نشرت مفارقة القطة الشهير لأول مرة سنة 1935 (مجلة العلوم الطبيعية، المجلد 23، صفحة (812 في السنة نفسها التي ظهر فيها بحث أينشتاين وبودولسكي وروزين. رأى أينشتاين في اقتراح شرودنجر أجمل وسيلة تبين أن تمثيل المادة بموجة هو تمثيل منقوص للواقع، ⁽¹⁰⁾ وما زال الجدل حول أينشتاين وبودولسكي وروزين وتناقض القطة

شكل 9-12: يمكن تمثيل القوى الأساسية بمدلول تبادل الجسيمات. وفي هذه الأمثلة يتفاعل جسيمان كثيفان (M) بتبادل الجرافيتون (G) ويتداخل كواركان بتبادل الجلوون.

شکل 9-13 كالعادة فإن اتجاه الزمن في هذه الأشكال أمر اختياري. وفي الحالة (أ) يتحرك نيوترون وبروتون إلى أعلى الصفحة متفاعلين بتبادل ميزون. وفي الحالة (ب) يتحرك نيوترون ونيوترون مضاد من اليسار إلى اليمين ليتقابلا ويتلاشيا وينتج ميزون، يتفكك بدوره وينتج زوجا من بروتون / بروتون مضاد. وتُظهر مثل هذه التفاعلات المتقاطعة كيف أن مفاهيم القوى والجسيمات تصبح غير قابلة للتمييز فيما بينها.

يدور في نظرية الكم حتى اليوم. ولكن بخلاف جدل أينشتاين وبودولسكي وروزين لم نصل إلى حل مقنع للجميع. إلا أن المفهوم الذي وراء هذه التجربة الذهنية بسيط جدًّا. اقترح شرودنجر أننا يجب أن نتصوّر صندوقًا يحتوي على مصدر مشع وكشاف لتسجيل الجسيمات المشعة (ربما عداد جايجر) وزجاجة تحتوي على سم مثل السيانيد، وقطة حية. وقد رتبت الأدوات في الصندوق بحيث يمكن تشغيل الكشاف لمدة كافية فقط لتحقق فرصة ٥٠٪ أن تتفكك إحدى الذرات من المادة المشعة، وأن يسجل الكشاف وجود جسيم.

شكل 9-14 بروتونان يتنافران أحدهما مع الآخر بتبادل بيون.

شكل 9-15 يتفاعل إلكترونان بتبادل فوتون

وإذا سجل الكشاف مثل هذا الحدث فستنكسر الزجاجة وتموت القطة، وإذا لم يحدث فستعيش القطة. وليس لدينا أي وسيلة لمعرفة ما حدث في التجربة إلى أن نفتح الصندوق وننظر داخله، ويحدث التفكك الإشعاعي بالصدفة البحتة، ولا يمكن التنبؤ به إلا بالمعنى الإحصائي. وطبقا لتفسير كوبنهاجن الصارم، وتماما كما في تجربة الثقبين؛ حيث تكون فرصة الإلكترون في المرور من أحد الثقبين متساوية، وينتج من هذين الاحتمالين المتداخلين تراكب للحالات، وعليه فإنه في هذه الحالة تتساوى فرصة حدوث التفكك الإشعاعي وعدم حدوث التفكك الإشعاعي، ويجب أن يؤدي ذلك إلى تراكب الحالات

شكل 9-16 بمساعدة بيون مشحون يتحول نيوترون إلى بروتون بواسطة التفاعل مع بروتون، الذي يصبح نيوترونا.

شكل 9-17: يمكن للبروتون أن يكون أيضًا بيونًا «افتراضيَّا» بشرط أن يُعاد امتصاصه سريعا.

وتخضع التجربة بأكملها، القطة وخلافه، للقاعدة القائلة بأن التراكب حقيقي إلى أن ننظر إلى التجربة، وعند هذه اللحظة فقط من المشاهدة تنهار الدالة الموجية إلى إحدى الحالتين. وإلى أن ننظر إلى الداخل فهناك عينة مشعة قد تكون تفككت أو لم تتفكك، وزجاجة بها سم مكسورة أو سليمة، وقطة حية وميتة، أو لا حية ولا ميتة. يمكن أن نتصور جسيمًا أوليًّا مثل إلكترون ليس هنا أو هناك، لكن في تراكب ما للحالات، لكن يكون الأمر أكثر صعوبة أن نتخيل شيئًا مألوفًا مثل قطة في هذا الوضع

شكل 9-18: تنافر بروتونين بتبادل بيون يبدو أكثر تعقيدًا عما يظهر في شكل 9-14

من الحياة المعلقة فكّر شرودنجر في هذا المثال ليثبت أن هناك عيبا في تفسير كوبنهاجن الصارم؛ حيث إنه من الواضح أن القطة لا يمكن أن تكون حية وميتة في آن واحد. ولكن هل هذا أكثر وضوحًا من حقيقة أن الإلكترون لا يمكن أن يكون جسيمًا وموجة في الوقت نفسه؟ لقد اختبر الحس السليم بالفعل كدليل للواقع الكمي وتبيَّن أنه يُعوزه الكثير. والشيء المؤكَّد الذي نعرفه هو أن عالِمَ الكَم لا يثق بالحس السليم، ويعتقد فقط في الأشياء التي نستطيع رؤيتها أو تسجيلها بأجهزتنا دون لبس. فلن نعرف ماذا يدور داخل الصندوق ما لم ننظر فيه.

