LATEX

تخمينية الجزيرة (حل معضلة ضياع المعلومات فى الثقب) لأحمد المهيرى و زملائه

 

يقول احمد المهيرى Ahmed Almheiri و توماس هارتمان Thomas Hartman و جوان مالداسينا Juan Maldacena و ادغار شاغوليان Edgar Shaghoulian و اميرحسين تاجينى Amirhossein Tajdini فى بحثهم على الاركايف رقم 1911.12333 وهم كلهم من معهد الدراسات المتقدمة IAS ببرنستون Princeton باستثناء هارتمان الذى هو من كورنال Cornell التى لا تقل قيمة عن ال IAS اذن يقول هؤلاء العلماء ان:
المقترح هو ان هاوكينغ استخدم المعادلة الخاطئة من اجل حساب الانطروبى. لان النظرية (يقصدون اشعاع هاوكينغ) مقترنة بالثقالة (يقصدون الثقب الاسود) فانه علينا استخدام المعادلة الثقالية الصحيحة للانطروبى التى هى معادلة الانطروبى الميكروسكوبى التى اكتشفها رايو و تاكاياناغى.
النص الاصلى على الصفحة 1 من البحث 1911.12333:
The proposal is that Hawking used the wrong formula for computing the entropy. As the theory is coupled to gravity, we should use the proper gravitational formula for entropy: the gravitational fine-grained entropy formula studied by Ryu and Takayanagi.
ريو Ryu و تاكاياناغى Takayanagi قد حققا اكتشافا هائلا منذ حوالى الخمسة سنوات و دخلا بذلك الى الفيزياء و التاريخ من بابيهما الواسعين باكتشافهما للمعادلة التى تحمل اسمهما اليوم و التى انطلق منها الحل المعقد و المركب من اشياء كثيرة اخرى.
وقد كنت شخصيا شرحت معادلتهما لطلبة الماجيستير سنة ثانية عندى منذ اكثر من سنتين و صورت الفيديو على اليوتوب (فى الرابط) و رغم اننى لست راضيا على هذا الفيديو فنيا و لغويا الا اننى قررت اعادة فتحه لكم هنا من اجل الاستفادة قدر الامكان رغم عدم رضائى عنه لكن الفيزياء التى اذكرها فى هذا الفيديو صحيحة و دقيقة تماما كما تعهدوننى.
وهى مقدمة مقتضبة لمعادلة ريو و تاكاياناغى و كيف تقرن هذه المعادلة بين المقادير الهندسية و المقادير الترموديناميكية و هى تعتمد بطبيعة الحال على الثنائية الشهيرة AdS/CFT بين الثقالة (AdS) و بين المجال الكمومى (CFT).
اذن حل معضلة ضياع المعلومات فى الثقب الاسود و اشعاع هاوكنيغ ينطلق من معادلة الانطروبى الثقالى الميكروسكوبى fine-grained لريو و تاكاياناغى.
تذكروا بكل بساطة ان هذه المعضلة تنص على ان اشعاع هاوكينغ الذى يصدر من الثقب هو اشعاع حرارى thermal (ما يسمى حالة مختلطة mixed state) و ان الثقب الاسود سيتبخر بالكامل فى الاخير اذن كيف يمكن ان نستخرج من اشعاع هاوكينغ الحرارى كل تلك المادة (وهذه هى المعلومات) التى سقطت فى الثقب.
فهذه المادة عندما سقطت فانها سقطت فى (حالة نقية pure state) اى مثلا رائد فضاء يسقط بداخل الثقب كيف يمكننا اذن معرفة ان رائد فضاء قد سقط فى الثقب و اعادة بناء بنيته المادية (لان الفيزياء الكمومية تؤكد ان هذا ممكن و هذا هو معنى ان المعلومات لا يجب ان تضيع) اذن كيف يمكن اعادة رائد الفضاء الذى سقط فى الثقب بعد ان يتبخر الثقب و لا يتبقى معنا الا اشعاع هاوكينغ.
لان اشعاع هاوكينغ حرارى فهو لا يحتوى على اى معلومات (اى روابط correlations بين الكويبت qbits المشكلة له) اذن لا يمكننا اعادة رائد الفضاء و لا اى شيء آخر سقط فى الثقب و هذا يناقض احادية unitarity الميكانيك الكمومى.
بعبارة اخرى لا يوجد ميكانيزم فى الطبيعة يأخذنا من حالة نقية (المادة و المعلومات الساقطة) الى حالة مختلطة (اشعاع هاوكينغ الحرارى).
هناك قوة وحيدة تأخذنا من النقى الى المختلط و هى معضلة الرصد الكمومى و هى اعقد و اغمض من معضلة اشعاع هاوكنيغ لانه يختلط فيها الاساسى الرياضى و الفيزيائى بالاساسى الفلسفى.
و الاضافة الجديدة من المهيرى (وهو المحرك الاساسى لهذه الموجة الجديدة من الاكتشافات) و مالداسينا (وهو مكتشف الثنائية الثقاليةAdS/CFT فى اواخر التسعينات التى هى اساس كل الفيزياء الوترية اليوم) اذن اضافتهم الجديدة تسمى (تخمينية الجزيرة island conjecture) وهى تنص على ان ما يسمى (السطوح القصوية extremal surfaces) التى تدخل فى حساب معادلة ريو و تاكاياناغى يجب ان تكون (سطوح قصوية كمومية quantum extremal surfaces) و لا يكفى السطوح الكلاسكية و ان هذه السطوح قبل (زمن بايج Page time) تكون خارج الثقب الاسود لكن عند (زمن بايج) الذى هو نصف عمر الثقب الاسود تقريبا فان هذه السطوح الكمومية تقفز الى داخل الثقب الاسود وراء افق الحدث مما يؤدى الى تشكل جزيرة island بداخل الثقب الاسود الجسميات الموجودة بداخلها هى جزء من اشعاع هاوكينغ خارج الثقب و ليس جزء من الثقب نفسه و كما قال المهيرى لمجلة كوانطا محاولا شرح هذا الشيء الغريب (هناك جسيمات فى الثقب الاسود لكنها ليست جزء من الثقب الاسود). هذه الجسيمات هى التى بداخل الجزيرة. اذن هناك انهيار بالكامل لمفهوم (المكان) ايضا.
قفز السطوح القصوية الكمومية من خارج الثقب الى داخل الثقب عند بلوغنا زمن بايج هو الذى يؤدى الى ان انطروبى التشابك entanglement entropy يغير من اتجاه تزايده و يبدأ فى التناقص وهنا بالضبط (زمن بايج) تبدأ المعلومات فى الخروج مع اشعاع هاوكينغ.
هذه القفزة هى فى الحقيقة تحول طورى phase transition من ثقب اسود واجد مهيمن على تكامل الطريق لفايمان Feynman's path integram قبل زمن بايج الى عدد كبير من الثقوب السوداء المرتبطة بثقوب دودية wormeholes تسمى الثقوب الدودية المتكررة replica wormeholes التى تصبح التشكيلة configuration الثقالية المهيمنة على تكامل الطريق بعد زمن بايج.
هذه الثقوب الدودية تسمى متكررة لاننا نحصل عليها باستعمال طريقة تسمى (طريقة التكرار replica method) و بالتالى فان هذه الثقوب الدودية المتكررة هى اقرب الى كونها محاكاة simulation على الحاسوب الكمومى quantum computer من ان تكون حقيقية لكن هنا لا يوجد فرق بين المحاكاة الافتراضية و الواقع.
على ان اذكر فى الاخير ان هناك فيزيائى آخر توصل بمفرده الى كثير من هذه النتائج منفصلا عن مجموعة المهيرى وهو شاب صغير جدا اقل من 25 سنة هو جيف بنيتغتون Geoff Penington هو الآخر اصبح استاذا فى ال IAS هذا الفصل فقط (جانفى 2021) لتميزه الشديد عن اقرانه. انظروا محاضرته على صفحة ال IAS (اظنها ايضا محاضرة على اليوتوب) حيث يشرح طريقته المختلفة قليلا التى تسمى (entanglement wedge reconstruction اى (ترجمة مؤقتة) اعادة بناء تشابك الحرف)
اذن فعلا الفيزياء النظرية البقاء فيها (الذى هو التميز هنا) فعلا للاقوى ليست مجاملات فارغة و احصائيات عقيمة.
محاضرتى عن معادلة ريو-تاكاناياغى منذ سنتين على اليوتوب التى لم يهتم بها لا الطلبة عندى فى القسم و لا من يتابعنى على الفايسبوك و اليوتوب يعتقدون ان اهتمام بالاشياء و تعبى فى شرحها لهم هى مسألة شخصية بل الحقيقة ان هذه امور مهمة جدا تهم كبار العلماء كما ترون.


