LATEX

ظاهرة تداخل الضوء

حتى لا أُكثر عليكم كثيرا بالصعب الممتع ارجع بكم الى السهل الممتنع و الى موضوع من الفيزياء الكلاسيكية و هو موضوع تداخل الضوء فى تجربة يونغ Young... نعتبر موجة كهرومغناطيسية واردة على شاشة $B$ تحتوى على ثقبين صغيرين جدا $S_1$ و $S_2$ حتى يمكن الحصول على ظاهرة انعراج diffraction...
نفترض ايضا للتبسيط ان الموجة احادية اللون monochromatic و مستوية plane..اذن حسب مبدأ هيغن Huygen فان كل ثقب سيتصرف كمنبع ثانوى لامواج كهرومغناطيسية احادية اللون لكن كروية..
اذن الموجة الكروية الصادرة عن الثقب الاول $S_1$ و الموجة الكروية الصادرة عن الثقب الثانى $S_2$ ستتداخلان interfere اما تداخلا بناءا constructive او تداخلا هداما destructive...
نضع شاشة اخرى $C$ بعيدة جدا عن الشاشة الاولى $B$ حيث يمكن ان نستقبل الضوء الوارد من الثقبين...
اذن فى كل نقطة P من الشاشة B تصل الموجة الكروية من الثقب $S_1$ عبر الطريق $r_1$ وتصل الموجة الكروية من الثقب $S_2$ عبر الطريق $r_2$ والفرق فى الطول بين الطريقين L هو الذى يحدد نوع التداخل فى النقطة P هل هو تداخل بناء (اهداب fringes مضيئة) او تداخل هدام (اهداب مظلمة)...
هذا الفرق فى الطول بين الطريقين معطى بالفرق فى الطور بين الموجتين بالعلاقة المعروفة (فكروا فيها من اين اتت) \[\phi=L/\lambda.\] حيث $\lambda$ هى طول الموجة.. لنقوم بمراجعة الحساب التاريخى..
لنفترض اولا ان المسافة بين الثقبين d اصغر بكثير من المسافة بين الشاشتين D..اذن بكل بساطة من الصورة نرى ان الفرق فى الطول بين الطريقين المنتهيين عند النقطة P يعطى ب \[L=d\sin (\theta)\] حيث $\theta$ هى الزاوية التى تعرف النقطة P على الشاشة C انطلاقا من المركز على الشاشة B.... هذا من جهة... من جهة اخرى..نحن نعرف ان الامواج المستوية الكهرومغناطيسية الصادرة من $S_1$ و $S_2$ تعطى بالحقول الكهربائية \[E_1=E_0\sin (\omega t).\] \[E_2=E_0\sin(\omega t+\phi).\] حيث w هو التواتر (مقلوب طول الموجة $\lambda$ مضروب فى سرعة الضوء) و t هو الزمن و $\phi$ هو الفرق فى الطور.. شدة الضوء فى النقطة P الناجمة عن كل موجة تعطى بالمربع \[I_0=E_0^2.\] الكهرومغناطيسية تخضع لمبدأ التركيب الخطى مثل الميكانيك الكمومى (لكن فقط باستخدام اعداد حقيقية و هذا هو ما يعمل الفرق بين السماء و الارض) اذن الموجة الكلية فى النقطة P تعطى بالمجموع \[E=E_1+E_2.\] الشدة الكلية الناجمة عن الموجتين تعطى اذن ب \[I=E^2.\] يمكننا البرهان بكل بساطة على ان \[I=2I_0+2I_0\cos(\phi).\] الحد الثانى هو ما يسمى حد التداخل. نكتب هذه المعادلة ايضا على الشكل \[I=4I_0\cos^2(\phi/2).\] من هنا نستنتج مباشرة انه لدينا تداخل بناء (الشدة اعظمية اذن اهداب مضيئة) من اجل \[\phi=2m\pi.\] حيث $\pi$ هى الزاوية 180 درجة بالراديان و m هو اى عدد طبيعى. اى عندنا اهداب مضيئة فى النقاط على شاشة الاستقبال التى تصل اليها الامواج من الثقبين متناغمة فى الطور in phase... وايضا تستنتج انه لدينا تداخل هدام (الشدة اصغرية اذن اهداب مظلمة) من اجل \[\phi=(2m+1)\pi.\] اذن عندنا اهداب مظلمة فى النقاط التى تصل اليها الامواج من الثقبين متعاكسة فى الطور out of phase...
العلاقات اعلاه تعطى الحل الكلاسيكى لظاهرة تداخل الامواج الكهرومغناطيسية و الامواج بصفة عامة ...
 اذن لحد الآن كل شيء رائع اظن..
لكن نحن نعرف ان الضوء هو فى الحقيقة فوتونات.. ونعرف ان فوتون واحد يخضع لظاهرة التداخل الكمومى و لا نحتاج الى عدد لا نهائى منها..
وان الالكترونات و هى مادة تخضع هى الاخرى لظاهرة التداخل...
وان كل الجسيمات المادية تخضع لظاهرة التداخل.. وقد تم التحقق من تداخل جزيئات الفلورنس fullerence الضخمة $C_{60}$ (مشكلة من 60 ذرة كربون متراصة على شكل كرة قدم)..
وكل هذا يستحيل تفسيره كلاسيكيا باى طريقة كما عبر عن ذلك فايمان لكن يمكن تفسيره باستخدام الثنئاية موجة-جسيم... لكن هذه الثنائية هى اقرب الى المعضلة منها الى الحل..
وتبقى ظاهرة التداخل الكمومى أم الميكانيك الكمومى و لربما لا يسبقها فى ذلك الا التشابك الكمومى.. لكن ساسكيند جاء مؤخرا و قال ان التداخل يمكن اختزاله الى التشابك فاحترت بشدة شديدة و قلت اذهب و اعاود دراسة التداخل فكان هذا المنشور من الفيزياء الاساسية...



