لإنقاذ الفيزياء.. خبراء يقترحون أننا بحاجة إلى افتراض أن المستقبل يمكن أن يؤثر على الماضي!
في عام 2022، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء للعمل التجريبي الذي أظهر أن عالم الكم يجب أن يكسر بعضا من حدسنا الأساسي حول كيفية عمل الكون.
وينظر الكثيرون إلى تلك التجارب ويستنتجون أنها تتحدى "المكانة" - الحدس القائل بأن الأشياء البعيدة تحتاج إلى وسيط مادي للتفاعل. وبالفعل، فإن الارتباط الغامض بين الجسيمات البعيدة سيكون أحد الطرق لتفسير هذه النتائج التجريبية.
ويعتقد آخرون بدلا من ذلك أن التجارب تتحدى "الواقعية" - الحدس القائل بأن هناك حالة موضوعية تكمن وراء تجربتنا. بعد كل شيء، يصعب تفسير التجارب فقط إذا كان يُعتقد أن قياساتنا تتوافق مع شيء حقيقي.
وفي كلتا الحالتين، يتفق العديد من الفيزيائيين حول ما يسمى "الموت بالتجربة" للواقعية المحلية.
ولكن ماذا لو كان من الممكن إنقاذ كل من هذين الحدسين، على حساب الثلث؟.
تعتقد مجموعة متنامية من الخبراء أنه يجب علينا التخلي بدلا من ذلك عن الافتراض القائل بأن الإجراءات الحالية لا يمكن أن تؤثر على الأحداث الماضية. ويدعي هذا الخيار، الذي يُطلق عليه اسم "السببية الرجعية"، أنه ينقذ كل من المكان والواقعية.
لنبدأ بالسطر الذي يعرفه الجميع: الارتباط ليس سببية. بعض الارتباطات هي علاقة سببية، ولكن ليس كلها. ماهو الفرق؟
تأمل في مثالين. (1) هناك علاقة بين إبرة البارومتر والطقس - ولهذا السبب نتعرف على الطقس من خلال النظر إلى البارومتر. لكن لا أحد يعتقد أن إبرة البارومتر هي التي تسبب الطقس. (2) يرتبط شرب القهوة القوية بارتفاع معدل ضربات القلب. هنا يبدو من الصواب أن نقول إن الأول يسبب الثاني.
الفرق هو أننا إذا "هززنا" إبرة البارومتر، فلن نغير الطقس. يتم التحكم في كل من إبرة البارومتر والطقس بواسطة عنصر ثالث، وهو الضغط الجوي - ولهذا السبب يرتبطان ببعضهما البعض. وعندما نتحكم في الإبرة بأنفسنا، فإننا نكسر الارتباط بضغط الهواء، ويختفي الارتباط.
ولكن إذا تدخلنا لتغيير استهلاك القهوة لشخص ما، فعادة ما نغير معدل ضربات قلبه أيضا. الارتباطات السببية هي تلك التي لا تزال قائمة عندما نلوي أحد المتغيرات.
في هذه الأيام، يُطلق على علم البحث عن هذه الارتباطات القوية اسم "الاكتشاف السببي". إنه اسم كبير لفكرة بسيطة: اكتشاف الأشياء الأخرى التي تتغير عندما نلوي الأشياء من حولنا.
وفي الحياة العادية، عادة ما نعتبر أن تأثيرات التذبذب ستظهر في وقت متأخر عن التذبذب نفسه. وهذا افتراض طبيعي لدرجة أننا لا نلاحظ أننا نصنعه.
لكن لا يوجد شيء في المنهج العلمي يتطلب حدوث ذلك، ويمكن التخلي عنه بسهولة في الخيال.
ونتخيل أن شيئا ما نقوم به الآن يمكن أن يؤثر على شيء ما في الماضي. هذا رجعي.
السببية الكمومية
ينبع التهديد الكمي للمنطقة (أن الأشياء البعيدة تحتاج إلى وسيط مادي للتفاعل) من حجة لعالم الفيزياء في أيرلندا الشمالية جون بيل في الستينيات.
ونظر بيل في التجارب التي تلقى فيها اثنان من الفيزيائيين الافتراضيين، أليس وبوب، جزيئات من مصدر مشترك. ويختار كل منها واحدا من عدة إعدادات قياس، ثم يسجل نتيجة القياس. تتكرر التجربة عدة مرات، وتولد قائمة بالنتائج.
وأدرك بيل أن ميكانيكا الكم تتنبأ بوجود ارتباطات غريبة (مؤكدة الآن) في هذه البيانات. ويبدو أنها تشير إلى أن اختيار أليس للإعداد له تأثير "غير محلي" خفي على نتيجة بوب، والعكس صحيح - على الرغم من أن أليس وبوب قد يكونا بعيدين عن بعضهما البعض بسنوات ضوئية.