 

مجلة كوانطا

5m 
Shared with Public
Public
كوانطا هى برأيى افضل مجلة علمية عامة الآن و المستقبل سيكون لها بشكل ساحق.
وهى تتميز (بالمقارنة مثلا مع سيانتفيك امريكان التى هى اقدم مجلة علمية تُنشر لحد اليوم) بأنها حرة و مفتوحة.
اذن كوانطا لا تحتاج الى اى رسوم لقراءة مقالاتها الرائعة جدا جدا.
واقوى فرع فى كوانطا هى الفيزياء.
وكوانطا لا توغل كثيرا فى تصنيفات العلوم و لا تسرف فهى تقسم نفسها الى اربعة علوم عظيمة:
-الفيزياء.
-الرياضيات.
-البيولوجيا.
-علوم الحاسوب.
وهذا فعلا تقسيم حاسم فهذه فعلا اعظم العلوم و اهمها و غيرها تفصيلات من هنا و هناك.
وكما ذكرت فان الفيزياء هى اهم قسم فى كوانطا. و اؤكد مرة اخرى ان كوانطا مفتوحة و حرة على جميع وسائل التواصل الاجتماعى.
واحكم شخصيا على مقالات كوانطا فى الفيزياء فأقول بثقة انه لا يوجد اعظم منها فى الدقة اللغوية و الدقة العلمية و رقى اللغة الانجليزية و التعبير الفيزيائى و الرياضى و حتى فى بعض الاحيان الفلسفى الدقيق جدا عن آخر اكتشافات الفيزياء و غيرها.
وكُتاب الفيزياء فى كوانطا نوعان.
الصحفيون العلميون وهم فعلا الافضل لانه تخصصهم (صحافة علمية) تسهيل الامور المعقدة جدا عبر التواصل مباشرة مع من اكتشف تلك الامور من العلماء.
لكن من كتاب كوانطا ايضا فيزيائيون مشهورين.
مثلا آخر ما كتبه ديغراف Dijkgraaf وهو من اكبر الرياضيين الفيزيائيين و الوتريين ان فيزياء الجسيمات و الفيزياء النظرية قد انتهت و ان المستقبل لفيزياء المادة المكثفة.
وهذا حكم شخصيا لا اقبل به و هو حكم متأثر جدا بالتكلس التجريبى الواقع الآن فى فيزياء الجسيمات والاغرب انه يسحب هذا الحكم على جميع الفيزياء النظرية و هذا احمد المهيرى مثلا مع اصدقائه قد حل معضلة من اعظم معضلات الفيزياء النظرية وهى معضلة ضياع المعلومات فى الثقب الاسود.
اذن لماذا الحكم بأن الفيزياء النظرية قد انتهت بل على العكس الفيزياء النظرية قد ابتدأت.
وهذا حكم يائس غريب جدا ان يأتى من رجل مثل ديغراف الذى هو واحد من انجح النظريين على الاطلاق فى ال 30 سنة الاخيرة.
اذن الكوانطا حرة و مفتوحة و هى فى رأيى افضل من السيانتفيك امريكان و فى رأيى المستقبل سيكون لها.
وايضا الكوانطا ستوفر لكم فرصة لمعرفة اهم الاكتشفات الواقعة اليوم فى الفيزياء (وكذا فى الرياضيات و البيولوجيا و علوم الحاسوب).
اذن اذا اردتم معرفة ماهو (هيب hip) فى العلم اى ماهى الموضة الرائجة على اكثر جبهات العلم تقدما فانكم ستجدونها فى الكوانطا.
واغرب ما وجدت (وهذه نكتة فعلا) ان قناة الكوانطا على اليوتوب لا تتحلى بعدد يعكس هذا الذى قلته اعلاه بحقها و اسوء من ذلك تتميز بعدد ضعيف من المشاهدات يجعلك تتأكد ان الذى ينجح على اليوتوب ليس بالضرورة المحتوى الحقيقى العالى لكن شيء آخر قد يكون لا يمت اى صلة بالمحتوى الحقيقى العالى.
انصح بالاشتراك بقناة الكوانطا لدعمهم و هذا اقل شيء نقدمه لهم مقابل ما يقدمونه لنا و قد فعلت ذلك شحصيا و اشتركت بالقناة.
وهذه ثانى مرة اكتب عن كوانطا هنا على الفايسبوك للتنبيه على اهمية هذه المجلة فهم فعلا يستأهلون ذلك و علينا دعمهم بما نستطيعه.
اما الصفحة على الواب فهى من انجح الصفحات على الاطلاق تجدونها على هذا الرابط:
 

 

أين هى سوزى

 