التأثير الشبحى من حدود الكون

التأثير الشبحى من حدود الكون
سرعة انتقال التأثير action فى التشابك الكمومى quantum entanglement هى مالانهاية..هذا يعنى ان الميكانيك الكمومى quantum mechanics يكسر الموضعية locality..
اذن اذا قاست أليس Alice سبين spin الالكترون (تذكروا ان السبين هو عزم لف الجسيم) هنا على الارض و وجدته مثلا متجها الى الاعلى فاننا نعرف يقينا و بدون اى قياس measurement من طرف بوب Bob (الذى قد يكون فى الجهة الاخرى من المجرة او الكون) ان سبين البوزيترون positron (الجسيم المضاد للالكترون) عنده لو قاسه يجب ان يكون متجها الى الاسفل..
هذا الامر يرجع الى سبب ان الالكترون الوارد على اليس و البوزيترون الوارد على بوب ثم تخليقهما فى حالة متشابكة كموميا قصويا maximally entangled state تسمى حالة بال Bell state...
مثلا تفاعل تهافت decay جسيم البيون pion يؤدى بالضبط الى زوج الكترون و بوزيترون فى حالة بال...
و جون بال John Bell هو من اعمق و اذكى الفيزيائيين الكموميين قاطبة و هو الفيزيائى المفضل الاول عندى...وهو صاحب مبرهنة بال Bell's theorem الشهيرة التى أكدت على ان الميكانيك الكمومى بالفعل غير موضعى non local و على الراجح ايضا غير واقعى non realistic..
من الناحية الرياضية فان التشابك الكمومى يعنى ان حالة الجملة لا يمكن كتابتها على شكل جداء تنسورى tensor product قابل للفصل separable tensor product..وهناك درجات من التشابك الكمومى..و التشابك (عكس الطاقة) هو غير محفوظ بصفة عامة...وهو ايضا الاساس الذى ينبنى عليه النقل عن بعد الكمومى quantum teleportation....
هذا التشابك الكمومى من اعمق الظواهر الفيزيائية على الاطلاق..ومن اكثرها ميتافيزيقية فى التفسير ايضا...
لكن علينا ان نؤكد (لان البعض قد تختلط عليهم الامور) ان هذا التأثير لا يمكن ان يحمل اى طاقة..اذن الموضعية بمعنى حدية سرعة الضوء محفوظة تماما..اذن لا يمكن ارسال اى اشارة تحمل طاقة بسرعة تفوق سرعة الضوء..بمعنى ان التأثير بقوة فى موضع معين لا يمكن ابدا ان ينتشر بسرعة اكبر من سرعة الضوء الى نقطة اخرى لانه يحمل طاقة عبر تلك القوة..اما التشابك فهو يمكنه ان يفعل ذلك لانه لا يحمل اى طاقة و رغم هذا فهو تأثير زعزع اسس و عرش الفيزياء النظرية الحديثة...


تحميل كتابى حول فلسفة الكمومى و الزمن

 فلسفة الكمومى و الزمن هى علم الكلام الجديد.
 هذا الكتاب يحتوى على النسخة الاولى من محاولاتى الأولى فى هذا الموضوع. 
هذه النسخة حرة و مفتوحة للجميع مع مراعاة حقوق المؤلف رجاءا.
 اما النسخة النهائية التى ستُنشر رسميا فهى ستحتوى على تغيير جذرى للتبويب و الفهرسة (وهذه اكبر نقاط ضعف الكتاب الحالى), تدقيق لغوى  و ضبط الترجمة من مختصين, مادة اضافية معتبرة حول فلسفة الكمومى و فلسفة الزمن, بالاضافة الى محاور جديدة تخص فلسفة العقل و الرياضيات و الانتولوجى و الابيستيمولوجى ذات العلاقة الوطيدة بفلسفة الواقع الكمومية و الزمنية.
النسخة النهائية ستحتوى ايضا بالاضافة الى كل هذا على تحرى فلسفى و علمى أكثر. لكننى اعتقد ان اقوى ما فى هذه النسخة الاولية على الاطلاق هو هذا الجانب لأنه بكل بساطة هو مجال تخصص المؤلف فهو ليس بهاو او متحمس للفيزياء النظرية لكنه خبير محترف مجتهد. 
بالاضافة الى هذا المشروع باللغة العربية فاننى انوى الكتابة حول نفس الموضوع بالانجليزية. 
فهذا مشروع كتاب مختلف تماما مازال قيد التحضير. 
و فى الواقع فاننى لن اكتب فى هذه المواضيع المعقدة المركبة المتعبة جدا جدا علميا و فلسفيا و لغويا بالعربية اكثر مما كتبت حتى الآن حتى يتوفر لى ناشر عربى محترف يحمل عنى عبء الكتاب بعد ان يُكتب. 
اذن كل ما سأكتبه من الآن فصاعدا ان شاء الله سيكون باللغة الاصلية التى هى الانجليزية لسهولة الامر من الناحية اللغوية و العلمية و الفلسفية و ايضا لسبب توفر الناشر المحترف الدولى.
و بالله التوفيق.

