقولله: "أوه، هاد موضوع قديم. إحنا بعدنا عن سيناريوهات بسيطة حية أو ميتة. فيزياء الكم صارت فنية الحين."
الضيوف بيكونوا إما معجبين أو قلقانين. بأي حال، رح تكون مُحِق.