سوزى SUSY او التناظر الممتاز superymmetry هو تناظر فى الفضاء-زمن يُؤسس لكل فيزياء ما بعد النموذج القياسى beyond the standard model و هو يفسر ثلاثة ظواهر فيزيائية فى فيزياء الجسيمات الاولية من أصعب ما يكون: (معضلة الهايراركى او الفاين-تيونين و معضلة المادة المظلمة و معضلة توحيد القوى)
اولا ما يسمى معضلة التسلسل الهرمى hierarchy problem و تسمى ايضا معضلة الدوزنة fine-tunning problem وهى بكل بساطة تنص على ان جسيم الهيغز Higgs particle الذى يؤسس لاصل الكتلة فى النموذج القياسى standard particle هو الجسيم السلمى scalar الوحيد فى هذا النموذج و عليه فهو غير مستقر stable تحت تاثير التصحيحات الاشعاعية radiative corrections و ان التناظر الممتاز يؤدى الى استقرار هذا الجسيم مثلما ان التناظرات المعيارية تؤدى الى استقرار البوزونات (مفرد بوزون) الشعاعية وهى الجسيمات الناقلة للقوة و مثلما ان تناظر الكايرال او اليدوانية يؤدى الى استقرار الفرميونات (مفرد فرميون) السبينورية وهى الجسيمات المشكلة للمادة.
اذن لدينا الجدول:
-التناظر اليدوانى (الكايرال chiral) وهو تقريبى approximate فى الطبيعة يؤدى الى استقرار الفرميونات fermions السبينورية spinorial.
-التناظر المعيارى gauge وهو مضبوط فى الطبيعة يؤدى الى استقرار البوزونات الشعاعية vector bosons.
-التناظر الممتاز (سوزى) ولا نعلم اذا كان تقريبى او مضبوط فى الطبيعة يؤدى الى استقرار جسيم الهيغز,
علينا ايضا ان نؤكد ان سوزى تؤدى ايضا الى التنبؤ بكتلة جسيم الهيغز فهو ليس عدد حر فى النظرية (مثل الوضع فى النموذج القياسى) بل هو محدد من النظرية نسفها. بعبارة اخرى فان سوزى او التناظر الممتاز يقطع شوطا كبيرا فى تفسير اصل الكتلة نفسها.
الاستقرار الذى نتكلم عنه اعلاه يعنى ان التصحيح الكمومى لكتلة جسيم الهيغز (بعد اخذ بعين الاعتبار التصحيحات الاشعاعية) نجد انه مازال متناسب مع الكتلة الكلاسكية.
اذن التناسب مع مربع القاطع cutoff (و القاطع هو التسوية regularization التى نحتاج اليها فى نظريات المجال الكمومى لاعطائها معنى رياضى و فيزيائى) يتحول بفعل سوزى الى تناسب مع لوغاريتم القاطع.
و القاطع هو الطاقة او سلم طاقة الثقالة الكمومية quantum gravity scale التى هى اعلى بكثير من سلم طاقة التفاعلات الكهروضعيفة electroweak scale.
اذن اخذ لوغاريتم عدد هائل يتجول الى عدد صغير و لهذا هذه المعضلة تسمى ايضا معضلة الدوزنة fine-tunning اى كيف يمكن لتصحيحات قد تكون كبيرة جدا (لان سلم الثقالة الكمومية كبير جدا بالمقارنة مع سلم الطاقات الكهروضعيفة) ان تتحول الى تصحيحات اضطرابية صغيرة وهذه هى الدوزنة.
الجواب تعطيه سوزى او التناظر الممتاز لانها تأتى بكل جسيم فرميونى و تُرفق به جسيم بوزونى و العكس و هكذا يقع الاختزال شبه-الكلى و لا يبقى الا تصحيح لوغاريتمى فى سلم الثقالة الكمومية.
ثانيا ثانى انجاز لسوزى او التناظر الممتاز هو انها تأتى بتفسير للمادة المظلمة على شكل جسيمات الويمب WIMP اى الجسيمات الثقيلة المتفاعلة بضعف weakly interacting massive particle و التى تعرف فى اطار النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى minimal supersymmetric standard model باسم جسيمات النوترالينو neutralino.
النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى MSSM كما يدل اسمه هو اصغر تمديد للنموذج القياسى للجسيمات الاولية الذى يحترم التناظر الممتاز.
هذا النموذج يأتى بتناظر اضافى يسمى التناظر R الذى يرفق بكل الجسيمات الاولية للنموذج القياسى شحنة R تساوى +1 اما الشريك الممتاز super partner لكل جسيم اولى فنرفق به شحنة R عكسية تساوى -1.
هذا يعنى مما يعنى انه فى ال MSSM الجسيمات الاولية و شركائها الممتازين يتم انتاجهم فى ازواج خلال التفاعلات الاولية (تصادمات collisions او تهافتات decays) لان الشحنة R يجب ان تكون محفوظة conserved وهذا يعنى ايضا ان جسيمات النوترالينو هى جسيمات مستقرة تماما.
اذن لدينا فى اطار النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى MSSM جسيمات متعادلة كهربائيا لا تتفاعل عبر القوة النووية اللونية و هى اكثر من هذا مستقرة تماما لا تتفاعل الا عبر القوة النووية الضعيفة او قوة اضعف هى التى تشكل المادة المظلمة.
جسيمات النوترالينو المشكلة للمادة المظلمة فى اطار النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى MSSM هى جسيمات تأتى فى تركيب خطى للجسيمات الممتازة الباينو Bino و الواينو Wino المتعادل كهربائيا و الهيغزينو Higgsino كما فى المعادلة فى الصورة.
-الباينو Bino هو الشريك الممتاز للجسيم الاولى B (وتذكروا ان جسيم ال B فى النموذج القياسى هو الجسيم الذى يتحول بعد الانكسار التلقائى spontaneous symmetry breaking للتفاعل الكهروضعيف الى جسيم الفوتون)
-الواينو Wino هو الشريك الممتاز للجسيم الاولى W الذى يتحول بعد الانكسار التلقائى للجسيم Z الثقيل الناقل للقوة النووية الضعيفة.
-الهيغزينو Higgsino هو الشريك الممتز لجسيم العيغر.
انظر الصورة الثانية.
ثالثا و ثالث انجاز لسوزى او التناظر الممتاز هو التوحيد unification التام للقوى الثلاثة (الكهرومغناطيسية و النووية اللونية القوية nuclear strong color و النووية الضعيفة nuclear weak) من اجل الطاقات العليا فوق السلم الكهروضعيف للطاقات. هذه نتيجة نأتى بها باستعمال معادلة زمرة اعادة التنظيم renormalization grou equation بعد تطبيقها على النموذج القياسى الممتاز الاصغرى MSSN.
نحصل على معادلة معجزة متحققة تماما فى ال MSSM وهذا كله بسبب كرامات سوزى او التناظر الممتاز (المعادلة فى الصورة الثالثة).
ورغم كل هذا النجاح النظرى الساحق فان جميع التجارب لحد الساعة فى مسرعات LEP ثم التيفاطرون ثم مؤخرا (منذ حوالى ال 8 سنوات) مسرعات ال LHC تفشل جميعها فى اكتشاف التناظر الممتاز عبر الامساك بأى من الشركاء الممتازين و ايضا تفشل فى اكتشاف اى اثر للمادة المظلمة اذا كانت المادة المظلمة هى النوترالينو.
هل فعلا هذا يعنى ان الطبيعة غير متناظرة بامتياز.
يصعب جدا -لمن يعرف الفيزياء النظرية جيد و يعرف جيدا كيف تفكر هذه الفيزياء- ان يصدق ان كل هذه النجاجات النظرية لسوزى و التناظر الممتاز هى فقط مصادفة رياضية سعيدة.
شخصيا يصعب على ان اصدق ذلك و يصعب على اكثر ان اتخلى عن ايمانى فى التناظر الممتاز.
لكن الفيزياء سعيدة باهلها (فالفيزيائيون التجريبيون ليس لهم اى دين وهم لا يهمهم لا تناظر ممتاز و لا غيره وتجاربهم لها الكلمة الاخيرة)
لكن ايضا الفيزياء سعيدة بنظرييها و التناظر الممتاز شيء فذ و الذى فشل يقينا هو ال MSSM اما سوزى فهى مازالت تطمعنا و تغرينا و النظريون فعلا ضعفاء امام اغراء الرياضيات التنظير.
المؤكد الذى يتفق عليه التجريبيون و النظريون هو ان (الحكم الاخير على الواقع هو الطبيعة) و ليس (التجربة) ف (التجربة) متغيرة اما (الطبيعة) فهى ثابتة تنتظرنا ان نكشف عن حقيقتها. اما (الرياضيات) فهى وسيلة (العقل) لفهم الطبيعة و قد تُقرر الطبيعة فى الاخير ان تتصرف بغير ما يريده العقل وهذا فعلا ممكن غير مستبعد لكن العقل مغرور جدا فهو مازال يستبعد هذا الامر تماما.
 



