المراقب (فيزياء الكم)

تفترض بعض تفسيرات ميكانيكا الكم دورًا مركزيًا لمراقب الظاهرة الكمومية. ^[1] يرتبط المراقب الميكانيكي الكمومي بقضية تأثير المراقب ، حيث يتطلب القياس بالضرورة التفاعل مع الكائن المادي الذي يتم قياسه، مما يؤثر على خصائصه من خلال التفاعل. اكتسب مصطلح "قابل للملاحظة" معنى تقنيًا، للإشارة إلى عامل هيرميتي يمثل القياس. ^{[2] : 55}

الأساس النظري لمفهوم القياس في ميكانيكا الكم هو قضية مثيرة للجدل مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالعديد من تفسيرات ميكانيكا الكم . نقطة التركيز الرئيسية هي انهيار الدالة الموجية ، حيث تؤكد العديد من التفسيرات الشائعة أن القياس يسبب تغييرًا غير مستمر في الحالة الذاتية للمشغل المرتبط بالكمية التي تم قياسها، وهو تغيير غير قابل للعكس بمرور الوقت.

بشكل أكثر وضوحًا، ينص مبدأ التراكب ( ψ = Σ _n a _n ψ _n ) في الفيزياء الكمومية على أنه بالنسبة لدالة الموجة ψ ، فإن القياس سيؤدي إلى حالة النظام الكمومي لواحدة من القيم الذاتية الممكنة m f _n ، n = 1، 2، ...، m ، للمشغل∧ف والتي في فضاء الدوال الذاتية ψ _n ، n = 1، 2، ...، m .

بمجرد قياس النظام، فإنه يعرف حالته الحالية؛ وهذا يمنعه من أن يكون في إحدى حالاته الأخرى - يبدو أنه فقد تماسكه منها دون احتمالات حدوث تداخل كمي قوي في المستقبل. ^{[3] [4] [5]} وهذا يعني أن نوع القياس الذي يجريه المرء على النظام يؤثر على الحالة النهائية للنظام.

من الحالات التي تمت دراستها تجريبياً والمتعلقة بهذا هو تأثير زينو الكمي ، حيث تتحلل الحالة الكمومية إذا تُركت بمفردها، لكنها لا تتحلل بسبب مراقبتها المستمرة. يتم وصف ديناميكيات النظام الكمومي تحت المراقبة المستمرة بواسطة معادلة رئيسية عشوائية كمية تُعرف باسم معادلة بيلافكين . ^{[6] [7] [8]} وقد أظهرت دراسات أخرى أنه حتى ملاحظة النتائج بعد إنتاج الفوتون تؤدي إلى انهيار الدالة الموجية وتحميل التاريخ الخلفي كما هو موضح بواسطة ممحاة الكم ذات الاختيار المتأخر . ^[9]

عند مناقشة الدالة الموجية ψ التي تصف حالة النظام في ميكانيكا الكم، يجب أن نكون حذرين من سوء فهم شائع يفترض أن الدالة الموجية ψ تعادل نفس الشيء مثل الجسم المادي الذي تصفه. يجب أن يتطلب هذا المفهوم المعيب وجود آلية خارجية، مثل أداة قياس، تقع خارج المبادئ التي تحكم التطور الزمني للدالة الموجية ψ ، من أجل تفسير ما يسمى " انهيار الدالة الموجية " بعد إجراء القياس. لكن الدالة الموجية ψ ليست جسمًا ماديًا مثل الذرة على سبيل المثال، والتي لها كتلة وشحنة ودوران يمكن ملاحظتهما، بالإضافة إلى درجات الحرية الداخلية. بدلاً من ذلك، فإن ψ هي دالة رياضية مجردة تحتوي على جميع المعلومات الإحصائية التي يمكن للمراقب الحصول عليها من قياسات نظام معين. في هذه الحالة، لا يوجد لغز حقيقي في أن هذا الشكل الرياضي للدالة الموجية ψ يجب أن يتغير فجأة بعد إجراء القياس.

من بين نتائج نظرية بيل أن القياس على أحد الجسيمين المتشابكين قد يبدو وكأنه له تأثير غير محلي على الجسيم الآخر. وتنشأ مشاكل إضافية تتعلق بفقدان التماسك عندما يتم نمذجة المراقب كنظام كمي.

