نسخة من "الجاذبية الكمومية" تقرب الفيزيائيين من "نظرية كل شيء"

طوّر باحثون في جامعة آلتو الفنلندية نظرية كمومية جديدة للجاذبية تصفها بطريقة تتوافق مع النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، مما يفتح الباب أمام فهم أفضل لكيفية نشأة الكون.
والجاذبية الكمومية هي إطار نظري يسعى إلى وصف الجاذبية، وفقا لمبادئ ميكانيكا الكم، ولفهم الفكرة يمكن أن نبدأ من النسبية العامة لألبرت أينشتاين، التي تشرح الجاذبية وسلوك الأجسام الضخمة جدا -مثل الكواكب والنجوم- وعلى مقاييس كبيرة جدا (الكون كله تقريبا).
على الجانب الآخر، فإن ميكانيكا الكم تشرح سلوك الجسيمات الصغيرة جدا -الإلكترونات والفوتونات والكواركات- وعلى مقاييس صغيرة جدا (دون ذرية).
كلتا النظريتين تعمل في نطاقين مختلفين، ولا تتعارض ما دامت كل منهما في مجاله، ولكن عندما يحاول العلماء وصف أشياء ثقيلة جدا وصغيرة جدا في الوقت نفسه، مثل مركز الثقوب السوداء جدا أو بداية الانفجار العظيم، يتطلب الأمر دمج النظريتين، ويظهر التناقض، لأن الرياضيات التي تعمل في النسبية العامة تفشل أمام ميكانيكا الكم، والعكس صحيح.
نظرية قياس
في هذا السياق، اقترح الفيزيائي جوسي ليندغرين وفريقه من جامعة آلتو نهجا جديدا يُقرّب العلماء من نظرية موحدة، تجمع النسبية مع ميكانيكا الكم، ويحاول النموذج الجديد صياغة الجاذبية "كنظرية قياس"، وهي نوع من النظريات التي تشرح كيف تتصرف الجسيمات والقوى في الطبيعة، بحسب الدراسة التي نشرت في دورية "ريبورتس إن بروغرس إن فيزكس".
الفكرة الأساسية لنظريات القياس تقول إن القوانين الفيزيائية يجب أن تبقى صحيحة، حتى لو غيرت طريقة وصفك للأشياء محليا، وكمثال للتقريب، يمكن قياس الطول بالمتر أو القدم دون أن يتغير الطول الحقيقي، في الفيزياء يمكن تغيير بعض الخصائص (كالطور الكهربائي) دون أن يتغير السلوك الفيزيائي الحقيقي للجسيمات.
وفي النموذج الذي طوره باحثو جامعة آلتو، تُعامل الجاذبية كحقل كمي موجود في زمكان مسطح. ينبثق الزمكان المنحني المألوف للنسبية العامة من السلوك المتوسط ​​(قيمة التوقع) من هذا المجال الكمي.
بمعنى أوضح، في هذه الفرضية الجديدة، فإن الجاذبية ليست مجرد انحناء في الزمكان كما قال أينشتاين، بل هي مجال كمومي يعيش في فضاء مسطح (أي ليس منحنيا)، وفي نظرية المجال الكمومي، فإن كل جسيم ليس مجرد نقطة صغيرة مستقلة، بل هو اهتزاز صغير أو تموج في شيء غير مرئي موجود في كل مكان يُسمى مجال.
كمثال للتقريب، تخيل بركة ماء: الماء نفسه هو المجال، وأي تموج أو موجة على سطح الماء هو جسيم، ومن ثم فإن الزمكان المنحني (الذي نعرفه في نظرية أينشتاين) لا يكون أساسيا، بل ينبثق كنتيجة ثانوية، بسبب متوسط تأثير هذا المجال الكمومي.
نظرية كمومية للجاذبية
يتيح هذا المنظور فهما أكثر تماسكا لكيفية عمل الجاذبية على المقاييس الكمومية، مما قد يحل التناقضات القديمة بين النظريتين الأساسيتين.
على الرغم من أن النظرية واعدة، فإن الفريق يشير إلى أن إثباتها لم يكتمل بعد، حيث تستخدم النظرية إجراء تقنيا يعمل حتى نقطة معينة -تسمى بمصطلحات "الدرجة الأولى"- لكنهما بحاجة إلى التأكد من إمكانية استمرار الحسابات بسلامة طوال العملية الحسابية بأكملها.
يُعد تطوير نظرية كمومية للجاذبية أمرا بالغ الأهمية لفهم الظواهر التي تُعدّ فيها كلٌّ من التأثيرات الكمومية والجاذبية ذات أهمية، مثل الثقوب والانفجار العظيم، ومن ثم فهم أصل الكون.
ويمكن لنظرية ناجحة في هذا النطاق أيضا أن تُلقي الضوء على ألغاز مثل المادة المظلمة والطاقة المظلمة، اللتين تُشكلان غالبية محتوى الكون من الكتلة والطاقة، ولكنهما لا تزالان غير مفهومتين جيدا.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