 

فلسفة بوهر

 

خلاصة: بوهر هو كانطى داروينى او ما يسمى الكانطية الطبيعية. الكانطية تجعل تفسير بوهر ابيستيمولوجى و الدارونية تجعل بوهر انطولوجى. المفاهيم الكلاسكية هى القوالب الكانطية. المفاهيم الكلاسكية هى متغيرات متكاملة تخضع لمبدأ الارتياب لهايزنبرغ. مبدأ التكامل لبوهر هى (طريقة متسامية كمومية). مبدأ التكامل هو تعميم السببية للعالم الكمومى (الفضاء-زمن و السببية وصفان متكاملان غير متوحدان). مبدأ التكامل هو الذى يلعب فى الميكانيك الكمومى دور مبدأ النسبية. تفسير كوبنهاغن هو ليس الا مبدأ التكامل نفسه. الثنائية موجة-جسيم (تجربة الاختيار المؤجل لويلر) هى التمثيل التجريبى المؤكد لمبدأ التكامل. المفاهيم الكلاسيكية تعنى ان العالم رغم انه يقينا كمومى و الوعى رغم انه من المحتمل جدا انه كمومى فان الاستعراف (الذى هو العلاقة بين العالم و الوعى) هو يقينا كلاسيكى. وهذا هو لب هذه ال 42 صفحة من البحث و كل تلك المراجع المباشرة و غير المباشرة وهذه ال 14 فيديو على اليوتوب. وهذا على بركة الله الانطلاقة الصحيحة لفلسفة الفيزياء لمن هو مهتم.
نص الفيديو كما كتبناه دون تغيير حرف واحد:
دالة الموجة بالنسبة الى بوهر هى فقط آلة tool للحساب وهى رمز symbol للواقع (وهذا عكس رأى هايزنبرغ الذى يعتقد ان دالة الموجة هى تصوير pictorial او تعبير حرفى literal للواقع).
ينص فيلسوف الفيزياء فاى Faye على ان بوهر هو واقعى عينى entity realist (وليس واقعى نظرى theory realist) بمعنى ان بوهر لا تهمه حقيقة صياغة formalism الميكانيك الكمومى اذن هو لا يريد الالتزام بأى موقف تجاه النظرية لكنه يعتقد ان الجمل الفيزيائية هى حقيقية بخواص كلاسيكية نكشف عنها فى التجربة و القياس.
انهيار دالة الموجة عند بوهر غائب فى تفسيره للميكانيك الكمومى و يُعوض بما يسمى المفاهيم الكلاسيكية.
بخصوص الصياغة formalism (نظرية الميكانيك الكمومى) فبوهر هو أدواتى instrumentalist الذى يعنى ان الاعيان entities النظرية غير المرصودة هى ضرورية من الناحية المنطقية لتفسير التجارب.
كما نرى ميول بوهر هى ميول يمتزج فيها الواقعى بالواقعى-المضاد لكنه اكيد ليس منطقى ايجابى logically positivist و لا ذاتى subjectivist.
المفاهيم الكلاسيكية هى الجسر الرابط بين الصياغة و التجربة. وهى التى تسمح لنا بالتواصل مغ الغير لاعلامهم بما قمنا به و ما فهمناه و لهذا فان الرصد و القياس و التجربة يجب التعبير عنها فى لغة الفيزياء الكلاسيكية.
فهم هذه المفاهيم الكلاسيكية يمر عبر 6 مدارس ممكنة:
الاومبيريكية Empiricism : الاومبيريكة وهى مدرسة المنطقية الايجابية. اذن يجب اختزال جميع الاعيان النظرية و التعبير عنها باستخدام المعطيات الحسية.
لكن اصرار بوهر كان على ضرورة وصف الظواهر الكمومية باستخدام نفس المفاهيم التى تستخدم فى وصف الظواهر الكلاسكية.
اذن اومبيركية و منطقية الميكانيك الكمومى تختلف جذريا عن الاومبيركية الفلسفية.
الكانطية Kantianism: الكانطية و كان اول من اشار الى العلاقة بين افكار بوهر و افكار كانط هو الفيلسوف فون وايزسايكر von Weizsacker و بخاصة الشبه الكبير بين مبدأ التكامل لبوهر و الطريقة المتسامية لكانط.
فان عند كانط المعرفة الموضوعية تحتاج الى الشرط المتسامى transcendental condition الذى يتشكل من الحدس intution (الفضاء-زمن) و من المفاهيم السبقية a priori التى يسميها كانط المقولات او القوالب categories للفهم و الفكر (السببية, الاستمرارية, الوحدة, التعدد و الكلية).
اذن العقل يفرض هذه القوالب على المعطيات الحسية التى تتحول بذلك الى معرفة حدسية.
هذه القوالب الكانطية هى بالضبط المفاهيم الكلاسكية (الموضع, الزمن, الطاقة و كمية الحركة).
اذن هذه المفاهيم الكلاسكية هى التى تشكل الشرط المتسامى للمعرفة الموضوعية التى فى الميكانيك الكمومى يقيدها مبدأ الارتياب و النسقية و المنظوريانية.
الحدس (الفضاء-زمن) و قوالب الفهم و الفكر (السببية و غيرها) هى الآن فى الميكانيك الكمومى متغيرات مترافقة متكاملة و بالتالى فانها تحمل معنى فيزيائى فقط فى النسق التجريبى و بالنسبية لمنظوريانية الراصد.
اذن الميكانيك الكمومى حسب مبدأ التكامل لبوهر ينكر امكانية المعرفة الموضوعية للعالم فى-ذاته لان الجمل الكمومية تحمل الخواص الفيزيائية فقط فى النسق التجريبى و هى لا تحمل تلك الخواص كلها فى نفس الوقت.
نحصل اذن على الطريقة المتاسمية الكمومية التى يعبر عنها مبدأ التكامل
البراغماتية Pragmatism:
الداروينية Darwinianism: الداروينية (الانتقاء الطبيعى) ودورها مهم جدا فى فكر بوهر حسب تلميذه روزنفلت.
ان الانتقاء الطبيعى هو الذى يدفع الانسان ان يتطور باتجاه البقاء لكن ذلك البقاء يتطلب تعامل الانسان مع التجارب الحسية فى الطبيعة بشكل ايجابى يسمح له بالبقاء. ذلك التعامل الذى يؤدى الى البقاء يحتاج الى لغة مشتركة كونية تؤسسها المفاهيم الكلاسكية.
نحن نريد البقاء لكن بقاءنا يتطلب تعاملنا مع الطبيعة باللغة الكلاسكية رغم ان الطبيعية كمومية.
التجريبية Experimentalism: بوهر كان مهتما بفهم الظواهر الكمومية فى التجارب اكثر من اهتمامه بفهم صياغة الميكانيك الكمومى.
لكن الفصل التام بين الراصد و المرصود غير ممكن فى الكمومى بسبب التشابك الكمومى بين الراصد و المرصود.
اذن بوهر يميز بين بنية آلة الرصد (كمومية) و وظيفة آلة الرصد (كلاسكية).
هذا الجانب الوظيفى لآلة الرصد هو الذى يتطلب استعمال المفاهيم الكلاسية.
اذن وظيفة التجارب التى تعطى الوصف فى الفضاء-زمن تكمل وظيفة التجارب التى تعطى الوصف السببى. اذن لا يمكن التوحيد بين هذين الوصفين كما فى الميكانيك الكلاسكيى لكن يمكن فقط المكاملة بينهما وهذا هو مبدأ التكامل روح تفسير كوبنهاغن.
التوليفة:
الفهم الحقيقى للمفاهيم الكلاسكية هو الكانطية الطبيعية التى هو مزيج بين كانط و داروين.
وصفنا للطبيعة (وليس الطبيعة نفسها) يحددها العقل بمعنى ان القوالب الكانطية للفهم و الفكر (المفاهيم الكلاسكية) تطورت من اجل تحقيق بقاء الراصد و لم تتطور من اجل تحقيق الجملة الكمومية فى-ذاتها.
لهذا نقول ان الجملة اما جسيم او موجة.
هناك ثنائية بين العالم و العقل لانه لا يوجد فصل تام بين الرصد و المرصود وهذا بسبب تكميم الفعل و عدم قدرتنا على اهمال التفاعل بين الراصد و المرصود.
كل هذا يعبر عنه مبدأ التكامل.
اذن تفسير بوهر (مبدأ التكامل) هو تفسير انطولوجى للميكانيك الكمومى اذا تذكرنا ان بوهر يعتمد على الاصولية شبه-الكلاسيكية.