 رابط الكتاب من غوغل درايف:
الرابط من البوابة البحثية:

تابعونا على المدونة
http://badisydri.blogspot.com
التى رغم أن عدد قرءاتها معتبر (حوالى 75 الف) الا أن عدد المتابعين يبقى محدود جدا. للمتابعة يجب ان يكون لديكم حساب ايمايل خاص بغوغل و هو افضل الحسابات الالكترونية غير الرسمية حتى مع التعامل مع الجامعات الغربية.
تابعونا ايضا على المدونة بالانجليزية
ttp://algerianphysicist.blogspot.com/  حيث تظهر الكتابات الفيزيائية بالانجليزية اولا.   
و على صفحتنا على الفايسبوك fb.me/BadisYdri حيث تظهر الكتابات الفيزيائية بالعربية اولا
و على الفايسبوك
https://www.facebook.com/profile.php?id=100011342948093
 حيث تظهر الكتابات غير الفيزيائية اولا..




جميلة و جذابة و جامحة أى كل ما يطمح اليه اى رجل

جميلة و جذابة و جامحة أى كل ما يطمح اليه اى رجل
او
الهولوغرافى و الجدار النارى و مبدأ التكامل و التشابك الكمومى او الدراما الجديدة التى تقدمها لكم الفيزياء النظرية...
فى البداية كان الثقب اسود black hole اسود تماما..
ثم اكتشف هاوكينغ Hawking انه يصدرعنه اشعاع..اي ان الثقب الاسود فى المحصلة ليس اسود تماما..
و اخطر من هذا فان هذا الثقب سيتبخر فى النهاية بعد ان تنبعث كتلته كلها على شكل اشعاع...
اذن سوف تضيع كل المعلومات المخزنة فيه..وهذا تهديد للميكانيك الكمومى الذى تمنع العديد من مبرهناته هذا الأمر..
وايضا اكتشف هاوكينغ و معه بيكنشتاين Bekenstein ان انتروبى entropy الثقب الأسود (مقدار المعلومات المخزنة فيه) متناسب مع سطح الثقب و ليس مع حجمه وهو امر لم يكن معروفا فى الفيزياء من قبل..
ثم جاء توهفت 't Hooft و قال بما يسمى بمبدأ التكامل complementarity principle للثقوب السوداء لتفسير عدم ضياع المعلومات فى الثقب و افترض ايضا الهولوغرافى holography لتفسير لماذا انتروبى الثقب متناسب مع السطح و ليس مع الحجم..
فنحن نعرف الآن تقريبا بدون شك ان هذه الخاصية الاخيرة (اى الانتروبى متناسب مع السطح و ليس مع الحجم) هى احدى خواص قوة الجذب الثقالى الفريدة التى لا تتميز بها اى قوة اخرى...هذا يعنى من بين ما يعنيه ان درجات حرية الثقب هى كلها مخزنة على سطح عبارة عن غشاء فيزيائى يبعد بمسافة بلانكية Plankian عن افق الحدث event horizon يعرف باسم الحدث الممدد stretched horizon و لا يوجد داخل الثقب شيء الا المفردة فى المركز,,,
لكن اختطف ساسكيند Susskind من توهفت كلا الفكرتين و حولهما الى واحد من اعظم المبادئ فى الفيزياء النظرية...وهو مبدأ التكامل للثقوب السوداء الذى نعرفه اليوم و الذى يلعب دورا محوريا فى كل نقاشات الثقب الاسود...
فى هذا المبدأ نفترض (بالنسبة للملاحظ خارج الثقب) الاحادية unitarity و نفترض نظرية الحقل الفعال effective field theory و نفترض ايضا علاقة هاويكنيغ-بيكنشتاين اعلاه..
لكن هذا المبدا يفترض ايضا ضمنا لا تصريحا مبدأ التكافؤ equivalence principle للنسبية العامة و مبدأ انحفاظ المعلومات (مبرهنة عدم النسخ الكمومى no-cloning or no xerox theorem)...
اذن المعلومات هى موجودة داخل الثقب بالنسبة للراصد الساقط سقوطا حرا و هى موجودة خارج الثقب بالنسبة للملاحظ الخارجى و لا يوجد تعارض بين الصورتين بل تكامل لان الملاحظ الخارجى لا يمكنه ابدا ان يتواصل مع الملاحظ الداخلى (خواص النسبية و النسبية فى الحقول الثقالية و اهمها الموضعية اى حدية سرعة الضوء و تمدد الزمن)...
لكن جاء بعدهما بولشينسكى Polchinski و اصحابه و قالوا ان مبدأ التكامل غير منسجم مع مبدأ كمومى آخر عظيم هو مبدأ عدم تعدد التشابك الكمومى monogamy of quantum entanglement (جملة كمومية لا يمكنها ان تكون مشتبكة كموميا بجملتين مختلفتين فى نفس الوقت بسبب خواص الانتروبى)..