الجزيرة

منذ 6 ساعات

• الجزيرة

"انهيار دالة الموجة".. كيف تشكل ميكانيكا الكم واقعنا اليومي؟

مقدمة الترجمة في العالم الكمومي، حيث تتراقص الجسيمات في بحر من الغموض والاحتمال، يبرز سؤال قديم: ما هو الواقع؟ هل هو ثابت كما نراه بأعيننا، أم أنه متغير، يتشكل ويتلون بحسب ملاحظاتنا له؟ في هذا العالم الكمومي المليء بالشكوك، تقف مشكلة القياس كعائق رئيسي، تسأل عن كيفية تأثيرنا في ما نراه من حولنا. تفسيرات متعددة تتقاطع وتتنافر، كل واحدة تحمل مفتاحًا لفهم ما وراء الستار، وتفتح أمامنا أبوابًا من التساؤلات التي تتعلق بمفهومنا عن الواقع وهل هو مستقل عن ملاحظاتنا أم متشابك معها. نص الترجمة لا تكمن المعضلة الحقيقية لميكانيكا الكم، أو السبب في أن يقف حتى الفيزيائيون أمامها حائرين؛ في أنها ترسم لنا واقعًا غريبًا وغير مألوف، فليس من الصعب أن نتقبل أن عالم الجسيمات الأولية، ذاك العالم الخفي الذي يتعذر علينا أن نراه أو نلمسه، يختلف كليًا عن عالمنا الذي نعيشه ونُدركه بحواسنا. فما إن نتساءل عما يحدث فعليًا للجسيم قبل إجراء القياس عليه، حتى نلاحظ أن نظرية الكم لا تُجيب عن هذا التساؤل، إذ لا تكمن المشكلة الحقيقية في أن ميكانيكا الكم ترسم عالمين مختلفين، بل في أنها تترك المساحات الرمادية بينهما دون تفسير. بمعنى أنها لا ترسم لنا الطريق الذي يعبر من عالم الجسيمات الغامض إلى واقعنا الملموس. ونتيجة لذلك، وبعد قرنٍ من نقشها على جدار العلم بوصفها تحفة علمية، لم تكشف لنا بعدُ عن جوهرها في تفسير الواقع. لسنا في عوزٍ من الأفكار، بل العكس من ذلك، فالتفسيرات تتكاثر، والمفاضلة بينها ليست مسألة دليلٍ علمي حاسم، بل أقرب إلى الذوق الشخصي أو إلى اعتبارات فلسفية، إذ إن معظمها عصيّ على التجربة ولا يخضع للاختبار. وكما قال الفيزيائي ن. ديفيد ميرمين مازحًا ذات مرة: "تتوالى التفسيرات الجديدة عامًا تلو آخر، ولا يكاد يختفي منها شيء". هل ما نراه هو الواقع حقًا؟ غير أنه في العقد الأخير، بدأت الأمور تأخذ منحًى مختلفًا، فمثلًا، أحد التوجهات الجديدة في النظرية هي أنها أصبحت تقدِّم توقعات قابلة للرصد تجريبيًا، مما أيقظ الأمل بإمكانية تحقيق تقدم علمي حقيقي يُضيء فهمنا لهذه النظرية. وفي الوقت نفسه، اكتسب توجه آخر في نظرية الكم زخمًا قويًا لأنه يبدو قادرًا على حل العديد من الألغاز المُحيِّرة في نظرية الكم دفعة واحدة. ولكن هذا التوجه يُثير تساؤلًا كبيرًا، حيث يفترض أنه لا يوجد شيء يُسمى "الواقع الموضوعي". وما قد يبعث على التفاؤل أكثر في مجال نظرية الكم، هو أن الفيزيائيين بدؤوا استكشاف طرق جديدة لاختبار صحة الافتراضات التي تقوم عليها النظرية. تتمثل هذه الخطوة في تحويل التجارب الذهنية المعقدة إلى اختبارات حقيقية على أرض الواقع، وهو ما سيفسح المجال لإحراز تقدم حقيقي في فهم ما تحاول نظرية الكم أن تشرحه أو تكشفه. وتعليقًا على ذلك، يقول إريك كافالكاني، عالم الفيزياء الكمية في جامعة غريفيث في كوينزلاند بأستراليا: "نحن الآن قادرون على تقليص الاحتمالات". زعزع تطور ميكانيكا الكم في منتصف عشرينيات القرن العشرين الأفكار الراسخة حول آلية عمل الكون، فمنذ أن صاغ إسحاق نيوتن قوانينه للحركة والجاذبية في القرن 17، بنى الفيزيائيون نظرياتهم بطريقة معينة تتضمن نظاما فيزيائيا (مثل حركة الأجسام)، ومعادلات رياضية تحدد كيف سيتغير هذا النظام مع مرور الوقت. لكن الميكانيكا الكلاسيكية تعجز عن تفسير سلوك الجسيمات دون الذرية، مثل الإلكترونات والفوتونات. وتشير التجارب إلى أن هذه الجسيمات تتصرف بطرق غريبة جدًا لا تتوافق مع المنطق الكلاسيكي. فعلى سبيل المثال، نجدها تتصرف أحيانا كموجات ويبدو أنها توجد في حالة "تراكب"، أي أنها تكون في عدة حالات أو أماكن في الوقت نفسه، بدلًا من أن تكون في حالة واحدة محددة. لكن هذا التراكب لا يستمر إلى الأبد، فعند قياس الجسيم، سرعان ما يكتسب خصائص مُحددة. تُجسّد معادلة شرودنغر هذا الغموض العميق، إذ تحتضن في طياتها مفهومًا رياضيًا يُعرف بدالة الموجة، تلك التي تضم في نسيجها كل الاحتمالات الممكنة لما قد نرصده. ومن خلالها يمكننا حساب احتمال ظهور الجسيم في مكان معين لحظة القياس، وهي اللحظة التي يُقال فيها إن دالة الموجة قد "انهارت" إلى واقع محدد. لكن، حتى في أفضل أحوالها، لا تملك هذه المعادلة أن تمنحنا يقينًا بنتيجة واحدة، فما قبل القياس ليس إلا عالمًا من الاحتمالات، لا من الحقائق. مجهولات الكون المهيبة ما الذي يحدث قبل لحظة القياس؟ الحقيقة أن نظرية الكم لا تُجيب على هذا السؤال، بل إنها لا توضح حتى ما الذي يُعَدُّ "قياسًا" من الأساس. ولا تُخبرنا إن كانت دالة الموجة -التي تُعرف غالبًا بالحالة الكمومية- تمثل واقعًا ماديًا فعليًا. وهنا تبرز المفارقة، فنظرية بهذا المستوى من القوة والنجاح العلمي، تحمل بين طياتها كمًّا كبيرًا من الغموض. لكن جميع هذه الأسئلة ينتهي بها الحال إلى سؤال جوهري واحد: كيف ينبثق هذا العالم المنظم، الواضح، والقابل للتنبؤ (عالمنا اليومي المصنوع من ذرات وجسيمات*) من عالم كمومي ضبابي وغير مرئي؟ هذا ما يُعرف في أوساط الفيزيائيين بمشكلة القياس التي لا تزال إلى يومنا هذا أعقد أسرار ميكانيكا الكم وأكثرها إرباكًا. إن التفسير التقليدي والأكثر شيوعًا لميكانيكا الكم يُعرف باسم "تفسير كوبنهاغن"، وقد سُمي كذلك نسبة إلى المدينة الدنماركية التي نشأ فيها هذا التوجه. ووفقًا لهذا التفسير، لا يمكننا معرفة أو قول أي شيء عن حالة الجسيم قبل قياسه، (بعبارة أخرى، الواقع لا يتحدد إلا في لحظة القياس*). ورغم غرابة هذا الطرح، فإن الرياضيات التي تستند إليها النظرية تعطي نتائج صحيحة، ولهذا أصبح شعار بعض الفيزيائيين كما قال الفيزيائي ميرمن ساخرًا: "اصمت واحسب!". لكن هذا التفسير لم يكن مقبولًا لدى الجميع، فقد كان آينشتاين نفسه من أبرز المعارضين، ورفض فكرة أن الكون يعمل على أساس الاحتمالات، وآمن بأن هناك قوانين حتمية تحكم الطبيعة، وعبّر عن رفضه الشهير لتفسير كوبنهاغن بقوله: "الله لا يلعب النرد مع الكون". لا يزال الكثير من الفيزيائيين يرون في تفسير كوبنهاغن نوعًا من التهرّب الفكري في مواجهة الأسئلة العميقة حول طبيعة الواقع. وعن ذلك، يقول الفيزيائي النظري رودريش تومولكا من جامعة توبنغن في ألمانيا، إن هذا التفسير لا يقدِّم إجابة جادة على سؤال جوهري: "ما الذي يوجد فعليًا في هذا الكون؟"، مشيرًا إلى أن ما يريده العلماء هو فهم حقيقي لطبيعة الواقع ذاته، لا مجرد أدوات رياضية تعطي نتائج صحيحة. وما يزيد من غرابة هذا التفسير أنه يترك الباب مواربًا أمام فكرة تبدو عبثية للوهلة الأولى، وهي أن الإنسان الواعي، المُراقِب، هو من يتسبب في انهيار دالة الموجة، وكأن الواقع لا يتبلور إلا حين ننظر إليه. ينتمي الفيزيائي رودريش تومولكا إلى المدرسة التي تُفضل تفسيرًا لميكانيكا الكم، التي ترى في دالة الموجة شيئًا حقيقيًا ماديًا، أي أنها تمثل العالم كما هو، سواء كنا نراقبه أم لا. هذا النوع من التفسيرات لا يربط وجود الواقع الفيزيائي بوعي الإنسان أو عملية القياس. ومن أشهر هذه التفسيرات يأتي "تفسير العوالم المتعددة"، الذي يفترض أن جميع النتائج المحتملة التي تحتويها دالة الموجة تحدث فعليًا، لكن في أكوان متعددة تتفرع عن عالمنا، ويشهد كل منها حدوث واحدة من هذه النتائج، ليشكل بذلك سلسلة من الأكوان المنفصلة التي تتوالد من تجربتنا الكونية. لكنّ ثمة اتجاهًا آخر يُعرف باسم "الانهيار الموضوعي"، يضم مجموعة من النماذج التي ترى أن ميكانيكا الكم ليست مكتملة، وأن شيئًا ما لا بد أن يُضاف إلى معادلة شرودنغر كي يُفسّر ظاهرة انهيار دالة الموجة. وتأكيدًا على ذلك، يقول أنجيلو باسي، الفيزيائي النظري في جامعة ترييستي الإيطالية: "الفرق الجوهري بين هذا التفسير والتفسير التقليدي هو أن انهيار دالة الموجة لا يحدث كأنه تعويذة سحرية تُلقى عند نهاية القياس، بل هو ببساطة جزء طبيعي من الديناميكا التي تحكم النظام". في السنوات الأخيرة، حظيت نماذج الانهيار باهتمام أكبر من معظم التفسيرات الأخرى، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنها تقدّم تفسيرًا معقولًا لكيفية نشوء الواقع الكلاسيكي دون الحاجة للرجوع إلى المراقب البشري. فوفقًا لهذا الطرح، فإننا لا نرى الأجسام الكبيرة مثل إطارات الصور أو فرش الرسم في حالة تراكب كمومي (أي في حالتين أو أكثر في آنٍ واحد)، لأن عملية الانهيار تعمل بطريقة طبيعية كلما زاد عدد الجسيمات المتفاعلة في النظام. بمعنى آخر، كلما زاد تعقيد الجسم وحجمه، زادت سرعة انهيار حالته الكمومية إلى حالة واحدة محددة، مما يجعل الواقع الذي نراه مستقرًا وموحدًا دون تدخل أو ملاحظة من الإنسان. لكن، ما الذي يُشعل فتيل هذا الانهيار المتواصل؟ الحقيقة أن الغموض ما زال يحيط بالإجابة. بعض النماذج تصمت تمامًا، وأخرى تهمس بأن الجاذبية هي السبب. لكن أنجيلو باسي يرى أن السر قد لا يُجاب عليه بجواب قاطع، بل ربما يكون الانهيار سِمة أصيلة من سمات الطبيعة، لا تفسير لها سوى أنها كذلك. ويقول: "لهذا أحب نماذج الانهيار، لأنها لا تغلق الباب على ما نجهله، بل تفتحه على مصراعيه أمام عالم جديد لم تُسبر أغواره بعد.. شيء يتجاوز حدود ميكانيكا الكم، ويقبع خارج مدى فهمنا الراهن". أما الفرق الحقيقي الذي يميز نماذج الانهيار عن غيرها هو أنها قابلة للاختبار. فعلى عكس العديد من تفسيرات ميكانيكا الكم التقليدية، فإنها تُقدِّم تنبؤات تجريبية واضحة يمكن قياسها عمليًا. تكمن الفكرة الأساسية وراء هذه النماذج في أن عملية الانهيار العفوي المستمرة للأجسام الكمومية يجب أن تؤدي إلى اهتزاز مستمر للجسيمات، وهو ما يؤدي بدوره إلى إصدار طاقة زائدة من هذه الجسيمات. ويجب أن تكون هذه الطاقة الزائدة قابلة للرصد، حتى وإن كانت الإشارة الناتجة عنها في غاية الضعف. على مدار العقد الماضي، انخرط باسي وزملاؤه من مختلف أنحاء العالم في برنامج تجريبي طموح، بحثًا عن إشارة قد تكشف السر وراء الانهيار الكمومي. وقد استعانوا بشكل أساسي بأجهزة الكشف التي كانت مُصمَمة للكشف عن آثار المادة المظلمة أو جزيئات النيوترينو المراوغة، مثل الأدوات فائقة الحساسية المدفونة في أعماق الأرض تحت جبال غراند ساسو في إيطاليا. وبمرور الوقت، بدأت نتائج تلك الجهود تظهر تدريجيا. ففي عام 2020، على سبيل المثال، استطاع فريق يضم باسي وكاتالينا كورسيانو، الباحثة في المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء النووية، أن يستبعد أبسط أشكال أحد النماذج التي افترضت أن الجاذبية هي المسؤولة عن الانهيار الكمومي. ما زالت التجارب المماثلة جارية، ومع كل تحليل جديد نواجه قيودًا إضافية تحدد أيا من هذه النماذج قد يكون قابلا للتطبيق. ورغم أن فرصة استبعاد الانهيار الموضوعي باستخدام التجارب تُعد تقدمًا في حد ذاتها، فإن عملية تحقيق ذلك ما تزال بطيئة جدًا. ومن جانبه، يعلِّق باسي قائلًا: "حتى الآن، لم نرَ أي إشارة، لكن هذه مجرد البداية". لو تمكّنا من رصد إشارة يتفق الجميع على أنها تدعم فرضية الانهيار الموضوعي، فستكون بلا شك جديرة بجائزة نوبل. لكن، بحسب ما تشير إليه ماغدالينا زيخ، من جامعة ستوكهولم في السويد، فإن هذا لا يعني بالضرورة أننا سنفهم فورًا ما تعنيه نظرية الكم، إذ لا يزال علينا أن نكتشف ما هو العامل في البيئة الذي يسبب هذا الانهيار في المقام الأول. في السياق ذاته، تقول زيخ إن الكشف عن إشارة تدعم الانهيار الموضوعي سيكون بمثابة حل لمشكلة القياس، بمعنى إذا كنتَ تؤمن بأن نظرية الكم تفتقر إلى عنصر مفقود، فإن هذا هو العنصر المقصود. لكنها تضيف أن هذا لا يعني أننا سنفهم بالضرورة ما الذي تحاول نظرية الكم أن تخبرنا به عن طبيعة الواقع، إذ ما زال علينا أن نمنحها معنى، أن نُسمي ذلك الهمس الغامض في البيئة، ذلك "الضجيج" الذي يتسبب في انهيار دالة الموجة. وما هو أعمق من كل ما سبق -كما تقول زيخ- هو أننا حتى لو نجحنا في حل لغز "الانهيار الكمومي"، فلن نقترب كثيرًا من فهم لماذا تظهر خصائص الجسيمات عند القياس بطريقة احتمالية لا تخضع لقانون صارم. إننا رغم شغفنا باليقين مضطرون إلى الحديث عن الاحتمالات. وتتابع زيخ: لا يوجد سبب بديهي يمنع الجسيمات من أن تسلك سلوكًا حتميًّا، تحكمه قوانين لا تحتمل الشك. لكن حقيقة أنها لا تتبع مثل هذه القوانين تستدعي تفسيراً. عندما يتحكم الوعي في الواقع بالنسبة للباحثة زيخ، فإن النظرة إلى ميكانيكا الكم التي تتعامل مع هذا التحدي مباشرة تنتمي إلى فئة مختلفة تمامًا من التفسيرات. فبينما يُصر علماء مثل باسي وتومولكا على أن الحالات الكمومية تمثل واقعًا حقيقيًا ومستقلًا، يتخذ بعض الفيزيائيين موقفًا مغايرًا تمامًا: فهم يرون أن هذه الحالات لا تعبّر عن واقع مستقل على الإطلاق. يُعدُّ أبرز مثال على هذا التوجه هو تفسير "كيوبيزم"، الذي عُرف في البداية باسم "النظرية الكمية الكيوبية البانيزيانية". هذا التفسير يستند إلى إطار فكري لتأويل الاحتمالات، ووُضع في الأصل على يد الوزير توماس بايز في القرن 18. في التفسير التقليدي المعروف بالنهج "التكراري"، تُفهَم الاحتمالات على أنها نسب عددية تُستخلص من تكرار التجربة. فمثلاً، من خلال تكرار رمي العملة المعدنية مرات كثيرة، يمكن استنتاج أن احتمال الحصول على صورة أو كتابة هو 50/50. وبالمثل، فإن إجراء العديد من القياسات لجسيم كمومي يتيح لنا حساب احتمال وجوده في حالة معينة عند قياسه. أما النهج البايزي، فينظر إلى الاحتمال بطريقة مختلفة تمامًا، إذ يعتبره قيمة ذات طابع ذاتي (شخصي)، تمثل مستوى ثقتك أو اعتقادك بنتيجة معينة، وتُحَدَّث هذه القيمة مع توفر معلومات جديدة. تنطلق فلسفة "كيوبيزم" من رؤية بايزية للكون، تُحيل الاحتمالات إلى انعكاسٍ شخصي للتجربة لا إلى حقيقة موضوعية. وفق هذا المنظور، لا تُقدِّم ميكانيكا الكم وصفًا مطلقًا للواقع، بل توصيات لما ينبغي أن يعتقده الراصد حيال ما قد يراه عند القياس. هذا يعني أن ميكانيكا الكم، بحسب تفسير كيوبيزم، لا تصف حالة الجسيمات ذاتها، بل تساعد كل مراقب على توقع النتائج اعتمادًا على تجاربه السابقة، وتحديث توقعاته بناءً على التجارب الجديدة. يصف روديغير شاك، أحد مطوري هذا التوجه من جامعة ماساتشوستس في بوسطن، الأمر ببساطة: "إنها نظرية للذات الواعية، لتشقّ سبيلها في هذا الكون"، (أي أنها وسيلة لفهم وتوقع ما قد يحدث، وليست مرآة حقيقية لطبيعة الواقع المادي نفسه*). تكمن جاذبية هذا التفسير في قدرته على التعامل مع عدة ألغاز كمومية في آنٍ واحد، فهو يعالج مشكلة القياس من خلال إسناد دور محوري وأساسي للتجربة الذاتية للراصد، وبدلًا من اعتبار انهيار دالة الموجة حدثًا غامضًا أو فيزيائيًا، يرى روديغير شاك أن هذا الانهيار لا يعدو كونه مجرد عملية تحديث يقوم بها الراصد لمعتقداته بعد إجراء القياس. يرى تفسير "كيوبيزم" أن الواقع الكلاسيكي الذي نعيشه ليس شيئًا ينشأ تلقائيًا من عالم الكم الغامض، بل هو نتيجة تفاعلاتنا المستمرة مع العالم من حولنا، وانعكاس لتحديثنا المتواصل لمعتقداتنا عنه. تقدِّم هذه النظرة حلاً بسيطًا لما يُعرف بمفارقة "صديق فيغنر"، وهي تجربة فكرية شهيرة طرحها الفيزيائي يوجين فيغنر في خمسينيات القرن الماضي، تُظهر كيف يمكن لراصدين مختلفين (فيغنر وصديقه) أن يختبرا واقعين متناقضين عند مراقبة نظام كمومي. بالنسبة لمؤيدي هذه النظرية، لا توجد مفارقة في تجارب مثل مفارقة "صديق فيغنر"، لأن نتيجة أي قياس كمومي تُعتبر دائمًا تجربة شخصية ترتبط بالراصد نفسه فقط. وبهذا، يرفض تفسير "كيوبيزم" رفضًا قاطعًا الفكرة التي تشير إلى إمكانية الوصول إلى رؤية موضوعية شاملة للكون، أي نظرة "من منظور الطرف الثالث" المجرد. لكن هذا الرفض ليس عيبًا في النظرية، بل هو جوهرها، كما يؤكد روديغير شاك. فبرأيه، هذه هي الرسالة العميقة التي تحملها ميكانيكا الكم: أن الواقع أكبر من أن يُختزل في منظور خارجي محايد، إنه تجربة ذاتية في جوهره. وبالتالي تقدِّم لنا هذه النظرية طريقة جذرية ومختلفة تمامًا لفهم العالم. على الجانب الآخر، يجد بعض الأشخاص تفسير "كيوبيزم" صعبًا للغاية إلى الحد الذي قد يصعب هضمه. فمثلًا، يُصرّ "باسي" على أن الاعتراف بالواقع الموضوعي له ثمن باهظ لا يمكن دفعه، وذلك بقوله: "ما تهدف إليه الفيزياء هو وصف الطبيعة بأسلوب موضوعي". وهناك مشكلة أخرى تتمثل في أن هذه النظرية لا تبدو أنها تقدِّم تنبؤات يمكن ملاحظتها قد تختلف عن تلك التي تُقدِّمها ميكانيكا الكم التقليدية. وفي هذا الصدد، يعلِّق شاك قائلًا: "إقناع الناس قد يتطلب الإشارة إلى عيوب البدائل الأخرى". يبدو إذن أننا ندور في حلقة مفرغة، نعود فيها إلى نقطة البداية، فإن كان أملنا الأكبر في حلٍّ تجريبي لمعضلة القياس سيُخلّف وراءه أبوابًا مواربة من الأسئلة حتى وإن ثبتت صحته. وإذا كان البديل القادر على فتح تلك الأبواب عصيًّا على التجربة والاختبار، فإلى أين تمضي خُطانا من هنا!؟ ما زال في الأفق بصيص أمل، ففي الأعوام القليلة الماضية، بدأ بعض الفيزيائيين يشقّون طريقاً جريئاً في ميدان طالما ظُنّ أنه حكرٌ على التأمل الفلسفي لا على التجريب العلمي، حيث أظهروا أن الأسس التي تقوم عليها تصوراتنا لمعنى نظرية الكم -تلك التي بدت أقرب إلى ميتافيزيقا غامضة- قد تخضع هي الأخرى لمجهر الاختبار والتحقق. يُطلقون على هذا التوجه اسم "الميتافيزيقا التجريبية"، ويوضح الفيزيائي كافالكانتي، أحد روّاد هذا المسار، أن الهدف هو كشف الفرضيات الميتافيزيقية الكامنة خلف تفسيرات ميكانيكا الكم المختلفة، ثم إخضاعها لما يُمكن التحقق منه تجريبيًا. من بين هذه الفرضيات: أن تكون نتائج القياس واحدة في نظر كل من يراها، وأن يكون لدينا بالفعل حرية في اختيار طريقة القياس دون تدخل خفي، وألا يؤثر قرار ما في تجربة بعيدة أو حتى في الماضي. في السياق ذاته، يضيف كافالكانتي: "على الرغم من أن كل فرضية على حدة قد تبدو عصيّة على الاختبار، فإن جمعها في إطار متكامل قد يمنحنا القدرة على نفي بعض التفسيرات الكمّية بالكامل، أو على الأقل، إقصاء ما لا يتماشى