تفسير (تفسير كوبنهاغن)

 

على الاقل وفقنا الله الى الوفاء بجزء من وعد (فلسفة الفيزياء).
البداية مع موضوع (وهو مكتمل فى ملف البى دى اف) "تفسير كوبنهاغن" وهو التفسير المعيارى للميكانيك الكمومى.
اذن البحث يحمل عنوان:
تفسير (تفسير كوبنهاغن)
Interpretation of the (Copenhagen Interpretation)
فيديوهات اليوتوب ال 14 التى اشرح فيها هذا البحث (كل المحاضرات باللغة العربية باستثناء المحاضرة الاخيرة رقم 14 التى هى ملخص للبحث بالانجليزية):
List of YouTube videos:
14
تفسير (تفسير كوبنهاغن)
Interpretation of the (Copenhagen Interpretation)
13
قاعدة بورن هى مبدأ التقابل لبوهر (علاقة الشدة)
Born's rule is Bohr's correspondence principle (intensity relation).
12
النظرية الكمومية القديمة لبوهر
The old quantum theory of Bohr
11
مبدأى (القياس=المعنى) و (القياس=الوجود) لهايزنبرغ
Heisenberg's (measurement=meaning) and (measurement=existence) principles.
10
مسلمتى الكمومى و المصد لمبدأ التكامل
The quantum and buffer postulates of the complementarity principle.
9
"المفاهيم الكلاسيكية" لمبدأ التكامل
The "classical concepts" of the complementarity principle.
8
صورتى هايزنبرغ (المصفوفية) و شرودينغر (الموجية)
Heisenberg (matrix) and Schrodinger (wave) pictures.
7
فلسفة بوهر هى الكانطية الطبيعية
Philosophy of Bohr is natural Kantianism.
6
مبدأ التقابل و قاعدة بورن الاحصائية
Correspondence principle and Born's statistical rule.
5
مبدأ التكامل لبوهر
Bohr's complementarity principle.
4
مبدأ الارتياب او عدم التعين لهايزنبرغ
Heisenberg's uncertainty/indeterminacy principle.
3
مقارنة بوهر بين مبدأى التكامل و النسبية
Bohr's comparison between the complementarity and relativity principles.
2
الأصولية الكمومية و مبادئ التقابل و التكامل و الانهيار
Quantum fundamentalism and the principles of correspondence, complementarity and collapse.
1
مسلمات الميكانيك الكمومى و معضلة الرصد
Postulates of quantum mechanics and the measurement problem
 
البلاي لست على اليوتوب هنا:
 
المشروع البحثى (فلسفة الفيزياء Philosophy of Physics) على البوابة البحثية ResearchGate (اين ستجدون ايضا نسخة من البى دى أف) هنا:
 
ملف البى دى أف على الدرايف:

واخيرا تم حساب دالة بايج وحل معضلة ضياع المعلومات فى الثقب الاسود

 


واخيرا تم حساب دالة بايج Page curve.
هذا يعنى ان معضلة ضياع المعلومات information loss paradox فى الثقب الاسود قد حُلت بالكامل و ان المعلومات تخرج من الثقب الاسود بعد ان يبلغ عمر الثقب ما يسمى زمن بايج.
وبطل هذه القصة هو الخليجى أحمد المهيرى (بارك الله له و فيه) و هو طالب جوزيف بولشينسكى أكبر اعمدة نظرية الوتر الذى توفى منذ سنتين من المرض العضال تقبله الله عنده برحمته الواسعة.
هذا يعنى مما يعنى ان الفضاء-زمن ينبعث emergent و ليس اساسى fundamental.
وان الثقوب السوداء تتحول فى تحول طورى phase transition الى ثقوب دودية (مثل التحول الطورى من الغاز الى السائل).
وان المكان كمفهوم ينهار بالكامل عند افق الحدث.
وانه لا فرق بين الثقب الاسود و اشعاع هاوكينغ بل انه لا فرق بين الثقب الاسود الحقيقى و الثقب الاسود الافتراضى.
هذا حساب شبه-كلاسيكى و ليس كمومى.
احمد المهيرى و دونالد مارولف و غيرهما يقولون اذن ان هاوكينغ بحسابه شبه-الكلاسيكى فى السبعينات قد نسى شيئا -هو بالضبط هذه الثقوب الدودية-..
ومن التقنيات المستعملة تكاملات الطريق لفايمان و حيلة الريبليكا replica trick ووو (عدد كبير جدا من التقنيات و الطرق وو)..
وكل هذا الحساب رغم انه انطلق من نظرية الوتر الممتاز الا ان كل هذه النتائج لا تحتاج الى نظرية الوتر الممتاز.
المرجع

المعضلات الكبرى للفيزياء و ازمة فيزياء الجسيمات

 