استمر الجدل حول القطة في الصندوق لمدة 50 عامًا. وقد قالت إحدى المدارس الفكرية إنه ليس هناك أي مشكلة لأن القطة قادرة تمامًا على أن تقرر هي نفسها ما إذا كانت حية أو ميتة، وأن وعي القطة كافٍ ليقدح انهيار الدالة الموجية. وفي هذه الحالة، أين سنضع خط النهاية؟ فهل النملة أو البكتيريا على علم بما جرى؟ وإذا تحركنا في اتجاه آخر، وحيث إن هذه التجربة ليست سوى تجربة ذهنية فقط، فلنا أن نتصور إنسانًا متطوعا قد أخذ مكان القطة في الصندوق (يشار أحيانًا إلى المتطوع «صديق ويجنر» على اسم يوجين ويجنر الذي فكر بعمق حول تحويرات في تجربة القطة في الصندوق، وبالمصادفة كان يوجين صهر ديراك).

شكل 9-19: يمكن أن يتحول نيوترون لفترة وجيزة إلى بروتون زائد بيون مشحون على أن يعود الاثنان معا بسرعة.

ومن الواضح أن الإنسان في الصندوق ملاحظ واع ولديه المقدرة من وجهة نظر ميكانيكا الكم أن يُحدِث انهيارًا لدالات الموجة. وعندما نفتح الصندوق مفترضين أننا محظوظون بما فيه الكفاية ونجد الإنسان ما زال حيًّا، فإننا سنكون متأكدين تمامًا أنه لن يشير إلى أي خبرة غريبة، بل إن الأمر ببساطة هو أن مصدر الإشعاع قد فشل في إنتاج أي جسيم في الوقت المناسب. إلا أنه بالنسبة إلينا نحن الموجودين خارج الصندوق، الشيء الوحيد الصحيح حول ما يجري داخل الصندوق هو تراكب الحالات إلى أن ننظر داخله.

وسلسلة الأحداث بلا نهاية تصوّر أننا قد أعلنا التجربة مقدمًا إلى العالم الفضولي ولكن لنتجنَّب تدخُل الإعلام أجرينا التجربة خلف الأبواب المغلقة. وحتى بعد فتح الصندوق وترحيبنا بصديقنا أو سحب الجثة من الصندوق إلى الخارج، لن يعرف مندوبو الإعلام في الخارج ما الذي يجري. فبالنسبة إليهم يكون البناء الذي به معملنا ككل في حالة من تراكب للحالات. وهكذا نعود إلى حالة تراجع لا نهائي.

شكل 9-20: يمكن أن يكون البيون زوجًا من نيوترون / نيوترون مضاد افتراضي لفترة وجيزة بالمثل.

لكن لنفرض أننا وضعنا مكان صديق ويجنر حاسوبًا. يستطيع الحاسوب أن يسجل المعلومات عن التفكك الإشعاعي أو عن عدم حدوثه. فهل يستطيع الحاسوب أن يُحدث انهيارًا للدالة الموجية (على الأقل داخل الصندوق) ؟ ولم لا؟ إلا أنه وفقًا لوجهة نظر أخرى ما يهم ليس الإدراك البشري لما أسفرت عنه التجربة أو حتى إدراك أي مخلوق حي، لكن الحقيقة أن ما نتج عن هذا الحدث على المستوى الكمّي قد سُجِّل أو ترك تأثيرًا على العالم الماكروي. وقد تكون الذرة المشعة في تراكب للحالات، لكن بمجرد «نظر» عداد جايجر لناتج التفكك تصبح الذرة مجبرة على الوجود في حالة أو في أخرى؛ أي أنها تفككت أو لم تتفكك.

وهكذا يكتنف تجربة القطة في الصندوق تناقض على خلاف تجربة أينشتاين وبودولسكي وروزين الذهنية. فمن المستحيل التوافق مع تفسير كوبنهاجن الصارم دون قبول «واقع» القطة الحية / الميتة، وقد أدى ذلك بويجنر وجون ويلر إلى أن يعتبرا احتمال أن العالم ككل ربما يدين بوجوده «الواقعي» إلى حقيقة أنه قد يُشاهد بواسطة الكائنات الذكية فقط، ويرجع ذلك إلى تراجع غير محدودٍ للسبب والأثر. وأغلب تناقضات كل

الاحتمالات المتأصلة في نظرية الكم تنحدر مباشرةً من تجربة القطة لشرود نجر التي تقف فجأةً مما يسميه ويلر تجربة الاختيار المتأخر.

شکل 21-9 شكل (زمكان) فاينمان لتفاعل حقيقي لعدة جسيمات كشف عنها بواسطة صورة غرفة الفقاعة، ووصفها فريتوف كابرا في كتابه «طاوية الفيزياء».

هوامش

(10) See, for example, letters 16–18 in Schrödinger’s Letters on Wave Mechanics.

مواضيع ذات صلة

ميكانيكا الكم الخاصة بالروابط

ما الفائدة؟

إعادة النظر في اللامحلية

عوالم متعدّدة

هل نغيّر الفيزياء؟

الاحتمالات والقياسات

مبرهنة بيل وضرورة اللامحلية

الترابط والتشابك

الحالات الكمية والتراكب الكمي

التداخل والقياس

ألغاز الكم

Equipartition and the quantum oscillator