ما هي قطة شرودينغر

الرئيسية » لبيبة » ميكانيكا كم » ما هي قطة شرودينغر
قطة شرودينغر

هل سمعت قبلًا عن قطة شرودينغر أبدًا؟ هل تعلم ما صلتها بميكانيكا الكمّ ونظرياتها العجيبة؟ مُذ تم طرح النظريات الكموميّة المختلفة إلى وقتنا الحاضر وهناك كمٌّ هائلٌ من الجدالات والأطروحات والكثير من الأفكار والنظريات، التي ما لبثت تحاول فهم وتفسير الظواهر الكموميّة التي صادفها العلماء في تجاربهم المختلفة.

في مقالنا هذا سنخصّ بالذّكر إحدى التجارب النظريّة العميقة في عالم فيزياء الكمّ، ألا وهي تجربة قطة شرودينغر.

تجربة قطة شودينغر

تجربة قطة شرودينغر

بالرغم من أن التجربة ذاتها ليست حقيقةً، أيّ إنّ قطة شرودينغر غير موجودةٍ في الواقع، إلّا أن الفكرة التي طرحتها هذه التجربة أثارت جدلًا كبيرًا في الأوساط العلمية. فما هي تفاصيل هذه التجربة الخياليّة؟1

يُعتبر العالم إيروين شرودينغر صاحب فكرة هذه التجربة الفريدة، وقد انطلق في ابتكاره لها من صُلب مفهوم النظرية الكمومية ألا وهو مفهوم تفسير كوبرهيغن (Copenhagen interpretation). وأغرب ما يعتمد عليه هذا التفسير لفيزياء الكم هو أن عملية القياس للتجارب الفيزيائية الكمومية تؤثّر على سلوك النظام الكمّي، بمعنى آخر؛ إنّ سلوك الجسيمات الصغيرة كالإلكترونات والفوتونات يتغيّر بمجرّد قياسنا لها وملاحظتنا إيّاها.

ومبدأ التجربة أن شرودينغر قام بتخيّل وضع قطةٍ صغيرةٍ ولطيفةٍ في علبةٍ مغلقةٍ تمامًا ولا يمكن رؤية ما بداخلها إطلاقًا، وقام بوضع مادّةٍ مشعّةٍ تمتلك احتمال 50% في أن تقوم بإطلاق إشعاعاتها، ووضع كذلك مقياسًا حساسًا للإشعاع يقوم بتحسس الإشعاع ليعطي تيارًا يمر عبر يدٍ ميكانيكيةٍ تسقط عند مرور التيار منها على زجاجةٍ مغلقةٍ ومليئةٍ بالغاز السام الذي بإمكانه قتل القطّة خلال دقائق.

بمعنى آخر تخيّل شرودينغر وجود حالةٍ داخل الصندوق تقتضي في 50% منها موت القطة و50% عدم موتها. ثم طرح على نفسه التسائل التالي: هل قطتنا الصغيرة داخل الصندوق حيٌّة أم لا؟2

هل لتجربة قطة شرودينغر معنى حقًا!؟

قال العالم شرودينغر بنفسه “إن هذا يبدو سخيفًا حقًا”، بالرغم من مقولته تلك إلا أن التجربة تحمل معنى عميقًا لجوهر النظرية الكموميّة التي قامت في أساسها على مبدأ الاحتماليّة واللاحتميّة، بمعنى أنّه ليس بإمكاننا تخمين سلوك الجسيمات حتى نتمكّن من ملاحظتها عيانيًّا.

كما وتسلّط تجربة شرودينغر الضوء على مفهومٍ جديد ظهر مؤخّرًا في الأوساط الفيزيائية، ألا وهو مفهوم الأكوان المتعدّدة. ومقتضى هذا المفهوم أنه طالما لا نستطيع معرفة وملاحظة أمرٍ ما يمكن أن يوجد بشكلين، كما في حال كون قطة شرودينغر في التجربة حيّةً أم لا، فهذا يعني أننا في تلك الأثناء في عالمين منفصلين بمسارين مختلفين، الأول تكون فيه قطة شرودينغر حية والآخر ليست كذلك.

هذه الفلسفة في طريقة التفكير المحضة تُدعى في علم الكمّ بتأويل أو تفسير كوبنهيغن (Copenhagen Interpretation)، والتي تنصّ وببساطةٍ على أننا بمجرّد النظر واستكشاف المادّة فإن ذلك يغيّر مسارها ويختار لها مسارًا معيّنًا، كما في فتحنا لصندوق قطة شرودينغر ورؤيتها حيّةً، فإن ذلك يؤدي إلى اختفاء الواقع الآخر ومحو العالم المقابل حيث تكون القطة غير حيّةٍ، وظاهرة سقوط الاحتمالات المتعدّدة لحالةٍ ما يُطلق عليها في ميكانيك الكمّ بانهيار الدالة الموجية (Wave Function Collapse).3

آراء بعض العلماء في تجربة شرودينغر

يقول العالم أريك مارتويل، بروفيسور في علم الفيزياء والفلك في جامعة ميليكين، تعقيبًا على التجربة “عندما تضع القطة في الصندوق مع عدم وجود أي طريقةٍ لمعرفة حالتها داخل الصندوق، فعندها يجب أن نضع الافتراض بأنها يمكن أن تكون في جميع الأحوال الممكنة والمُحتملة، أي حيّة وغير حيّة في نفس الوقت.

يضيف العالم أريك أنه “في حال قمت بوضع تكهّناتٍ حول حالة القطة ـ فغالبًا ـ أنت مُخطىءٌ. وبالمقابل إذا وضعت الاحتمال بكون القطة في مزيجٍ من الاحتمالات التي تقتضي بكونها حيّة وغير حيّة في آن معًا، ففي قولنا هذا دقّةٌ أكبر”.

بالرغم من كون كل ما ذكرنا عبارة عن فلسفةٍ فيزيائيةٍ بحتةٍ تقتضي وجود غمامة من الاحتمالات والتكهّنات إلّا هنالك تجربةٌ فيزيائيةٌ أخرى فريدةٌ أثبتت واقعيّة تجربة قطة شرودينغر النظرية هذه، ألا وهي تجربة الشق المزدوج (Double slit experiment) أو تجربة شقي يونغ.4

المراجع