مع الواقع". كان كافالكانتي جزءًا من الفريق الذي قدّم في عام 2020 أقوى برهان عملي حتى الآن لنهج "الميتافيزيقا التجريبية". في هذه التجربة، استعانوا بفوتونات لتنفيذ نسخة موسّعة من تجربة "صديق فيغنر" الفكرية، مضيفين إليها ظاهرة "التشابك الكمومي"، وهي خاصية غريبة تجعل الجسيمات مترابطة بشكل عجيب حتى لو فُصلت بمسافات شاسعة. ما توصلوا إليه كان مثيرًا: إذا كانت ميكانيكا الكم بصيغتها التقليدية صحيحة -أي إذا لم نجد أي إشارة لانهيار موضوعي للدالة الموجية- فإننا مضطرون للتخلي عن أحد المبادئ الثلاثة التالية: مبدأ "المحلية" (أن ما يحدث هنا لا يمكن أن يتأثر بما يحدث بعيدًا بشكل فوري)، أو "حرية الاختيار" (أن خياراتنا في القياس لا تخضع لعوامل خفية)، أو "ثبات الأحداث المرصودة" (أن نتيجة القياس يجب أن تكون واحدة في نظر الجميع. استخدم كافالكانتي وفريقه تجربة متطورة لتقييد افتراضات الواقع الفيزيائي. توصل الفريق إلى أنه إذا أردنا الحفاظ على مبدأ حرية الاختيار مع مبدأ المحلية، يجب أن نتخلى عن فكرة أن الأحداث المرصودة ثابتة لجميع المراقبين. وعلى الرغم من أننا لم نصل بعدُ إلى مرحلة يمكننا فيها القول بأن أي تفسير آخر هو التفسير الصحيح لما تعنيه ميكانيكا الكم، فإننا من خلال التجارب والاختبارات الحالية، أصبحنا قادرين على تقليص الاحتمالات والتوجه نحو التفسير الأنسب. عوالم معلّقة على خيط من الهشاشة على الجانب الآخر، يسعى كافالكانتي وزملاؤه للتقدم في التجربة إلى أبعد من ذلك. ففي تلك التجربة، استخدموا كواشف للفوتونات بدلاً من فيغنر، واستخدموا الفوتونات نفسها كبديل لصديقه. ومع ذلك، من الواضح أن الفوتونات تختلف جذريًا عن المراقبين البشريين الذين تخيلهم فيغنر في الخمسينيات. فالفوتونات لا تعتبر من المراقبين بالمعنى التقليدي. كما أنه يصعب الحفاظ على جزيء يحتوي على عدة آلاف من الذرات في حالة تراكب كمومي بسبب هشاشة الحالات الكمومية، فكيف إذا كان الأمر يتعلق بتعقيد إنسان! غير أن كافالكانتي وزملاءه اقترحوا أن الذكاء الاصطناعي المتقدِّم في المستقبل قد يكون قادرًا على إجراء تجربة مماثلة باستخدام حاسوب كمومي كبير، حيث يمكنه إجراء تجربة محاكاة في المختبر. ويعتقد الفريق أن هذا النوع من التجارب قد يُظهر ما إذا كان علينا فعلاً التخلي عن فكرة الموضوعية التي نتمسك بها، حتى وإن كنا بعيدين عن القدرة على إجراء مثل هذا النوع من التجارب حاليًا. إذن، هل نحن قريبون من الوصول إلى تفسير نهائي لما تقوله ميكانيكا الكم عن طبيعة الواقع؟ الحقيقة أننا في كثير من النواحي لم نتقدم كثيرًا عن زمن العلماء الأوائل الذين أسّسوا ميكانيكا الكم واختلفوا حول معناها. يقول الفيزيائي كافالكانتي إن الشيء الوحيد الذي نعرفه بيقين هو أن الطريقة الكلاسيكية في فهم العالم لم تعد صالحة لفهم الظواهر الكمومية. وقد أثبتنا فشل هذا المنظور التقليدي من خلال الرياضيات والتجارب العلمية بدرجة من اليقين تُضاهي أقصى ما يمكن أن نصل إليه في أي علم. في الوقت الراهن، علينا أن نقرر بأنفسنا أيا من التفسيرات المختلفة لمعنى ميكانيكا الكم يبدو لنا أكثر إقناعًا من الناحية النظرية، أي أن نختار ما إذا كنا مستعدين للتخلي عن فرضية معينة، وما الثمن الذي نحن على استعداد لدفعه مقابل التمسك بالمبادئ أو الفرضيات التي نعتبرها الأهم والأكثر قيمة بالنسبة لنا؟ ويضيف كافالكانتي أن بوصلة الفهم قد تهتدي إلى الاتجاه الصحيح إذا ما بحثنا في العلاقة بين ميكانيكا الكم ونظرية النسبية العامة لآينشتاين، تلك التي ترى في الجاذبية انحناءً في نسيج الزمكان تُحدثه الكتلة. فإن استطاع أحد التفسيرات الكمومية أن يفتح لنا بابًا لفهم هذه العلاقة الغامضة، فربما يكون ذلك هو الخيط الذي يقودنا إلى الحقيقة. ويتابع: "أرى أن التجارب التي تخوض في أساسيات النظرية ليست عبثًا، بل لعلها المفتاح، فمسألةُ هل الأحداث في الكون مطلقة أم لا، ليست مجرد تأملات فلسفية، بل هي أساس لا غنى عنه لبناء نظرية كمومية متماسكة للجاذبية". في هذه الأثناء، بدأنا نخوض أولى خطوات الفهم، من خلال إعادة صياغة ألغاز ميكانيكا الكم بلغة أقرب إلى عقولنا، وتصميم تجارب تسهم في تضييق هوّة الاحتمالات. وكل ما بوسعنا فعله هو المضيّ قُدماً في ابتكار أدوات أعمق وأكثر دقة لفهم هذا العالم المتشابك. وكما يقول كافالكانتي: "لا يمكن أن يتضاءل فهمك للعالم حين تنظر إليه من أكثر من زاوية، بل تتّسع رؤيتك كلما تعددت سُبُل التأمل". ____________ * إضافة المترجم

