إميلي كونوفر
ترجمة: رمزي ناري
منذ مئة عام، دخلت الفيزياء عالم الكم.1 للاحتفال بذلك، يُقيم الفيزيائيون احتفالًا عالميًا يستمر طوال العام.
في عام 1925، بدأت ميكانيكا الكم،2 النظرية العلمية التي تشرح القواعد البديهية للفيزياء على المقاييس الصغيرة جدًا، تتبلور في أذهان الفيزيائيين. بدءًا من ذلك العام، وضعت سلسلة من الأوراق البحثية الكبيرة إطارًا لهذه النظرية. منذ ذلك الحين، تغلغلت فيزياء الكم في مجموعة واسعة من التخصصات العلمية، شارحةً الجدول الدوري، وحياة وموت النجوم، وغيرها، ومكنت الوصول إلى تقنيات مثل الليزر والهاتف الذكي.
تكريمًا لذلك القرن من التقدم، احتفل الفيزيائيون بهذه السنة (2025) باعتبارها «السنة الدولية لعلوم وتكنولوجيا الكم» كما حددتها الأمم المتحدة. انطلقت الاحتفالات في الرابع من شهر شباط (فبراير) الماضي بحفل افتتاحي في باريس، وتستمر على مدار العام مع المؤتمرات العلمية، والمحاضرات العامة، وغيرها، بما فيها مهرجان الكم QuantumFest))، وهو حدثٌ أقيم في آذار (مارس) الماضي ضمن فعاليات القمة العالمية للفيزياء التابعة للجمعية الأمريكية للفيزياء في آناهايم، كاليفورنيا، ويشمل أنشطة علمية وعروضًا توضيحية.
منذ عام 1900 تقريبًا، بدأت مجموعة متنوعة من التجارب والتطورات النظرية تكشف عن أجزاء وقطع من عالم الكم المحيّر. ثم، نُشرت ورقة بحثية في عام 1925 للفيزيائي الألماني فيرنر هايزنبرغ (Werner Heisenberg)، تلتها أوراق بحثية من آخرين بمن فيهم الفيزيائي النمساوي إروين شرودنغر (Erwin Schrödinger)، التي حوّلت القطع المبعثرة من الأدلة إلى صورة متكاملة.
تقول الفيزيائية النظرية آنا ماريا سيتو (Ana Maria Cetto) من المعهد الوطني للفيزياء التابع للجامعة الوطنية المستقلة في المكسيك: “لا نزال نستخدم تلك المعادلات التي تم نشرها في عام 1925 و1926، وقد أدت إلى كم هائل من النتائج النظرية والتجريبية، والتطبيقات التكنولوجية”. أصبحت الثورة الكمومية التي تلت ذلك أساسًا لمعظم الفيزياء الحديثة.
في تلك السنوات الحاسمة، كما تقول الفيزيائية الكمومية سميثا فيشفيشوارا (Smitha Vishveshwara) من جامعة إلينوي في أوربانا – شامبين، “ترسّخت أسس طريقة جديدة تمامًا للنظر إلى الطبيعة”.
المبادئ الأساسية لميكانيكا الكم
وفقًا لتلك الرؤية الجديدة للطبيعة، تمتص المادة الطاقة في حزم صغيرة منفصلة، تُسمى الكمّات (Quanta). والغريب في الأمر أن الأجسام التي تبدو غير مترابطة يمكن أن تتشابك، حيث ترتبط خصائصها برابط غير ملموس. ينص مبدأ عدم اليقين (Uncertainty Principle) لهايزنبرغ،3 الذي صاغه في عام 1927، على استحالة تحديد كل من موقع وزخم جسم بدقة في نفس الوقت. وقد تم توضيح حالة عدم اليقين الكمومية الغريبة المعروفة بالتراكب (Superposition)، بشكل مشهور في عام 1935 من خلال تجربة قطة شرودنغر (Schrödinger’s Cat)،4 وهي حكاية علمية توضح كيف يمكن لقط افتراضي أن يكون ميتًا وحيًا في آن واحد. على مدار القرن الماضي، تغلغلت هذه الغرائب ليس فقط في العلم، بل في العقل الشعبي على حد سواء.
