علماءَ يلقُونَ شكّاً حول مبدأ هايزنبيرغ للايقين
علماءَ يلقُونَ شكّاً حول مبدأ هايزنبيرغ للايقين
http://images.sciencedaily.com/2012/09/120907125154.jpg
إن مبدأ هايزينبيرغ لعدم التَيَقّن والذي صيغَ بواسطة الفيزيائي النظري (هايزينبيرغ) عام 1927 يعد أحد أحجار الزاوية لميكانيكا الكم. وهو ينصُّ في أكثرِ صيغةٍ معروفةٍ على أنّه من المستحيلِ قياسَ أي شيءٍ بلا تشويشهِ. فعلى سبيلِ المثالِ، أيُّ محاولةٍ لقياسِ موقعِ جسيمٍ سيغيرُ سرعتهُ عشوائياً.
وقد أزعجَ هذا المبدأُ فيزيائيي ميكانيكا الكم لحوالي قرنٍ من الزمانِ، حتى مؤخراً، عِندما أَظهرَ باحثونَ في جامعةِ تورنتو University of Toronto القدرةَ على قياسِ التشويشِ بشكلٍ مباشرٍ وأكدوا أنّ هايزينبيرغ كان متشائماً جداً. يقول لي روزيما Lee Rozema، المرشحُ للدكتوراه في مجموعةِ البروفيسور آيفرايم شتاينبيرغ Aephraim Steinberg البحثية للبصرياتِ الكميّة في جامعةِ تورنتو، والمؤلّف الرئيسي للدراسةِ التي تمَّ نشرها في Physical Review Letters: “قمنا بتصميمِ جهازٍ لقياسِ خاصيّةِ الاستقطابِ لفوتونٍ واحدٍ. ثم احتجنا لقياسِ كميّة التشويشِ في الفوتون بواسطةِ الأداة. وللقيام بهذا، فإننا قد نحتاجُ لقياسِ الفوتون قبل الجهازِ ولكن هذا القياس سيقوم بتشويشِ الفوتون أيضاً.” وللتغلّب على هذهِ العقبة، قام روزيما وزملاءهُ بتطبيقِ تقنيةٍ تعرفُ بالقياسِ الضعيفِ حيثُ فيها فِعلُ جهازِ القياسِ ضعيفٌ كفايةُ للحصولِ على تأثيرٍ بسيطٍ جداً على ما يتم قياسهُ. قبل أن يتمَّ إرسالُ كلِّ فوتونٍ إلى جهازِ القياسِ، فإنَّ الباحثين قاموا بقياسهِ بشكلٍ ضعيفٍ ثم قاموا بقياسهِ مرةً أخرى بعدَ لحظاتٍ، وقاموا بمقارنةِ النتائج. وقد وجدوا أنّ التشويشَ الناتجُ بسببِ القياسِ أقلُّ من ذلك الذي يمكن أن تطلبه علاقةُ هايزينبيرغ للدقة – تشويش.
يقول روزيما: “كل دفقةٍ تعطينا جزءاً صغيراً من المعلوماتِ حول التشويش، ولكن بتكرارِ التجربةِ الكثيرَ من المرّات، فنحنُ سنكونُ قادرين على الحصولِ على فكرةٍ جيدةٍ جداً حول كميّة التشويش في الفوتون.” وهذه النتائج مبنيةٌ على تحدياتٍ حاليّة لمبدأ هايزينبيرغ للايقين من قبلِ العلماءِ حول العالم. فقد اقترحَ ماساناو اوزاوا Masanao Ozawa الفيزيائي في جامعةِ ناغويا Nagoya University في عام 2003، أن مبدأ هايزينبيرغ لا ينطبقُ على القياساتِ، ولكنّه استطاعَ فقط اقتراحَ طريقةٍ غيرُ مباشرةٍ لتأكيدِ تنبؤاته. وقد تمّ تأكيدُ صحّة ِالنتائجِ بواسطةِ مجموعة يوجي هاسيغاوا Yuji Hasegawa في جامعة فيينا للتكنولوجيا Vienna University of Technology. وفي عام 2010، أظهر عالما جامعة غريفيث Griffith University أوستن لَند Austin Lund و هوارد وايزمان Howard Wiseman أنّ القياساتِ الضعيفةُ يمكن استخدامُها في وصفِ عمليّة قياس النظامِ الكمي. ومع هذا، فقد كانَ لا يزالُ هناكَ بعضُ العقباتِ لإزالتها لأنّ فكرتهم تحتاجُ حقيقةً لحاسوبٍ كميٍّ صغيرٍ، وهو صعبُ البناء. يقول روزيما: “في الماضي، كنا نعمل تجريبياً على كلٍّ من تطبيق القياسات الضعيفة، واستخدام تقنية تدعى ’حوسبة الحالة العنقودية الكمية’ لتبسيط بناء الحواسيب الكمية. والجمع بين هاتين الفكرتين قاد إلى إدراك أن هناك طريقة لتنفيذ فكرة لند ووايزمان في المختبر.” وغالباً ما يتمّ افتراضَ أنّ مبدأ هايزينبيرغ للايقين ينطبقُ على كلٍّ من اللايقين الذاتي الذي يجبُ على النّظامِ الكميِّ أن يمتلكهُ، وكذلك القياسات. وتُظهِرُ نتائجَ هذه التجربة أنّ هذه ليست هي الحالة، وبيّنت درجة الدقة التي يمكن تحقيقها مع تقنية القياس الضعيف. وقال روزيما: “هذه النتائجُ تجبرنا على تعديلِ نظرتنا فعلاً حولَ الحدودِ التي تفرِضها ميكانيكا الكم على القياسِ. هذه الحدودُ ضروريةٌ لأساسياتِ ميكانيكا الكم ومركزيةٌ أيضاً في تطويرِ تقنية ’التشفير الكمي’، والتي تعتمدُ على مبدأ اللايقين لضمانِ أنّ أي متنصت سيتم التقاطهُ بسببِ التشويشِ الناتج في قياساتها.” “إنّ عالم الكم لا يزالُ مليئاً باللايقينِ، ولكن على الأقل فإنّ محاولاتنا للنظرِ إليه لا تقومُ بزيادة اللايقين بالدرجة التي ظنناها!” وقد تمَّ نشرُ هذه النتائج في ورقةِ بحثٍ تدعى “Violation of Heisenberg’s Measurement-Disturbance Relationship by Weak Measurements”. هذا البحث مدعوم مالياً من مجلس بحث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا، والمعهد الكندي للبحوث المتقدمة.
Violation of Heisenberg’s Measurement-Disturbance Relationship by Weak Measurements