وبين بلوشينسكى ان هذا التعارض بين التكامل و عدم التعدد يؤدى الى تعارض بين احادية الميكانيك الكمومى و صلاحية نظرية الحقل الفعال خارج الثقب من جهة و من جهة اخرى مبدأ التكافؤ للنسبية العامة حول افق الحدث...
اذن حسب الاحادية فان الاشعاع الاولى لهاوكينغ الذى خرج خلال شباب الثقب (قبل ما يسمى زمن بايج و بايج Page هو ادق الفيزيائيين الذين تكلموا فى الثقب) يجب ان يكون مشتبكا كموميا مع الاشعاع الاخير لهاوكينغ الذى سيخرج بعد زمن بايج..
لكن حسب نظرية الحقل فان الاشعاع الاخير يجب ان يكون ايضا مشتبكا مع المعلومات وراء افق الحدث..
لكن هذا يستحيل حسب مبرهنة عدم تعدد التشابك الكمومى..
لكن مبدأ التكامل حل هذه المعضلة بأن جعل المعلومات لا تُرصد فى الداخل الا بالنسبة للراصد الساقط و لا ترصد فى الخارج على افق الحدث الا بالنسبة للراصد الخارجى..
بولشينسكى بين ان هذا الامر اى مبدأ عدم تعدد التشابك الكمومى فعلا متناقض مع مبدأ عدم التكامل للثقوب السوداء... وان المعضلة ليست فى نظرية الحقل لكن فى مبدأ التكافؤ..اما مبدأ الاحادية فلا احد فى عقله أبدا فكر مطلقا فى التخلى عنه...
اذن المعضلة ان الاشعاع الاخير يجب ان يكون مشتبك بالاشعاع الاولى و يجب ايضا ان يكون مشتبك بالاشعاع داخل الثقب..
باستخدام مبدأ الاحادية و نظرية الحقل بين بولشينسكى ان الراصد الساقط سيصادف جسيمات ذات طاقات عليا وراء افق الحدث بقليل..
اذن افق الحدث ليس كغيره من الاماكن فى الفضاء-زمن...وهذا يكسر مبدأ التكافؤ بشكل سيء جدا..
الحل الذى اقترحه بولشينكسى هو اذن كسر قوة التشابك الكمومى صراحة (لكن الميكانيزم مازال غير معروف) بين الاشعاع الاخير و الاشعاع الداخلى..
وهذا الكسر سيولد طاقة هائلة (قارنوا بكسر قوى الربط النووى و الطاقة الناجمة عن ذلك)..هذه الطاقة الهائلة هى ما يسمى الجدار النارى firewall...
الخلاصة نُضحى بالنسبية العامة و اساسها مبدأ التكافؤ..
رأى ساسكيند فى الأمر كان أولا: نعم كل هذا صحيح يا اصحابى.. مبدأ التكامل غير صحيح و الجدار النارى هو فعلا حل معضلة ضياع المعلومات فى الثقب..
لكنه معروف عنه تقلبه الشديد..
رأى ساسكيند فى النهاية كان (مع مالداسينا Maldacena): لا يا اصحابى هذا غير صحيح لا يوجد جدار نارى بل الحل هو فى ال ER=EPR...
وهذه المعادلة تعنى ان الاشعاع الخارجى متصل بالثقب الاسود عبر جسور اينشتاين-روزن Einstein-Rosen bridge و لا يوجد لا ضياع معلومات و لا انكسار لمبدأ التكافؤ و لا جدار نار...
لكن هذه الفرضية هى تغيير جذرى ليس فى فهمنا للجاذبية فقط لكن ايضا فى فهمنا للميكانيك الكمومى..
وأذكر بأهم عناصرها هنا كالآتى...
المعادلة تنص على ان
اينشتاين-روزن ER =اينشتاين-بودلسكى-روزن EPR
وهى فرضية يُراد بها فى النهاية توحيد الميكانيك الكمومى QM و النسبية العامة GR:
اذن هى تنص على ان التشابك الكمومى quantum entanglement بين جسمين (مثلا ثقبين اسودين) الذى يعطى بترابطات EPR ينجم فى الحقيقة عن ثقب دودى wormhole او جسر ER يربط بين الثقبين الاسودين..
فمثلا يقترح علينا ساسكيند و مالداسينا ان نضغط اشعاع هاوكينغ الى الحد ان يقع انهيار ثقالى و يتشكل ثقب اسود ثانى عنه..هذا الثقب الاسود الثانى (اشعاع هاوكينغ) متصل بالثقب الاول عبر جسر اينشتاين و روزن (وهذا معروف فى النسبية العامة)..هذا الجسر هو الذى يراه الراصد الخارجى تشابك كمومى بين الاشعاع الخارجى و الثقب الاسود...ولانه جسر فى الفضاء فعلا فانه لا يوجد اى معضلة فى ضياع المعلومات تماما..
واعترف و اقر ان هذه فكرة عبقرية جميلة و جذابة و جامحة و هو كل ما يطمح اليه اى رجل فيزيائى...
هذه الفرضية عممها مؤخرا ساسكيند الى الفرضية
GR=QM
مع تحياتى