ويقال إن حجة بيل تشكل تهديدا لنظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين، والتي تعد جزءا أساسيا من الفيزياء الحديثة.
لكن هذا لأن بيل افترض أن الجسيمات الكمومية لا تعرف القياسات التي ستواجهها في المستقبل. وتقترح النماذج الرجعية أن اختيارات قياس أليس وبوب تؤثر على الجسيمات عند المصدر. وهذا يمكن أن يفسر الارتباطات الغريبة، دون كسر النسبية الخاصة.
وفي العمل الأخير، اقترح آلية بسيطة للعلاقة الغريبة - إنها تنطوي على ظاهرة إحصائية مألوفة تسمى تحيز بيركسون.
وهناك الآن مجموعة من العلماء الذين يعملون على السببية الكمومية. لكنها لا تزال غير مرئية لبعض الخبراء في المجال الأوسع. يتم الخلط بينه وبين وجهة نظر مختلفة تسمى "الحتمية الفائقة".
الحتمية الفائقة
تتفق الحتمية الفائقة مع السببية الرجعية على أن اختيارات القياس والخصائص الأساسية للجسيمات مترابطة بطريقة ما.
لكن الحتمية الفائقة تتعامل معها مثل الارتباط بين الطقس وإبرة البارومتر. تفترض أن هناك شيئا ثالثا غامضا - "محدد فائق" - يتحكم ويربط بين كل من اختياراتنا والجسيمات، والطريقة التي يتحكم بها الضغط الجوي في كل من الطقس والبارومتر.
لذا تنفي الحتمية الفائقة أن اختيارات القياس هي أشياء لنا الحرية في تحريكها حسب الرغبة، فهي محددة سلفا. وقد تؤدي الاهتزازات الحرة إلى كسر الارتباط، تماما كما في حالة البارومتر.
ويعترض النقاد على أن الحتمية الفائقة تقوض الافتراضات الأساسية اللازمة لإجراء التجارب العلمية. ويقولون أيضا إن هذا يعني إنكار الإرادة الحرة، لأن شيئا ما يتحكم في كل من خيارات القياس والجسيمات.
ولا تنطبق هذه الاعتراضات على السببية. ويقوم علماء السببية بالاكتشافات العلمية السببية بالطريقة المعتادة الحرة والمتذبذبة. ونقول إن القوم هم الذين يرفضون السببية هم من ينسون الطريقة العلمية، إذا رفضوا اتباع الدليل الذي يؤدي إليه.
ويطلب النقاد أدلة تجريبية، ولكن هذا هو الجزء السهل: التجارب ذات الصلة فازت للتو بجائزة نوبل. الجزء الصعب هو إظهار أن الرجوع إلى السببية يعطي أفضل تفسير لهذه النتائج.
وذكرت إمكانية إزالة التهديد للنسبية الخاصة لأينشتاين. هذا تلميح كبير جدا، ومن المدهش أن الأمر استغرق وقتا طويلا لاستكشافه. ويبدو أن اللوم يقع في الأساس على الخلط مع الحتمية الفائقة.
بالإضافة إلى ذلك، جادل الباحثون بأن السببية الرجعية تجعلها منطقية بشكل أفضل لحقيقة أن العالم المجهري للجسيمات لا يهتم بالفرق بين الماضي والمستقبل. والقلق الأكبر بشأن العودة إلى الوراء هو إمكانية إرسال إشارات إلى الماضي، ما يفتح الباب أمام مفارقات السفر عبر الزمن.
ولكن لعمل مفارقة، يجب قياس التأثير في الماضي. وإذا لم تستطع جدتنا الشابة قراءة نصيحتنا لتجنب الزواج من الجد، ما يعني أننا لن نوجد، فلا يوجد تناقض. وفي حالة الكم، من المعروف جيدا أنه لا يمكننا أبدا قياس كل شيء مرة واحدة.
ولا يزال هناك عمل يجب القيام به في ابتكار نماذج رجعية ملموسة تفرض هذا التقييد بحيث لا يمكنك قياس كل شيء في وقت واحد.
لذلك في هذه المرحلة، السببية الرجعية هي التي تهب الريح في أشرعتها، لذا انطلقوا نحو الجائزة الكبرى على الإطلاق: إنقاذ المكان والواقعية من "الموت بالتجربة".
التقرير من إعداد هو برايس، زميل فخري من كلية ترينيتي، جامعة كامبريدج، وكين وارتون، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك، جامعة ولاية سان خوسيه.
المصدر: ساينس ألرت
