علماء يثبتون صحة حدس هايزنبيرغ

ترجمة: أثير فيصل حميد
تصميم البوستر : محمد الأسدي
قدم فريق دولي من العلماء دليلا على وجود سمة اساسية لفيزياء الكم – علاقة الخطأ-التشويش لهايزنبيرغ – بعد أكثر من 80 عاماً على اقتراحها لأول مرة.
أحد المفاهيم الاساسية في عالم ميكانيك الكم هو أنه من المستحيل مراقبة الاجسام المادية دون التأثير عليها بشكل ملحوظ؛ لا يمكن أن يكون هناك قياس من دون تشويش.
في ورقة بحثية عام 1927, فيرنر هايزنبيرغ, أحد معماريي النظريات الاساسية للفيزياء الحديثة, ادعى أن هذه الحقيقة يمكن أن يعبر عنها بشكل علاقة لا دقة (ريبة), واصفاً علاقة متبادلة بين الدقة في المكان والاضطراب في الزخم. ومع ذلك, فأنه لم يقدم أي دليل على النظرية التي كانت معتمدة على الحدس بشكل كبير.
وفي الوقت الحاضر قام أخيراً كل من البرفسور بول بوش من جامعة يورك في المملكة المتحدة, والبرفسور بيكا لاهتي من جامعة توركو في فنلندا, والبرفسور راينهارد فيرنر من جامعة لايبنز هانوفر في المانيا, بتقديم صيغة دقيقة واثبات لعلاقة الخطأ-التشويش في مقال نشر بتاريخ 17/10/2013 في مجلة مراجعة رسائل الفيزياء (Physical Review Letters).
لعملهم هذا آثار هامة في تطوير مجال التشفير الكمي والحوسبة الكمومية, إذ أنه يؤكد من جديد أن الرسائل المشفرة كمومياً من الممكن أن تنقل بشكل آمن حيث أن أي متنصت من شأنه أن يشوش بالضرورة النظام الناقل للرسالة وهذا من الممكن أن يتم الكشف عنه.
قال البروفسور بوش, من قسم الرياضيات في جامعة يورك: “في حين أن شعار ’لا قياس من دون تشويش‘ استقر تحت اسم تأثير هايزنبيرغ في وعي الجمهور المهتم علمياً, فأن نصاً دقيقاً لهذه الخاصية الأساسية في عالم الكم بقى بعيد المنال, وأن محاولات جادة في صياغات دقيقة لها نتيجة لنظرية الكم أدت الى نتائج أولية متعارضة على ما يبدو.”
“لقد بينا أنه بالرغم من الادعاءات الأخيرة بعكس ذلك, فأن المتباينات من نوع هايزنبيرغ من الممكن أن تبرهن بوصف مفاضلة بين دقة قياس الموقع والتشويش الضروري الناتج للزخم والعكس بالعكس.”
البحث أدى بالعلماء الى الاخذ بنظر الاعتبار كيفية معايرة قياسات متزامنة لموقع الجسيم وزخمه. وعرف الباحثون الخطأ في هذه القياسات على أنه الفروق في توزيعات المخرجات في الحالات التي يكون فيها إما موقع أو زخم الجسيم معرفاً بصورة جيدة. ووجدوا أن هذه الأخطاء لقياسات مركبة للموقع والزخم تمتثل لمبدأ هايزنبيرغ.
وقال البروفسور فيرنر: “مذ كنت طالباً وأنا أتساءل ما الذي يمكن أن يكون المقصود بالتشويش ’الغير مسيطر عليه‘ للزخم في تجربة جيدانكين لهايزنبيرغ. في نظريتنا بات هذا واضحاً الآن: فأن الزخم لا يتغير فقط, وإنما لا توجد طريقة لإعادته من حالة ما بعد القياس.”
وأضاف البروفسور لاهتي: “أنه أمر مثير للإعجاب أن تشهد كيف أن حدس الاساتذة الكبار في مرحلة مبكرة جداً من تطور نظرية جديدة في حينها يظهر لنا بأنه بات صحيحاً.”
تم تمويل هذا البحث من قبل أكاديمية فنلندا, والشبكة الاوروبية للمحاكيات والواجهات مع الانظمة الكمومية (SIQS), والتعاون الاوروبي في العلوم والتكنولوجيا (COST)