ليونارد ساسكيند



كتاب ساسكيند حول الثقوب السوداء و معضلة ضياع العلم فيها


ليونارد ساسكيند Leonard Susskind
واحد من اكبر الفيزيائيين النظريين فى هذا الزمان..
واننى قد سميته فى منشور سابق ابن تيمية الفيزياء النظرية و هذا للاسباب التالية:
-عمق تأثيره فى هذا المجال و كثرة اتباعه
-كثرة افكاره التى اغلبها على شكل حدسيات
-كثرة الانشائيات فى براهينه و نقص البرهان البنائى بشكل كبير..
ولهذا فان اغلب نتائجه هى جدسيات مثل الوهولوغرافى holography ومبدأ التكامل complementarity principle فى الثقوب السوداء و ال ER=EPR وال GR=QM ...
-قفزه على افكار الغير و الذهاب بها بابعد مما ذهب بها اصحابها..فمثلا الهولوغرافى هى فكرة توهفت 't Hooft اصلا..وال ER=EPR جاء بها اول من جاء بها رامسدونغ Raamsdonk..
-كثرة كتاباته..والحشو الذى يميز بعضها..
-دعوته التى لا يكل فيها و لا يمل الى نظرية الاوتار و دفاعه المستميت عنها..
-خلطه كل شيء بكل شيء..فهو الآن مع اضدقائه وهم حفنة من الامريكيين و الاسرائيليين يخلطون فى نظرية الاوتار مع نظرية المعلومات مع نظرية الحقل مع نظرية النسبية مع كل شيء يأتى فى طريقهم..
وهذا لان الله حباهم بالذكاء الحاد و الذاكرة الجبارة و النظرة العميقة وكل شيء يحتاجونه لانجاز ما يريدونه..فهم فعلا احرار غير مجبورين..أما نحن فاننا مجبورين على محاولة الفهم و اللحاق لاننا نشعر انه واجبنا العلمى و هذا بما حبانا به الله من ذكاء متواضع و ذاكرة سطحية و شمول محدود...وكل هذا لا لغرض من الله بل لحكمة لا نعلمها..
و كل هذا فى الاخير نقد و ليس انتقاد..لأننى انصح رغم كل شيء و بشدة بقراءته و محاولة فهمه و الاستفادة منه قدر الامكان..فهو لا يمزح..
وهو ايضا مثل ابن تيمية فى انه رغم انه لا يعطى البرهان الا انه يبدو منه انه ينظر الي البرهان و لم يستطع او لا يريد ان يصيغه صراحة او لربما لانه يعتقد ان البرهان واضح..وكما قال احدهم فان من اصعب الامور توضيح الواضحات..اذن لربما هذه الحدسيات التى يخرج بها علينا واضحة تماما له..
اذن احذروا من التهاون و الاحتقار و الاستهتار بما يقوم به هذا الرجل...
وعلى الطلبة بالخصوص ان يفرقوا بين النقد العلمى و الموقف الايديولوجى..اذن اعلاه هو نقد علمى..أما التورط فى الايديولوجيا فهو دائما سيغلق عليكم افاق واسعة فى العلم..
اذن ساسكيند فيزيائى قو ى و بارع يجب الاستماع له..لكن عليكم التيقن ايضا انه ليس وحده فى الساحة و ان العلم لا يُجرى بهذه الطريقة اى انه ليس حدسى بل تحكمه الطريقة العلمية و الطريقة الرياضية..
فهو يستطيع ان يفعل الذى يفعله فقط من موقع قوته التى فرضها و اكتسبها عبر سنوات طويلة..
ادناه فى الرابط اقدم لكم كتاب رائع له حول الثقوب السوداء..ونظرية الثقوب السوداء هى نظرية رياضية بالأساس فهمها صعب جدا اذا لم يكن عندكم التصور الفيزيائى الصحيح..
ساسكيند فى هذا الكتاب يشرح هذه النظرية بشكل فيزيائى حدسى (فهو يبدو انه فعلا يعشق الحدسيات)..لكن انتم كطلبة تحتاجون الى كثير من الحدس لفهم الثقب الاسود قبل التعامل مع الرياضيات الصعبة جدا و التى تتطلب التحكم التام الشامل فى النسبية العامة و نظرية الحقول الكمومية الفعالة..اما فى هذا الكتاب فان ساسكيند يفترض تحكم متوسط بالنسبية العامة و تحكم بسيط بنظرية الحقول...
لكن اصبروا..فاسلوبه ايضا لغير المتعود عليه صعب جدا وهذا ايضا مثل ابن تيمية..لكن بعد التعود على الاسلوب فانكم ستستفيدون فعلا..
مع تحياتى

معضلة ضياع العلم فى الثقب الاسود -مرة اخرى



قوانين الطبيعة هى ثلاثة حسب ساسكيند Susskind:
-أحادية الميكانيك الكمومى و هو مبدا انحفاظ المعلومات principle of conservation of information..واذا أخذنا وجه النظر الفلسفية ان العلم هو المعلوم..فهذا القانون اذن هو قانون انحفاظ العلم..وهذا هو نفسه ما يعبر عنه رياضيا فى الميكانيك الكمومى بالاحادية unitarity التى اذكرها كثيرا وانى اعرف اننى لم اعرفها لكن كل طالب او استاذ فى الفيزياء وحتى كل طالب او استاذ فى الحاسوبية وجب عليه معرفة هذا الامر معرفة تامة و جيدة...
-القانون الطبيعى الثانى يأتى ايضا من الميكانيك الكمومى النابع من خطية معادلات التطور فى الزمن (معادلات شرودينغر Schrodinger و هايزنبرغ Heisenberg) وهو يسمى رسميا قانون النسخ الكمومى quantum xerox principle...هذا يعنى بكل بساطة أنه لا يمكن ابدا نسخ المعلومات او العلم..بمعنى انه لا يمكن ابدا بناء آلة يمكنها ان تأخذ اى جملة فيزيائية مثلا الكترون او بت كلاسيكى classical bit او بت كمومى quantum bit وتنسخ عليه نسخة و تعطيك الجملة الاصلية و النسخة...وهذه مبرهنة فى الميكانيك الكمومى...
-القانون الطبيعى الثالث يأتى من النسبية العامة و هو مبدأ التكافؤ equivalence principle وهو ينص على ان كل الفضاء-زمن هو متشعب تفاضلى differentiable manifold ..اذن اذا أخذنا اى نقطة فى هذا الفضاء و نظرنا اليها بمجهر فان الانحناء سيختفى و سيظهر الفضاء كأنه فضاء اقليدى..ونفس الشيء بالنسبة للزمن الذى سيظهر لنا بجوار اى نقطة من الفضاء-زمن على انه الزمن النسبى..بعبارة اخرى هذا المبدأ ينص على ان النسبية العامة ستُختزل الى النسبية الخاصة اذا نظرنا الى الجوار غير المتناهى فى القرب لأن نقطة من هذا الفضاء-زمن...
هذه هى القوانين الثلاثة للطبيعة التى لا مشاحنة فيها بين الفيزيائيين فهى قوانين مطلقة..الملاحظة فقط ان هذه القوانين يسميها ساسكيند قوانين الطبيعة و هذا غرور شديد لان الفيزياء شيء و الطبيعة شيىء آخر و القوانين الفيزيائية شيء و القوانين الطبيعية شيء آخر كما بين ذلك الفيلسوف هيوم ..لكن يبدو ان ساسكيند يظن نفسه فعلا اذكى و اكثر عبقرية من هيوم!!!..لكن هيهات هيهات...
المهم الآن هل هذه القوانين الثلاث فعلا مطلقة بمعنى انها لا يمكن أبدا لأى ظاهرة طبيعية ان تكسرها و تغتصبها...
الجواب اليقينى (الايمانى) من ساسكيند و كل الفيزيائيين (وانى متفق معهم): نعم يستحيل.
لكن تصرف الثقوب السوداء الكمومية يتحدى هذا الايمان الفيزيائى المطلق تحديا مطلقا...
الثقب الاسود يظهر دائما على الاقل بالنسة لأحد الراصدين (الراصد الخارجى الواقغ خارج الثقب او الراصد الساقط سقوطا حرا فى الثقب) وكأن واحدا من هذه الثلاثة مبادئ يجب ان ينكسر...
بعيارة اخرى يبدو و كأنه لا يمكن الاحتفاظ بهذه المبادئ الثلاثة فى نفس الوقت فى الثقب الاسود...
وهذا ما يسمى معضلة ضياع العلم او المعلومات فى الثقب الاسود...
هذا المنشور هو ترجمة الجزء الاول من المنشور بالانجليزية على المدونة التخصصية
http://algerianphysicist.blogspot.com/
ترقبوا ترجمة الاجزاء الاخرى ان شاء الله..