معضلات الفيزياء الكبرى يمكن تقسيهما الى ستة محاور كبرى (المحاور التفصيلية فى الاسفل):
-معضلة الثقالة الكمومية quantum gravity (الفيزياء النظرية الرياضية و العددية).
-معضلة اسس الميكانيك الكمومى foundation of quantum mechanics (الفيزياء النظرية الرياضية و الفلسفية).
-مسألة التوحيد problem of unification اى توحيد القوى و الجسيمات الاولية (فيزياء الجسيمات الاولية).
-معضلة الثوابت الطبيعية او ما يسمى معضلة الدوزنة fine-tunning problem (الفيزياء النظرية و فيزياء الجسيمات الاولية).
-معضلة الطاقة المظلمة و المادة المظلمة (الفيزياء النظرية و الكوسمولوجيا).
-معضلة الحياة و الوعى (فيزياء البيولوجيا و فيزياء النفس).
اما القصة كجميع القصص المثيرة فهى تبدأ مع نهاية القرن التاسع عشر.
فى عام 1900 اعلن كلفن Kelvin -الفيزيائى الكلاسيكى الكبير- انه لم يبقى شيء يمكن اكتشافه فى الفيزياء و ان الفيزياء قد اكتمل بناؤها و لم يبقى الا تحقيق قياسات ادق للمقادير الفيزيائية و الثوابت الطبيعية.
لكن مفارقة الاقدار تشاء شيئا آخر.
فانه بعد تصريح كلفن بأشهر قليلة اكتشف بلانك Planck -الفيزيائى الكلاسيكى الكبير الآخر و اول فيزيائى كمومى- ظاهرة تكميم الفعل الكلاسيكى quantization of the classical action او ما يعرف شعبيا بتكميم الاشعاع الكهرومغناطيسى و ان الضوء مشكل من كمات quanta او جسيمات اولية تم اكتشافها فيما بعد هى الفوتونات.
انطلاقا من هذا الاكتشاف لبلانك بدأت اكتشافات ثورية فى الفيزياء تبقى على رأسها تجلس فى شموخ كل من نظريتى الميكانيك الكمومى و النسبية العامة.
بعد اكثر من قرن من تصريح كلفن -المتفائل الساذج- و اكتشاف بلانك -الذى لم يكن راضيا عنه-يبقى السؤال فعلا هو ماهى اهم المعضلات الكبرى التى تواجه الفيزياء.
فعلا الوضع سيء جدا بمعنى انه رغم كل النجاحات المحققة فان هناك كثير من المعضلات التى مازالت تواجه الفيزياء و بعضها صعب جدا (الثقالة او الجاذبية الكمومية) و بعضها واجهته خيبة امل تجريبية كبيرة (فيزياء الجسيمات).
ففيزياء الجسيمات الآن تعانى ازمة شديد بعد صرف 20 مليار دولار على مسرع ال LHC من اجل اكتشاف فيزياء ماوراء النموذج القياسى وبخاصة جسيمات الويمب WIMP و الجسيمات الممتازة superparticles لكن الذى وقع هو العكس تماما اى التكذيب النهائى تقريبا لما يسمى النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى او ما يرمز له ب MSSM اى minimal supersymmetric standard model وهو النموذج الذى هيمن على دراسات مابعد النموذج القياسى beyond the standard model للجسيمات الاولية لما يقارب ال 40 سنة تقريبا.
هذا الفشل التجريبى الذريع شجع كل هؤلاء الذين يعادون ايديولوجيا نظريات المجال المتناظر بامتياز و نظريات الاوتار الممتازة الى اخراج رؤوسهم من جحورهم و تهجمهم الشديد الشخصى و ليس النقدى على فكرة التناظر الممتاز و خاصة ان هذه الفكرة هى اول فكرة نظرية عميقة تفشل تجريبيا فى التاريخ.
لكن علينا ان نؤكد لمن لا يعرف وهم كثر من الطلبة و الاساتذة ان هذا الفشل التجريبى هو ليس حكما على التناظر الممتاز الذى هو تناظر كأى تناظر آخر لكن هو حكم بالفشل على نموذج ال MSSM الذى يجب علينا تغييره وهذا طبيعى فى الفيزياء.
لكن الايديولوجيون يريدون خلط هذا بهذا وهم يستميتون فى ذلك. فعلا اصبحت الاجواء مسمومة مع كتابات هؤلاء.
لكن علينا ان نقر ان فيزياء الجسيمات الاولية هى فعلا فى ازمة الآن شارك فيها اهلها -بطريقتهم الركيكة فى الدراسة و البحث و النشر- قبل غيرهم.
لكن فعلا ماهى اهم المعضلات فى الفيزياء اليوم?
هذه قائمة حسب رأيى الشخصى:
اولا نظرية الثقالة الكمومية (وتسمى ايضا نظرية كل شيء) التى يتم فيها توحيد الميكانيك الكمومى مع النسبية العامة و يتم فيها توحيد القوى الاربعة و يتم فيها معرفة أصل الثوابت الفيزيائية او ما يسمى مشكلة الدوزنة fine-tunning اى من اين جاءت الثوابت الفيزيائية بقيمها التى تأخذها.
ثانيا معضلة الرصد measurement paradox الكمومى و تفسير الميكانيك الكمومى.
ثالثا معضلة المفردات العارية naked singularities (مثلا مفردة الانفجار الاكبر) ومعضلة السفر فى الزمن time travel.
رابعا معضلة ضياع المعلومات information loss paradox فى الثقب الاسود.
خامسا معضلة السهم فى الزمن arrow of time و الزمن الكمومى الذى يسمى معضلة الزمن problem of time.
سادسا معضلة الكتلة mass من اين جاءت و معضلة التسلسل الهرمى او معضلة الهايراركى hierarchy problem.
سابعا معضلة الثابت الكوسمولوجى cosmological constant problem و الطاقة المظلمة و طاقة الفراغ الكمومى quantum vaccum التى يعتقد انه نفس الشيء.
ثامنا معضلة المادة المظلمة التى تفسرها التناظر الممتاز. اذن اين هو التناظر الممتاز?
تاسعا معضلة نظريات يانغ-ميلز Yang-Mills theories و الانحباس اللونى color confinement و الفجوة الكتلية mass gap وهذه هى المعضلة التى سيعطى عليها مركز كلاى Clay Institute مليون دولار كجائزة.
عاشرا معضلة وجود نظرية المجال الكمومى او ما يسمى الصياغة البديهية axiomatic formulation لنظرية المجال الكمومى.
احدى عشر معضلة اللاتناظر asymmetry بين المادة matter و المادة-المضادة anti-matter المشاهد فى الكون. وهذه مرتبطة بمعضلة غصب violation تناظرات ال CP و T فى التفاعلات النووية الضعيفة (حيث ان T هو العكس فى الزمن) و ايضا التناظر الباريونى Baryonic symmetry.
اثنى عشر معضلة حجم و شكل و عمر الكون.
ثلاثة عشر معضلة التعقيد complexity problem و كيف ظهرت الحياة من المادة و كيف ظهر الوعى من الحياة.
اريعة عشر معضلة العوالم الموازية parallel worlds و عديد-العوالم many-worlds و متعدد-الاكوان multiverse.
خمسة عشر معضلة اللاخطية non-linearity التى تميز الظواهر الكلاسيكية (وبالخصوص الفوضى chaos و ظاهرة الاحتكاك و الدوامات turbulence و الطقس و غيرها) عكس الظواهر الكمومية التى هى كلها خطية.
ستة عشر معضلة الابعاد الاضافية extra dimensions.

كيف يجب دراسة الميكانيك الكمومى

 