الجزيرة

منذ يوم واحد

• الجزيرة

بمحطة الفضاء الصينية.. اكتشاف بكتيريا جديدة لم تُسجل على الأرض من قبل

في اكتشاف علمي مثير، أعلن علماء صينيون العثور على نوع جديد من البكتيريا يُدعى "نياليا تيانغونغينسيس" داخل محطة الفضاء الصينية "تيانغونغ"، وهو نوع لم يسجل من قبل على كوكب الأرض. رصدت هذا النوع من البكتيريا خلال مهمة "شنتشو 15" في مايو/أيار 2023، إذ أخذ رواد الفضاء مسحات من أسطح المحطة، ثم أُعيدت العينات إلى الأرض لتحليلها وقد حُددت هذه السلالة الجديدة، من خلال الملاحظة المورفولوجية وتسلسل الجينوم والتحليل التطوري والتنميط الأيضي، على أنها سلالة جديدة تنتمي إلى جنس النياليا ضمن فصيلة العصيات الخلوية، بحسب دراسة نشرها الباحثون في دورية "جورنال أوف سيستماتِك آند إيفولوشِنَري مايكروبيولوجي". بكتيريا متكيفة تتخذ البكتيريا المكتشفة حديثا شكلا عصويا، وهي بكتيريا هوائية، بمعنى أنه لا يمكنها العيش إلا في وجود الأكسجين، لأنها تستخدمه لإنتاج الطاقة من الغذاء (مثلما يفعل الإنسان). ووجد الباحثون أن هذه البكتيريا من النوع الذي يكوّن أبواغا، وهي أشبه بخلايا حجمها صغير جدا (ميكروسكوبي)، تُنتجها بعض الكائنات الحية (مثل الفطريات، وبعض أنواع البكتيريا، والطحالب)، وتكون مغطاة بجدار سميك جدا يجعلها مقاوِمة للجفاف والحرارة والمواد الكيميائية. وبمجرد أن تجد بيئة مناسبة، أي رطبة ودافئة وبها غذاء، تبدأ في النمو والتحول إلى بكتيريا كاملة. وجد الباحثون أن بكتيريا "نياليا تيانغونغينسيس" تُظهر قدرة على تحمّل الظروف القاسية في الفضاء، مثل الإشعاع والبيئات ذات المغذيات المحدودة، إذ إنها قادرة على تكوين أغشية حيوية تحميها من الظروف البيئية الصعبة. وبحسب الدراسة، تمتلك هذه البكتيريا القدرة على مقاومة الإجهاد التأكسدي، وتقوم بتحليل الجيلاتين كمصدر للنتروجين والكربون في بيئات فقيرة بالمغذيات. هل تعد ضارة للبشر؟ وجد الباحثون أن البكتيريا الجديدة ترتبط بسلالة تُعرف باسم "نياليا سيركولانس" رصدت من قبل على الأرض. ليست نياليا سيركولانس ممرضة بشكل شائع، لكنها قد تُسبب عدوى نادرة، فهي تعيش بشكل طبيعي في التربة والماء وأمعاء بعض الكائنات. وفي حالات نادرة، وخصوصًا في الأشخاص الذين لديهم ضعف في المناعة، قد تُسبب التهابات في الدم أو عدوى في مواقع جراحية. وحتى الآن، لا توجد أدلة على أن "نياليا تيانغونغينسيس" تشكل خطرًا على البشر. ومع ذلك، نظرًا لارتباطها بسلالات قد تكون ممرضة على الأرض، يواصل العلماء دراسة خصائصها بعناية. ويعد فهم سلوك هذه البكتيريا مهما في نطاق طب الفضاء، إذ يمكن لفهم آلية نشأتها وطرائق تكيفها أن يفيد في تطوير إستراتيجيات للحفاظ على صحة رواد الفضاء ومنع التلوث الميكروبي داخل المركبات الفضائية. وقد تُستخدم هذه البكتيريا في تقنيات إعادة التدوير أو إنتاج الغذاء في الفضاء، لقدرتها على البقاء في بيئات فقيرة بالمغذيات.