بورباكى واحد- الوتر صفر!!


و مما أعجبنى فى قول الفيزيائى الرياضى بيتر فويت Peter Woit و هو أحد أكبر النقاد الوتريين مقارنته ليونارد ساسكيند Leonard Susskind وهو أحد اعمدة نظرية الوتر ب نيكولا بورباكى Nicola Bourbaki وهو اسم مستعار لمجموعة من الرياضيين الفرنسيين الذين كتبوا مجموعة من ادق الكتب فى الرياضيات فى كل تاريخ الرياضيات..
يقول فويت انه اذا اخترنا مقياسا على واحد يقيس دقة المقولات (الكلام الحامل للافكار) فان بورباكى يأخذ واحد على واحد أما ساسكيند فى آخر مقالاته فانه يأخذ صفر على واحد..
هذا حكم قاسى جدا لكن يحتوى على قدر معتبر من الصحة..
لكن مع هذا فان الموقف الصحيح هو التيقن أن:
- اولا نظرية الوتر هى فعلا اعظم انجاز رياضى فى تاريخ الانسانية..
-ثانيا ولربما ستصبح اعظم انجاز فيزيائى اذا اقتربت اكثر من التجربة و التأسيس و البناء..وهذا غير مستبعد البتة..
فهناك مجال جديد سميته شخصيا الفيزياء الوترية العددية يتم فيه مزج نظرية الوتر بالفيزياء العددية و الفيزياء الكوسمولوجية ويتم فيه التنظير و التحليل و الحساب على طريقة نظرية الحقول الكمومية التى هى فعلا اعظم انجاز فيزيائى حتى الآن (انظر آخر مقالاتى على الاركايف)...
-ثالثا رغم الاستعراضيات الهائلة غير العلمية لساسكيند و غيره من الوتريين الكبار فعلينا التيقن انهم اذكياء جدا جدا و انجازاتهم حتى فى غير الوتر لا يمكن انكارها ابدا و بالفعل يصعب جدا مجاراتها و عليه فاننى شخصيا استبعد خطأهم رغم عدم دقة مقولاتهم..
-رابعا السرعة الهائلة التى يتطور بها فكر هؤلاء الحفنة من الفيزيائيين الوتريين مثل مالدلاسينا Maldacena و ويتن Witten و سايبرغ Seiberg وبولشينسكى Polchinski بالاضافة الى ساسكيند و غيرهم هى راجعة الى تحكمهم العلمى و التاريخى الكامل فى المجال بالاضافة الى فهمهم العميق و ذكائهم الشديد..
لكن للاسف هذا ترتب عليه تحكمهم الكامل ايضا فى رقاب الفيزياء النظرية من ناحية التكوين و الوجهة التى تريد ان تذهب اليها الفيزياء النظرية و الدعم المادى.. الا بعض المقاومة من هنا من هناك من بعض الثيران و من بعض الخرفان...أما اغلبية الثيران فهى منهم و عليهم و أما اغلبية الخرفان فهى راضية بالقضاء و القدر...
اذن فى المحصلة فاننى انصح الشباب بالخصوص بدراسة الفيزياء الوترية دون الالتفات كثيرا الى الصراع الايديولوجى و العلمى اعلاه و انه عليهم التذكر انه ليس لدينا حل الا ان ندرسها عبر هؤلاء الوتريين الاستعراضيين..
فقراءة ساسكيند مثلا فى كتابه عن الثقوب السوداء لن تجدوها عند اى شخص آخر فى العمق...
لكن عليكم بالصبر...
و لكن علينا ايضا ان نتذكر ان الطريقة الصحيحة لتطوير فهمنا لنظرية الوتر و لربما المشاركة فى تطوير النظرية نفسها هى طرق الفيزياء الحقلية التى كانت تماما منسجمة مع الطريقتين العلمية و الرياضية و بعيدة اكثر عن الاعلام و الشهرة و ثقافة البوب و الموضة..
و عليه فان دراستها اى الوتر بالطريقة الصحيحة هو بالضبط ما سيساهم فى عملية تصحيح المسار العلمى لهذا المجال كل حسب قدرته و فى دائرته الضيقة...

