التشابك الكمّي

يتناول هذا المقال نظرية التشابك الكمي، والتي تعد فرعًا من فروع ميكانيكا الكم ( النظرية الأم ) ولكن قبل البدء في تفسير وفهم نظرية التشابك الكمي، يجب فهم النظرية الأم التي تشتمل عليها.

في النصف الأول من القرن العشرين انقلب فهمنا للكون رأسًا على عقب؛ فاستبدلت نظريات الفيزياء الكلاسيكية العتيقة بطريقة جديدة للنظر إلى العالم فظهرت ميكانيكا الكم وهي تعارض في نواحي عديدة مع أفكار ميكانيكا نيوتن الأقدم، وفي الحقيقة تتعارض أيضا في كثير من النواحي مع المنطق السليم ومع ذلك فإن أغرب شيء في هذه النظريات هو نجاحها الفائق في التنبؤ بالسلوك الملاحظ للأنظمة الفيزيائية.
 

• مفهوم ميكانيكا الكم

ميكانيكا الكم هي أحد فروع الفيزياء التي تهتم بتفسير كافة الظواهر على المستوى الذري وما دون الذري وهو فرع حديث نسبيًا وقد تم تسميته بهذا الاسم نظرًا لأهمية الكم في بنائه.

تهتم ميكانيكا الكم بمحاولة الوصول الى التفسير العلمي لسلوك الذرة وما بها من مكونات أساسية مثل الإلكترونات و البروتونات والنيوترونات وما أصغر من ذلك بكثير مثل الكواركات.

بشكل عام الفيزياء علم قائم على التجربة بشكل اساسي وحتى يتم الإعتراف وقبول النظريات الفيزيائية فلا بد لها من أن تتوافق مع التجارب. وبما أن الفيزياء عِلم تجريبي فقد أظهرت بعض التجارب بعد نصف القرن التاسع عشر نتائج غريبة نوعًا ما، وهذه التجارب كانت متعلقة بدراسة سلوك الذرات والجزيئات وكانت النتائج غير متوافقة للتفسير الكلاسيكي للفيزياء لهذه الظواهر ومن هنا ظهرت الحاجة لإعادة التفكير في بعض مبادئ الفيزياء الأساسية وبرزت الحاجة لتفسير الظواهر الطبيعية بطريقة جديدة ومختلفة عن السابق وعرفت فيما بعد بميكانيكا الكم.

والآن بعد أن تم شرح مبدأ النظرية الأصلي

لنبدأ مقالنا العلمي بعنوان ( التشابك الكمي )

تخيل أن صديقك ذهب في مهمة فضائية إلى كوكب زحل، وعلمت وأنت على كوكب الأرض أن هناك هجوماً سيتعرض له زحل بعد ساعة، وتريد أن ترسل رسالة تحذيرية، كي يتحرك من الكوكب في أسرع وقت. يخبرك عالم الفيزياء الراحل “ألبرت آينشتاين” أنه لا توجد وسيلة أسرع من سرعة الضوء يمكنك استخدامها لتحمل رسالتك التحذيرية، وإذا علمنا أن سرعة الضوء تبلغ 300 ألف كيلومتر في الثانية تقريبا، بينما يبعد كوكب زحل عن الأرض مسافة مليار و 170مليون كيلومتر»، فهذا يعني أن رسالتك التحذيرية ستصل بعد 77 دقيقة، بعد أن يكون صديقك واجه الخطر. لكن العلماء الحاصلين على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022م، يحملون الأمل في وصول رسالتك في نفس وقت إصدارها، إذ أثبتوا أن هناك وسيلة أسرع من الضوء يمكن استخدامها، وهي

« التشابك الكمي »

• مفهوم التشابك الكمي

يصف التشابك الكمومي تلك الظاهرة الفيزيائية التي تحدث لجسمين متشابكين كموميًا حيث يبقيان على اتصال مباشر ومتشاركين في صفاتهم الفيزيائية آنياً، بغض النظر عن المسافة الشاسعة بينهما وهذا في الواقع يناقض مبدأ المحلية الذي تم اكتشافه بواسطة العالم ألبرت اينشتاين.

ومن أجل التبسيط سنفترض أن هنالك إلكترونين متشابكين كموميا، هذا يعني أنه في وقت سابق تم صدم الإلكترونين ببعضها بحيث أدى هذا الاصطدام إلى تطوّر علاقة خاصة بين هذا الزوج، نُطلق عليها مصطلح التشابك الكمومي. وذكرنا في التعريف أن الأجسام المتشابكة كموميًّا تتشارك الصفات الفيزيائية آنيا فيما بينها، هذا يعني أن كلًا من جهة الدوران (العزم) والشحنة وحتى المكان، كل هذه الصفات يتم تشاركها بين الزوجين المتشابكين بشكل مباشر وبأفتراض أنه وبعد التصادم أصبح اتجاه دوران الإلكترون الأول بأتجهاه عقارب الساعة، هذا يعني بالضروري أن الإلكترون الآخر يدور بعكس ذلك الاتجاه .

لنفترض أننا وضعنا الإلكترونيين متشابكين كموميًا الأول في بداية الكون والأخر في نهاية الكون ورصدنا أحد هاذيين الإلكترونين ورأيناه يدور مع عقارب الساعة فمِن اللازم أن الإلكترون الآخر يدور بعكس عقارب الساعة.

أي أنه قبل قياس أي جسمين متشابكين فإنهما يكونان في حالة مجهولة ومتذبذبة، وفي مثالنا على الإلكترونات فإن كلا الإلكترونين، قبل تحديد اتجاه دورانهما بواسطة أجهزة خاصة، يكونان في حالة دوران مع وعكس عقارب الساعة في آن معًا وكل هذا يحدث بلا زمن وهذه النظرية لاتتوافق مع نظرية ألبرت آينشتاين وهي النسبية وتنص على أن لاشيء أسرع من سرعة الضوء.