الجزيرة

منذ 5 أيام

• الجزيرة

أقوى عاصفة شمسية في 2025 تضرب الأرض فما نتائجها؟

حسب الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي في الولايات المتحدة الأميركية، فقد أطلقت الشمس يوم 14 مايو/أيار 2025 توهّجًا من الفئة إكس 2.7، بلغ ذروته عند الساعة 08:25 صباحًا بتوقيت غرينتش. التوهج الشمسي هو انفجار هائل للطاقة يحدث في الغلاف الجوي للشمس، نتيجة إطلاق مفاجئ للطاقة المخزنة في الحقول المغناطيسية، خاصةً فوق مناطق على سطح الشمس تسمى "البقع الشمسية"، وهي مناطق تظهر في صور التلسكوبات داكنة على سطح الشمس، لأن درجة حرارتها أقل بقدر صغير من محيطها. ويؤدي هذا الانفجار إلى انبعاث إشعاعات قوية تشمل الأشعة السينية، الأشعة فوق البنفسجية، وأشعة غاما، بالإضافة إلى موجات راديوية. وتُصنّف التوهّجات حسب شدّتها إلى فئات تبدأ من "إيه" وتصل إلى "إكس"، حيث تُعتبر فئة "إكس" الأقوى، ويعد التوهج الأخير أقوى التوهجات التي انطلقت من الشمس خلال عام 2025. أثر محدود وتصل هذه الانبعاثات إلى الأرض لتتفاعل مع مجالها المغناطيسي، متسببة بشكل أساسي في ظاهرة الشفق القطبي الشهيرة، وهي أضواء ملونة تظهر في السماء في المناطق القريبة من القطبين. وتمر الشمس بدورة نشاط تستغرق نحو 11 سنة، تتراوح بين الحد الأدنى للنشاط والحد الأقصى للنشاط، وخلال فترة الحد الأقصى، تزداد عدد البقع الشمسية، وبالتبعية يزداد عدد التوهجات الشمسية. الدورة الشمسية الحالية، المعروفة باسم "الدورة الشمسية 25″، بدأت في ديسمبر/كانون الأول 2019 ومن المتوقع أن تستمر حتى عام 2030 تقريبًا، وتتميز هذه الدورة بزيادة ملحوظة في النشاط الشمسي مقارنة بالدورة السابقة، مع توقعات بأن تصل إلى ذروتها في 2025. وتسبّب هذا التوهّج الأخير في انقطاعات مؤقتة للاتصالات اللاسلكية على الجانب النهاري من الأرض، خاصة في أوروبا وآسيا والشرق الأوسط، وبشكل خاص تأثّرت خدمات الاتصالات عالية التردد، المستخدمة في الطيران والملاحة والاتصالات البحرية. وقد انطلق التوهج الشمسي الأخير من بقعة شمسية سميت إيه آر 4087، والتي أطلقت بدورها عددا من التوهجات الشمسية الأخف مؤخرا. هل تؤثر التوهجات الشمسية على الإنسان؟ الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي للأرض يعملان كدرع واقٍ، يمنعان معظم الإشعاعات الناتجة عن التوهجات الشمسية من الوصول إلى سطح الأرض، مما يجعل تأثيرها المباشر على صحة البشر ضئيلًا أو غير موجود على الإطلاق. وكانت بعض الدراسات قد أشارت إلى أن العواصف الشمسية قد تؤثر على الساعة البيولوجية للإنسان، ومع ذلك، لا يوجد اتفاق بين العلماء حول هذا الأمر، ولا توجد أدلة قاطعة على تأثيرات صحية خطيرة مباشرة. ويؤكد العلماء أن المخاطر تظهر بشكل أساسي في الارتفاعات العالية، مثل رواد الفضاء أو الطيارين في الرحلات القطبية، حيث يعتقد أنهم قد يكونون أكثر عرضة لتأثيرات الإشعاعات الشمسية، لذا يتم اتخاذ احتياطات خاصة في هذه الحالات. ما التأثير على الطقس؟ كما أن التوهجات الشمسية لا تسبب تغيرات مباشرة في الطقس اليومي مثل الأمطار أو درجات الحرارة. ويعتقد العلماء أن العامل الأساسي المؤثر في مناخ الأرض حاليا هو التغير المناخي، والذي يرفع من تطرف الظواهر المناخية مثل الموجات الحارة. وقد أشارت بعض الدراسات إلى أن النشاط الشمسي قد يؤثر على المناخ على المدى الطويل، مثل فترات التبريد أو الاحترار، ولكن هذه التأثيرات معقدة وتحتاج إلى مزيد من البحث لفهمها بالكامل، ولا يوجد حتى الآن اتفاق بين العلماء على صحتها. وبشكل أساسي يعمل نطاق "طقس الفضاء" حاليا على دراسة تلك التوهجات، بغرض أساسي وهو تأمين التكنولوجيا، حيث يمكن للتوهجات الشمسية أن تؤثر على الاتصالات اللاسلكية وأنظمة الملاحة والأقمار الصناعية، مما قد يؤدي إلى انقطاعات مؤقتة أو تشويش في الإشارات. تقوم وكالات الفضاء ومراكز الأرصاد الفضائية بمراقبة الشمس باستمرار، وفي هذا السياق يتم بتحديث أنظمة الحماية للأقمار الصناعية وشبكات الكهرباء، وتتخذ شركات الاتصالات والطيران احتياطات إضافية خلال فترات النشاط الشمسي المرتفع.