التخصصات الاربعة للفيزياء النظرية بدون منازع


ورأيى فى التخصصات الاكثر اثارة للاهتمام و التى لها مستقبل افضل بكثير من غيرها للطلبة الجدد فى الفيزياء النظرية و هى بالترتيب:
- اولا الفيزياء الوترية..وانى اتوقع ثورة وترية ثالثة قريبا..فلا يغرنكم تثبيط المثبطين و لا عجز المعجزين و لا فشل المفشلين...
-ثانيا الفيزياء الكوسمولوجية...فهذه هى فيزياء الجسيمات الرشيقة الانيقة فى هذا العصر...
-ثالثا الفيزياء العددية..فهنا المستقبل ..وقد نبهت الى هذا منذ 15 سنة فلم يستمع لى أحد من الزملاء الهائمين التائهين..وتأكد الامر لى و لهم فيما بعد..وانى مازلت اقول ان هناك المزيد قادم هنا...
-رابعا الفيزياء الفلسفية..وهذا موضوع جديد يحتاج الى دراية فلسفية بالاضافة الى الفهم الفيزيائى الدقيق..وانى اقول من يعمل فيه فهو من الرواد فهو مجال جديد جدا جدا و انى اتوقع انفتاحه بشكل رهيب فى قادم الاعوام...
اما الفيزياء الوترية فانى لا انصح بها الا القوى (الرياضيات) الامين (الفيزياء)...
اما الكوسمولوجية فكل طالب نظرى مجتهد مع قدر متوسط من الرياضيات و العددية يمكن ان ينجح فيها...
اما الحاسوبية فهى تحتاج الى قدر معتبر جدا من المنطق و الحساب..فلربما تقولون انها سهلة..فاننى من التجربة مع الطلبة اقول ان الذى لا يستطيع ان يفكر منطقيا و حسابيا فلا داعى ان يدخل فيها لانه لن يستطيع ان يفعل شيئا الا اذا ارتضى بالبريوكلاج (جزائرية) او شغل اى كلام (مصرية)...
اما الفلسفية فاننى فعلا انصح بها لكل من شعر فى نفسه بتلك النزعة التجريدية المتطرفة مع القدرة التنظيرية الحقيقية (فهى اكثر تطرفا من ناحية التجريد و التنظير من الوتر مثلا)..
اذن لا تخطئوا الاختيار كما اخطأ 99,99 بالمائة من الذين كانوا قبلكم..