سؤال (ماهى الكتب التى يجب قراءتها فى العلوم و الفلسفات و الرياضيات الكمومية?)
حتى لا يخطئ الطلبة و لا يقعوا فى خطأ الاستعجال و التتويه و التدليس و التنويم و لا يرتكبوا خطيئة حرق المراحل و القفز على ما لا يمكن القفز عليه.
فالطلبة شباب و لديهم عامل العمر و الزمن فهو بجانبهم. و اذا توفر الشغف و الاجتهاد و الموهبة و الحظ فكل شيء سيكون على ما يرام ان شاء الله.
لكن هناك الفيزياء الكمومية و هناك الميكانيك الكمومى و هناك فلسفة الكمومى وهى ثلاثة اشياء مختلفة.
هناك الفيزياء الكمومية وهذا اى مدخل للكمومى فى الجامعة او اليوتوب او الواب كافى جدا.
لكن هناك الميكانيك الكمومى وهذا هو العلم الذى يجب و أؤكد انه يجب و لزاما وضرورى ان يُقرأ قبل محاولة قراءة اى شيء فى فلسفة الكمومى.
وعندما اقول يُقرأ فهذا يعنى دراسة شاملة مستفيضة كاملة دقيقة تفصيلية.
الميكانيك الكمومى يجب ان يقرأ اولا من الناحية التقنية اى المبادئ و المسلمات الفيزيائية ثم الصياغة الرياضية (خاصة فضاء هيلبرت و نظرية الاحتمالات) ثم التطبيقات الفيزيائين جميعها.
ثم يجب ان نتعلم اولا الحساب و بالخصوص حل معادلة شرودينغر بجميع الطرق الممكنة و جميع الوضعيات الفيزيائية النموذجية و يجب الذهاب بعيدا فى هذا الموضوع.
من لم يحل معادلة شرودينغر فهو لم يفعل شيئا و عيب عليه فعلا ان يتكلم فى الميكانيك الكمومى و عار عليه اكثر ان يتكلم فى فلسفة الكمومى.
وعليه ان يحل معادلة شرودينغر من اجل الوضعية الفيزيائية النموذجية (مثلا الكمون المربع او كمون دالة ديراك اوو) بالطريقة تلك (مثلا فصل المتغيرات او طريقة الصور او طريقة المؤثرات اوو) ويكرر ذلك عدد متعدد من المرات.
فمرة واحدة لا و لن تكفى.
و يجب حل معادلة شرودينغر لذرة الهيدروجين حلا كاملا شاملا ليس فيه التلقين و الحفظ الذى يطغى على الاساتذة و الطلبة.
و يجب دراسة الاضطراب دراسة كاملة و يجب دراسة التصادم دراسة نهائية.
و يجب اتقان مبادئ التناظر و مبادئى الهوية و الاحصاء المرتبطة بالسبين (اى عزم اللف).
وهنا انوه بالخصوص بالعزم الحركى و التناظر الدورانى المرفق به هذا يجب حفظه ثم برهانه ثم حفظه ثم برهانه عدد من المرات حتى يتسرب الفهم الحقيقى الى العقل.
و عليكم بدراسة مثلا الجسيمات المتطابقة و الطريقة الادياباتكية و طريقة ال WKB و جميع التأثيرات الكمومية مثلا تأثير بوهم-أهارانوف (لكن ابتعدوا عن التأثيرات ذات الابعاد الفلسفية فى هذه المرحلة مثلا الالعاب الكمومى لكوشن و سابكر).
اذن الميكانيك الكمومى فى المرحلة الاولى هو مهمة تقنية فيزيائية رياضية ليس لها اى علاقة بالفلسفة.
ومن لم يتقن هذا الجزء و يذهب الى الجزء الفلسفى فهو لن يفهم شيئا و لن يستفيد شيئا و لن يفيد شيئا و سيضر نفسه و غيره.
الميكانيك الكمومى بالنسبة للطلبة فى هذه المرحلة -كما قال مارمن و هو فيزيائى فى المادة المكثفة من عظماء الميكانيك الكمومى- يجب ان لا تحكمه الا عقيدة (اخرس و احسب).
اما ان يتجرأ المرأ و يتجرأ على شرح ما لا يفهم اغواره لانه بكل بساطة لم يقم بأى حساب كمومى تفصيلى فى حياته فهو بكل صراحة احمق كمومى و من يستمع له فهو احمق منه.
فهذا علم ليس مفتوح على كل من هب و دب بل هو علم مفتوح على ذوى الهمم العالية و العزائم التى لا تخور.
و الكتاب النموذجى فى هذا العصر للدراسة و التدريس فى الميكانيك الكمومى هو كتاب غريفيث.
و بعد ان يدرس المرء كل هذه الامور لسنوات طويلة يمكنه ان يبدأ فعلا فى دراسة فلسفة الفيزياء التى نتكلم عنها هنا..
وافضل و اروع مرجع (بل هو ثانى افضل كتاب قرأته شخصيا) هو كتاب (ما يقال و ما لا يقال فى الميكانيك الكمومى) لعبقرى الفيزياء الكمومية الاول (جون بال).

تفسير الكوبنهاغن بين بوهر و هايزنبرغ

 

مبدأ التكامل الكمومى هو التعميم المنطقى لمبدأ السببية الكلاسيكى.
نيلز بوهر
و مبدأ التكامل complementarity principle هو الذى يلعب فى الميكانيك الكمومى (تفسير كوبنهاغن) نفس الدور الذى يلعبه مبدأ النسبية فى نظرية النسبية الخاصة.
و التكامل يقصد به بوهر التكامل بين الوصف فى الفضاء-زمن (مثلا تحديد الموضع x او الزمن t او الزاوية θ) و الوصف السببي عبر مبادئ الانحفاظ conservation principles لكمية الحركة p او الطاقة E او الفعل S.
و التمثيل الرياضى لمبدأ التكامل هو مبدأ الارتياب لهايزنبرغ حيث انه ينص على اننا لا نستطيع ان نقيس المتغيرات المترافقة conjugate variables بنفس الدقة فى نفس التجربة اى بالنسبة لنفس الراصد الكلاسيكى.
وبالتالى فان قياس الموضع x وكمية الحركة p بدقة كلاسيكية لا يمكن ان يتم الا فى تجربتين (بالنسبة لراصدين او راصد واحد فى تجربتين مختلفتين) حصريتين تبادليا mutually exclusive.
نقول ان الموضع و كمية الحركة هما متغيران متكاملان و ان الراصدان الفيزيائيان اللذان يقومان بعملية رصدهما هما راصدان متكاملان.
اما اهم تمثيل فيزيائى لمبدأ التكامل فهو الثنائية موجة-جسيم wave-particle duality حيث ان الالكترون مثلا يتصرف كجسيم فى تجارب و يتصرف كموجة فى تجارب اخرى.
هذان التصرفان هما تصرفان متكاملان غير متناقضان.
لهذا يعتقد بوهر ان مبدأ التكامل هو تعميم لمبدأ النسبية. ليس لان الميكانيك الكمومى يكسر النسبية كما يعتقد العوام و الكتاب العوام. فهذا غير صحيح ابدا.
الصحيح ان التفسير السببى فى الميكانيك الكلاسيكى للظواهر يتبع مثلا الالكترون فى حركته فى الفضاء-زمن و فى نفس الوقت فانه نحسب مجموع القوى المطبقة على الالكترون و كيف تؤثر على حركته.
فى الميكانيك الكمومى لا نستطيع ان نحسب الطريق (المسار اى الموضع كدالة فى الزمن الذى يتبعه الاكترون) و كمية حركته و طاقته (اى القوة التى تطبق عليه) فى نفس الوقت.
هذا كل ما فى الامر. المسار (الوصف فى الفضاء-زمن) يحسب فى تجربة بالنسبة الى راصد اما قوانين الانحفاظ للطاقة و كمية الحركة (الوصف السببي) فتحسب فى تجربة اخرى بالنسبة الى راصد آخر متكامل مع الراصد الاول و ليس مناقض له لانه يعطى الجزء المكمل للصورة الفيزيائية.
و كمثال نأخذ الصراع بين الميكانيك الكمومى الموجى wave quantum mecahnics لشرودينغر و الميكانيك الكمومى المصفوفى matrix quantum mechanics لهايزنبرغ.
و الموجى و المصفوفى هما صياغاتان متكافئتان رياضيا للميكانيك الكمومى تعرفان اليوم بصورة شرودينغر Schrodinger's picture و صورة هايزنبرغ Heisenberg's picture.
شرودينغر كان يصر على ان الانتقال بين المستويات الطاقوية هو عملية مستمرة فى الفضاء-زمن وهذا صحيح تماما لانه فى هذا الوصف فان الالكترون هو موجة فى الفضاء-زمن.
اما هايزنبرغ فكان يصر على ان الانتقال بين المستويات الطاقوية فى ذرة الهيدروجين هى قفزات كمومية quantum jumps غير-مستمرة discontinuous و آنية instantaneous. وهذا ايضا صحيح (حسب بوهر) لانه فى هذا الوصف فان الالكترون هو جسيم.
هناك تجارب اخيرة تنص على انه قد تم قياس عملية القفز بين مستويين طاقويين ووجدوا انها ليست آنية و ليست غير مستمرة بل هى تأخذ زمن وهى عملية مستمرة كما قال شرودينغر.
هل هذا يعنى ان بوهر اخطأ?
اقدم جوابى الشخصى و اقول لا.
بوهر قال هذا تصرف موجى و ذلك تصرف جسيمى و هما ليسا متناقضين بل متكاميلن لانهم يقعان فى تجربتين مختلفتين بالنسبة الى راصدين متكاملين.
اذن الذى يتكلم عنه اصحاب التجربة فى الرابط هو التصرف الموجى للالكترون و ليس تصرفه الجسيمى.
لأن الالكترون كجسيم موضعى local اما ان يكون هنا او يكون هناك اما موجته فهى يمكن ان تكون ممتدة spread.
وهذا هو الجواب الصحيح على هذه الشبهة التى اثيرت مؤخرا فى احد لقائاتنا على الزووم مع الاصدقاء.
ومن مميزات تفسير كوبنهاغن حسب بوهر ايضا صياغته الفذة لمعضلة الرصد measurement problem كما يلى:
-فرضية الكمة quantum hypothesis: هناك حد اصغرى من الفعل معطى بثابت بلانك. هذ الحد الاصغرى هو الذى يؤدى الى تفاعل بين الجملة الفيزيائية و آلة القياس تفاعل لا يمكن اهماله و لا يمكن معرفته فى الميكانيك الكمومى -عكس الميكانيك الكلاسيكى الذى يمكن اهمال هذا التفاعل فيه او تعيينه-.
-فرضية المفاهيم الكلاسيكية classical concepts: وقد سماها صاحبها (الفيلسوف شيب Scheibe ) فرضية المصد buffer hypothesis و هو اسم لم يعجبنى فترجمت المعنى.
هذه الفرضية تنص على ان جميع الظواهر الكمومية التى تحدث بين الجملة الفيزيائية و آلة القياس يجب التعبير عنها باستعمال المفاهيم الكلاسيكية التى تلعب دور القوالب الكانطية عند بوهر.
اذن الذى يحدث عند عملية الرصد بالنسبة الى بوهر -عكس هايزنبرغ- ليس عملية انهيار لدالة الموجة wave function collapse (الذى هو تغير غير مستمر discontinuous و آنى instantaneous و غير حتمى indeterministic و غير عكسى irreversible لدالة الموجة) بل الذى يحدث هو عملية تغيير للوصف الفيزيائى من دالة الموجة التى تصف الظاهرة الطبيعية الى دالة الموجة زائد المفاهيم الكلاسيكية.
فالتجربة و الراصد و آلة القياس كلها موصوفة كلاسيكيا وتفاعلها مع الجملة الفيزيائية مجهول مما يؤدى الى اضطرارنا الى استعمال المفاهيم الكلاسكية (المحسوبة عبر دالة الموجة باستعمال قاعدة بورن Born's rule) لوصف الجملة الفيزيائية.
بعبارة أخرى الرصد لا يؤدى الى انهيار دالة الموجة بل الرصد يقوم بتعريف المفاهيم الكلاسيكية.
هذا هو الخلاف الاساسى بين بوهر و هايزنبرغ الذى يعتقد بعض الفلاسفة انه محورى لكننى شخصيا اراه شكلى و سطحى.
فبوهر يستعمل دالة الموجة التى لا تخضع الا الى التطور الاحادى unitary evolution فى الزمن لشرودينغر بالاضافة الى المتغيرات الكلاسكية اما هايزنبرغ فانه يعوض المتغيرات الكلاسكية بالكلام عن انهيار دالة الموجة.
هنا نصل الى حقيقة دالة الموجة عند بوهر التى هى ليست الا رمزية symbolicاى انها ليست واقعية اما عند هايزنبرغ فهى صورية pictorial اى واقعية real تماما.

