حول الميكانيك الكمومى 6 : تجربة الاختيار المؤجل لويلر

عيدكم مبارك و كل عام و انتم بخير ان شاء الله..
السلام عليكم ويعد..
حول الميكانيك الكمومى 6 : تجربة الاختيار المؤجل لويلر Wheeler's delayed choice experiment ...
ملخص:
الالكترون لا يقرر انه جسيم او موجة الا بعد ان يمر عبر الثقبين على الرُغم من ان الجسيم يجب ان يمر عبر ثقب واحد و الموجة يجب ان تمر عبر ثقبين فى آن معا.. القياس يُحدد ما اذا كان الالكترون جسيم او موجة بأثر رجعى retroactively ...
التجربة:
هذه تحربة فكرية gedanken experiment اقترحها ويلر عام 1978 ..
التجربة تم اجراؤها بالفعل ابتداءا من عام 1984 ...
هذه التجربة تعتمد على الدواليزم الكمومى موجة-جسيم وعلى مبدأ التكامل complementarity principle ...
هذه التجربة من اكثر التجارب التى طرحت تحديا فيزيائيا و فلسفيا هائلا لتفسير الميكانيك الكمومى..
النتائج التجريبية واضحة لا غبار عليها و كذلك الرياضيات..لكن لا يوجد اجماع على كيفية تفسير هذه النتائج و هذه الرياضيات..
هذه التجربة تُقدم تحديا للعقلانية المادية الكلاسيكية كلها بدون استثناء..
فلا تستعجلوا حاولوا فهم المعطيات جيدا و اولا قبل اى شيئ ..
التجربة فى الصورة..
هناك منبع للضوء..يمكن خفض اضاءة هذا المنبع بحيث يتم ارسال الفوتونات واحدا بعد آخر...
الضوء يمر عبر ما يسمى بفاصل اشعة beam splitter اول BS1 ..
هنا الفوتونات اما انها تنعكس و تمر الى الى المرآة الاولى التى توجهها عبر الطريق الاول P_1 الى الكاشف detector الاول الذى نرمز له ب D1 ..
لكن يمكن ايضا للفوتونات ان تنكسر عبر فاصل الاشعة BS1 وتمر عبر الطريق الثانى P_2 الى المرآة الثانية التى توجهها نحو الكاشف الثانى D2..
الفوتونات يمكن ان تنعكس او تنكسر عبر فاصل الاشعة BS1 بإحتمال 50/50 ..
اذن بهذا الانشاء يمكننا ان نعرف يقينا من اين يمر الفوتون..
اذا اضاء الكاشف D1 فإن الفوتون قد انعكس و مر من الطريق الاولى P_1 ..
اما اذا اضاء الكاشف الثانى D2 فإن الفوتون قد انكسر و مر من الطريق الثانية P_2...
الان نضع فاصل اشعة ثانى BS2 امام الكاشفين D1 و D2 فى نقطة تقاطع الطريقين P_1 و P_2 كما فى الصورة..
لتكن A سعة الضوء الصادر من المنبع..
كل موجة منكسرة تتطلب ضرب السعة A بمعامل يساوى 1 ..
اما كل موجة منعكسة فإنها تتطلب ضرب السعة A بمعامل يساوى i...
يمكننا ان نصل الى D_1 عبر طريقين: الطريق الاول فيه انعكاس و انكسار اما الطريق الثانى ففيه انكسار و انعكاس...اذن سعة الموجة يجب ان تُضرب فى المعامل
i*1+1*i=2i
يمكننا ان نصل الى D_2 عبر طريقين: الطريق الاول فيه انعكاسين اما الطريق الثانى ففيه انكسارين..اذن سعة الموجة فى هذه الحالة يجب ان تُضرب فى المعامل
i*i+1*1=0
اذن الفوتون يصل الى الكاشف D_1 و لا يصل الى الكاشف D_2 ابدا..
اذن كل الضوء يصل الى الكاشف D_1 -تداخل بناء- ولا ضوء يصل الى الكاشف D_2-تداخل هدام-..
لحد الآن التجربة هى تجربة تداخل الضوء العادية..
الضوء يتصرف كجسيم عندما نعلم اى طريق أخذ..
أما عندما يتصرف الضوء كموجة فإنه يمكن ان يأخذ الطريقين فى آن معا و هكذا نحصل على التداخل..
وهذا هو مبدأ التكامل..
الحبكة التى اضافها ويلر wheeler هى الصدمة الفلسفية قبل ان تكون فيزيائية او رياضية...
اقترح ويلر ان نُضيف فاصل الاشعة الثانى BS2 فى آخر لحظة بعد ان يمر الفوتون من فاصل الاشعة الاول BS1 بوقت كافى جدا و يصبح قريبا جدا من نقطة تقاطع الطريقين P_1 و P_2 ...
اذن بعد ان يمر الفوتون من فاصل الاشعة الاول BS1 و يكمل تقريبا رحلته اما عبر الطريق 1 او الطريق 2 او عبر الطريقين 1 و 2 فى آن معا فإننا نضع فاصل الاشعة الثانى BS2...
النتيجة لا تتغير..
اذا وضعنا BS2 نحصل على التداخل و اذا لم نضع BS2 نحصل على التصرف الجسيمى..
الآن هذه معضلة كبيرة لاننا وضعنا BS2 فى آخر لحظة فحصلنا على التصرف الموجى و التداخل..اى ان الفوتون تصرف و كأنه أتى من الطريقين...
لانه اذا لم نضع BS2 فاننا نعلم يقينا ان الفوتون اما سيأتى من P_1 او P_2...
اذن كيف فعل الفوتون فى آخر لحظة حتى تصرف كأنه اتى من الطريقين..
بعبارة ويلر: نحن نقرر اذا كان الفوتون سيأتى عبر احد الطريقين او عبر الطريقين فى نفس الوقت بعد ان يُكمل الفوتون رحلته!!!..
بعبارة اخرى الفوتون لا يقرر انه جسيم -الاتيان عبر طريق واحدة-او موجة-الاتيان عبر الطريقين فى آن معا-الا بعد اكمال رحلته, رغم ان التصرف الجسيمى يتطلب المرور عبر طريق واحدة, و التصرف الموجى يتطلب المرور عبر الطريقين فى آن معا!!!..
هذه التجربة تتحدى اى فيزيائى او رياضي او فيلسوف هناك ان يقدم تفسيرا موضوعيا واقعيا كلاسيكيا او غيره لهذه التجربة..