في احتفالية «السنة الدولية لعلوم وتكنولوجيا الكم»، تحدثت مجلة «أخبار العلوم» (Science News) مع العالمتين “سيتو” و “فيشفيشوارا”، المشاركتين في احتفالية هذا العام. وهذه مقتطفات من الحوار :
أخبار العلوم: ما أهمية فيزياء الكم اليوم؟
سيتو: في هذه المئة عام، أصبحت فيزياء الكم أحد المجالات الرئيسية – إن لم تكن المجال الأهم – في الفيزياء المعاصرة. من الصعب العثور على مجال في الفيزياء أو مسألة فيزيائية لا تلعب فيها ميكانيكا الكم دورًا، خاصة الآن ونحن نعمل مع أنظمة أصغر فأصغر في الحجم، أو أسرع فأسرع من حيث الزمن. لأن هذه هي الأماكن التي تظهر فيها الظواهر الكمومية حقًا.
أخبار العلوم: ما هي التطبيقات التكنولوجية؟
فيشفيشوارا: تكنولوجيا أشباه الموصلات، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، والحوسبة الكمومية، والليزر – كل هذه التقنيات تأتي من فهم فيزياء الكم. من الضروري أن يكون لديك فهم للذرات والعناصر والمركبات على المستوى الكمي حتى تتمكن من إنشاء الدوائر الأساسية التي تدخل في هاتفك الذكي.
أخبار العلوم: ما هي أهداف السنة الدولية لعلوم وتكنولوجيا الكم؟
فيشفيشوارا: أحد الأهداف هو زيادة الوعي حول عجائب علوم الكم وتأثيرها على حياتنا اليومية. هناك أكثر من 60 دولة تدعم هذه الاحتفالية، لذلك، فهو احتفال عالمي بحق. بالإضافة إلى رفع مستوى الوعي العام وجمع المجتمعات المختلفة. أعتقد أن الهدف هو جمع الناس من جميع أنحاء العالم ومن مختلف مناحي الحياة بطريقة لم أشهدها في حياتي.
أخبار العلوم: تشتهر فيزياء الكم بغموضها، أليس كذلك؟
فيشفيشوارا: هي غامضة بالتأكيد. أعتقد أن هذا جزء من سحرها، فنحن جميعًا نحب الألغاز. بالفعل، في الثقافة الشعبية أصبح مصطلح «الكم» مثيرًا للغاية، حيث نجد شخصية «آنت- مان» (Ant-Man) في أفلام “عالم مارفل” [Marvel Character] يدخل إلى “عالم الكم”.5
أخبار العلوم: ما هي بعض الأسئلة العالقة في فيزياء الكم؟
سيتو: مازلنا نفتقر إلى بعض العناصر التي يمكن أن تعطينا الصورة الكاملة. ما هو السبب الفيزيائي للتشابك؟ ما هو السبب الفيزيائي لعدم التحديد المُعبّر عنه في مبدأ هايزنبرغ (عدم اليقين)؟ ليس الأمر أنه لا يمكن فهمه، لأنه ليس سحرًا، بل هو فيزياء. علينا فقط العمل على ذلك.
إميلي كونوفر Emily Conover انضمت إميلي كونوفر، وهي كاتبة فيزياء بارزة، إلى مجلة ScienceNews عام 2016. وهي حاصلة على درجه الدكتوراه في الفيزياء من جامعة شيكاغو،
الموضوع المترجم من موقع مجلة
ScienceNews
(Endnotes)
1 فيزياء الكم: هي ذاتها ميكانيكا الكم، وتستخدم لوصف الظواهر التي لا يمكن تفسيرها بواسطة الفيزياء التقليدية. (المترجم).
2 ميكانيكا الكم: هي الفرع من الفيزياء الذي يدرس سلوك الجسيمات الدقيقة جدًا مثل الإلكترونات والفوتونات. يعتمد هذا الفرع على مفاهيم غير بديهية مثل التراكيب (superposition) والترابط الكمي (entanglement) . (المترجم).
3 يسمى أيضًا مبدأ الشك لهايزنبرغ، وهو مبدأ ينص على أنه لا يمكن تحديد موقع وزخم الجسيم بدقة مطلقة في الوقت نفسه. يخلق هذا المبدأ حدودًا في قياس الخصائص الفيزيائية للجسيمات في عالم الكم.