اما بالنسبة للمتغيرات الكلاسيكية فاننى شخصيا ارجح تشبيهها بالقوالب الكانطية Kantian categories.
اما مبدأ الارتياب فان هايزنبرغ يفسره باستعمال الانهيار.
اى ان انهيار دالة الموجة عند عملية قياس الموضع هو الذى يؤدى الى الارتياب و عدم التعين غير-المستمر فى قياس كمية الحركة.
بالنسبة الى بوهر القضية تكمن فى مبدأ التكامل مرة اخرى حيث ان كمية الحركة لا يمكن ان تقاس مع الموضع فى نفس التجربة و هذا هو سبب الارتياب الحاصل فيها.
يبقى فى الاخير ذكر موقف بوهر و هايزنبرغ من حقيقة الخواص الفيزيائية قبل عملية القياس. هذا يحكمه موقف اجرائى operational عندهما معا يمكن تلخصيه فى المسلمتين.
-مسلمة القياس=المعنى measurement=meaning: اى ان معنى جملة "موضع الجسيم" او "كمية حركة الجسيم" او اى جملة خرى تخص خاصية اخرى للجسيم مرتبط بوجود تجربة يمكننا ان نقيس فيها موضع الجسيم او كمية حركة الجسيم و بالتالى فان موضع و كمية حركة الجسيم هى مقادير-معرفة فيزيائيا physically well-defined اذا توفرت تجارب حقيقية يمكننا ان نقيسهما فيها.
اذن اذا لم تكن هناك تجربة لقياس مقدار ما فان الكلام عن ذلك المقدار بالنسبة الى بوهر و هايزنبرغ لا يحمل اى معنى (لغوى قبل الفيزيائى) و بالتالى فان عدم وجود التجربة يعنى ايضا ان ذلك المقدار غير معرف-فيزيائيا.
مثلا (الزمن) فى الميكانيك الكمومى هو فعلا ليس مقدار فيزيائى و كل الكلام عن مبدأ الارتياب طاقة-زمن time-energy momentum هو كلام اغلبه فارغ من كل محتوى حقيقى و يجب الحذر الشديد فيه و معه.
-المسلمة الثانية هى مسلمة القياس=الخلق measurement=creation: وهذه مسلمة انطولوجية مثلما ان مسلمة القياس-المعنى هى مسلمة ابييستيملوجية.
فى هذه المسلمة الاقوى فان هايزنبرغ صراحة (وبوهر ضمنيا) ينصان على ان القياس او الرصد ليس هو فقط الحامل للمعنى و المعرفة بل هو المؤدى الى الوجود او الخلق.
فالسؤال (هل موضع الجسيم كان موجودا قبل القياس?) جوابه بكل بساطة لا. مثلا موضع الالكترون كخاصية فيزيائية للالكترون هى خاصية غير موجودة بدون وجود تجربة يتم فيها قياس موضع الالكترون.
ومن هنا جاءت فكرة المرصودات observables فى الميكانيك الكمومى التى هى عبارة عن مؤثرات هرميتية hermitian operators فى فضاء هيلبرت Hilbert space تعبر عن مقادير فيزيائية تقبل القياس.
فالميكانيك الكمومى لا يتعامل الا مع هذا النوع من المؤثرات على فضاء هيلبرت.
و باستعمال المسلمتين (القياس=المعنى) التى توجد المعنى اللغوى للخواص الفيزيائية و (القياس=الخلق) التى توجد الوجود المادى للخواص الفيزيائية تمكن هايزنبرغ من اشتقاق مبدأ الارتياب الذى تبناه بوهر مباشرة كمعبر اساسى عن مبدأ التكامل.
وهذه نبذة حقيقية عن تفسير كوبنهاغن.