تفسير عديد العقول الشقيق الاصغر لتفسير عديد العوالم: بالعربية لأول مرة

وهذه ترجمة مختصرة لمنشورى بالانجليزية حول الموضوع مع اضافة تطبيق على قط شرودينغر لن تجدوه فى المنشور باللغة الانجليزية فى الرابط..
نرجع الى معضلة تفسير النص الكمومى التى يحكمها العلم التجريبى و العلم الرياضى و رغم هذا فهى معضلة لا يبدو انها ستُحل قريبا...
نذكر اولا بالاسس فان الذكرى تنفع المؤمنين..
الميكانيك الكمومى على حسب مدرسة كوبنهاغن يعتمد على اصلين كبيرين:
- اولا التطور الاحادى فى الزمن المعطى بمعادلة شرودينغر Schrodinger ومبدأ التركيب الخطى..
-ثانيا مسلمة الانهيار و قاعدة بورن Born الاحصائية...
نأخذ مثلا قصة قط شرودينغر:
قط موضوع فى غرفة محكمة الاغلاق مع سم و مادة مشعة..اذا انحلت احدى ذرات اليورانيوم فان السم سيتسرب من زجاجته و يقتل القط..احتمال انحلال ذرة واحدة خلال ساعة هو 50 بالمائة..اذن احتمال موت القط خلال ساعة هو 50 بالمائة..جملة القط و الذرة توصف فى الميكانيك الكمومى بدالة حالة تخضع لمعادلة شرودينغر الاحادية فى الزمن..اذن بعد ساعة القط سيوصف بتركيب خطى لحالتين هما حالته و هو حى و حالته وهو ميت باحتمال بورن يساوى نصف لكليهما...
لكن هل القط حى او ميت?
هنا يدخل تفسير كوبنهاغن لصحابه بور Bohr -أب الميكانيك الكمومى- ويقول ان حالة القط قبل اجراء قياس عليه غير موجودة اصلا و هذا اكثر بكثير من القول انها غير متعينة (ركزوا فهنا يضيع التسعين بالمائة الاولى من المستمعين او بالاحرى القارئين)....وانه فقط عند اجراء القياس (راصد يفتح نافذة الغرفة و ينظر) فان حالة القط ستنهار الى احدى الحالتين..فاذا وجد الراصد القط حيا فان هذا يعنى ان حالته انهارت لحظيا (ركزوا فى هذه الكلمة المناقضة تماما للنسبية و اشياء اخرى كثيرة) من التركيب الخطى الذى تعطيه معادلة شرودينغر الى حالته حيا..واذا وجد الراصد القط ميتا فان هذا يعنى ان حالته انهارت الى حالته ميتا..
هذه هى مسلمة الانهيار التى يمقتها الكثير من الفيزيائيين واننى شخصيا اعشقها لانها تؤكد كثيرا من ميتافيزيقيتى..
وهم يمقتونها لانها تنم عن تغير لحظى بدون اى تأثير معروف..بمعنى انه لا نعرف اى قوة فى الكون يمكنها ان تؤدى بالضبط الى مثل هذا التغيير المتقطع اللحظى غير الاحادى ...
هذه هى القصة باختصار..والتى لا يفهمها الكثير حتى من المختصين..لانهم لا يرون اصلا ماهى المعضلة?...
نحن نقول ان القط غير موجود حتى نجرى الرصد عليه و هذه لا يقبلها اغلبية الفيزيائيون و الفلاسفة...لكن تفسير كوبنهاغن يبقى هو الطاغى فى الفيزياء الى غاية يومنا هذا والذى ينجيه بهذه الفعلة الميتافيزيقية المغرقة فى الغمائضية هو نجاح الميكانيك الكمومى الطاغى فى كل استعمالاته ايضا...
هنا تدخل التفسيرات الاخرى...
كل تفسيرات الميكانيك الكمومى الاخرى و هى كثيرة تعترف بالمبدأ الاول بدون استثناء تقريبا لكن الكثير منها ايضا يرفض المبدأ الثانى الخاص بالانهيار..
واحد هذه التفسيرات هى تفسير عديد العقول many-mind وهو الشقيق الاصغر للتفسير الاخر الاشهر المعروف باسم عديد العوالم many-world..
كل من عديد العقول و عديد العوالم يرفض ان يكون هناك انهيار لدالة الموجة عند القياس..
فهما لا يقبلان الا التطور الاحادى لمعادلة شرودينغر مع تفسير بورن Born الاحصائى..
اذن اذا كانت دالة الموجة تحتوى على تركيب خطى لحالة القط حى و حالته ميت فان هذا هو فعلا الواقع...
اذن الواقع متعدد فهناك نسخة يكون فيها القط حيا و هناك نسخة يكون فيها القط ميتا..
فالواقع ينشطر عند القياس او الرصد الكمومى الى عالمين متوازيين...
وهذان العالمان حقيقيان تماما لكنهما غير متفاعلان سببيا..
تصوروا اجراء قياس ثانى و ثالث..تصوروا كل القياسات التى اجراها العقل او المحيط او اى شيء آخر منذ نشأة الكون الى يومنا هذا و كل تلك الانشطارات الناجمة عنها..
اذن الواقع فى عديد العوالم هو مركب فى غاية التركيب...بله تركيبه لا نهائى يقينا...اذن كل شيء يمكن يحدث يحدث فعلا على حسب هذا التفسير (كما قاله صاحبه الاصلى هيو ايفريث (Hugh Everett) و المتحمسين له فى هذا الزمان وهم كثير ومنهم هؤلاء الوتريين و الكوسمولوجيين الذين سميتهم الكلاميين الجدد فى منشورى الفيزيائى السابق..
الفرق بين عديد العوالم و عديد العقول..ان الانشطار فى عديد العقول يحدث فى العقل و ليس فى العالم...
اذن فى عديد العقول هناك عالم واحد و اى راصد له دماغ واحد (لان الدماغ مادى جزء من العالم)..لكن هذا الراصد له عدد لا نهائى من العقول..و اول نظريات عديد العقول التى صرحت بهذه المسلمة هى تلك لصاحبيها الفلاسفة الفيزيائيين ألبرت Albert و لاور Loewer...ثم تابعهما فى ذلك الفيلسوف لوكوود Lockwood ...
اذن هذه النظرية هى نظرية ثنائية تُقر بأن العقلى موجود و مختلف عن المادى و هذا نادر جدا فى الفيزياء..وفى نظرية البرت و لاور بالخصوص فانه لا توجد تبعية supervenience بين الحالات الدماغية و الحالات العقلية..بمعنى ان مجموعات جزئية لمجموعة العقول (وليست العقول المفردة بعينها) هى التى تتبع الحالات الدماغية..اذن كل حالة دماغية هى مرقمة بمجموعة من الحالات العقلية و ليس بعقل واحد...
المسلمة الثانية فى نظرية ألبرت و لاور تنص على ان هذه العقول تتطور فى الزمن بشكل كلاسيكى عبر نظرية الاحتمالات ..و الاحتمال يعطى بالضبط بقاعدة بورن الاحصائية...
نرجع الى مثال قط شرودينغر اعلاه...
نبدأ بتركيب خطى لحالة القط مضروب فى حالة دماغية للراصد قبل ان يرصد..هذه حالة دماغية واحدة مرفقة بعدد غير نهائى من العقول..
الحالة الدماغية تتطور فى الزمن كموميا عبر شرودينغر اما العقول فتتطور فى الزمن كلاسيكيا عبر احتمال بورن..
بعد القياس نحن نعرف ان الحالة الدماغية للراصد تنشطر الى حالة الراصد الدماغية و هو يدرك القط حيا و حالة الراصد الدماغية و هو يدرك القط ميتا..
لكن الذى يحدث فعلا ان العقول تتطور بشكل احتمالى كلاسيكي الى مجموعة جزئية من العقول مرفقة بالحالة الدماغية المقابلة لرؤية القط حى باحتمال بورن الصحيح و فى الشطر الثانى تتطور الى مجموعة جزئية اخرى من العقول مرفقة بالحالة الدماغية المقابلة لرؤية القط ميت باحتمال بورن الصحيح ايضا..
هذا موضوع صعب و انى على يقين ان هذه اول مرة يُكتب فيه باللغة العربية...
من اجل التفاصيل التقنية و المرجعية لمن يهمه الامر اقرأوا منشورى على المدونة التخصصية...
مع تحياتى..