تفسير كوبنهاجن ، وهو التفسير الأكثر قبولًا على نطاق واسع لميكانيكا الكم بين علماء الفيزياء، ^{[1] [10] : 248} يفترض أن "المراقب" أو "القياس" مجرد عملية فيزيائية. كتب أحد مؤسسي تفسير كوبنهاجن، فيرنر هايزنبرج :

لا شك أن تقديم المراقب لا ينبغي أن يُساء فهمه على أنه يعني ضمناً أن بعض السمات الذاتية لابد وأن تدخل في وصف الطبيعة. بل إن المراقب لا يقوم إلا بوظيفة تسجيل القرارات، أي العمليات التي تتم في المكان والزمان، ولا يهم ما إذا كان المراقب جهازاً أو إنساناً؛ ولكن التسجيل، أي الانتقال من "الممكن" إلى "الفعلي"، ضروري للغاية هنا ولا يمكن إغفاله من تفسير نظرية الكم. ^[11]

كتب نيلز بور ، وهو أيضًا أحد مؤسسي تفسير كوبنهاجن:

إن كل المعلومات الواضحة التي تتعلق بالأجسام الذرية مستمدة من العلامات الدائمة مثل البقعة الموجودة على لوحة فوتوغرافية، والتي تسبب فيها تأثير إلكترون على الأجسام التي تحدد الظروف التجريبية. وبعيدًا عن إشراك أي تعقيد خاص، فإن تأثيرات التضخيم غير القابلة للعكس التي يعتمد عليها تسجيل وجود الأجسام الذرية تذكرنا باللارجعة الأساسية المتأصلة في مفهوم الملاحظة ذاته. إن وصف الظواهر الذرية له في هذه النواحي طابع موضوعي تمامًا، بمعنى أنه لا يتم الإشارة صراحةً إلى أي مراقب فردي وبالتالي، مع مراعاة المتطلبات النسبية، لا ينطوي نقل المعلومات على أي غموض. ^[12]

وعلى نحو مماثل، ذكر آشير بيريز أن "المراقبين" في الفيزياء الكمومية هم

على غرار "المراقبين" الموجودين في كل مكان والذين يرسلون ويستقبلون إشارات الضوء في النسبية الخاصة . من الواضح أن هذه المصطلحات لا تعني الوجود الفعلي للبشر. قد يكون هؤلاء الفيزيائيون الخياليون أيضًا آلات غير حية يمكنها أداء جميع المهام المطلوبة، إذا تمت برمجتها بشكل مناسب. ^{[13] : 12}

ويشير منتقدو الدور الخاص للمراقب أيضًا إلى أنه يمكن ملاحظة المراقبين أنفسهم، مما يؤدي إلى مفارقات مثل تلك التي حدثت مع صديق ويجنر ؛ وأنه ليس من الواضح مقدار الوعي المطلوب. وكما تساءل جون بيل ، "هل كانت الدالة الموجية تنتظر القفز لآلاف الملايين من السنين حتى يظهر كائن حي وحيد الخلية؟ أم كان عليها أن تنتظر لفترة أطول قليلاً حتى يأتي بعض القياسات المؤهلة للغاية - الحاصلين على درجة الدكتوراه؟" ^[14]

لقد كان بروز الأفكار التي تبدو ذاتية أو أنثروبولوجية مثل "المراقب" في المراحل المبكرة من تطوير النظرية مصدرًا مستمرًا للقلق والخلاف الفلسفي . ^[15] هناك عدد من الآراء الدينية أو الفلسفية الحديثة التي تمنح المراقب دورًا أكثر خصوصية، أو تفرض قيودًا على من أو ما يمكن أن يكون مراقبًا. لا يوجد بحث موثوق به تمت مراجعته من قبل الأقران يدعم مثل هذه الادعاءات. كمثال على مثل هذه الادعاءات، أعلن فريتجوف كابرا ، "إن السمة الحاسمة للفيزياء الذرية هي أن المراقب البشري ليس ضروريًا فقط لمراقبة خصائص الجسم، بل إنه ضروري أيضًا لتحديد هذه الخصائص". ^[16]

لقد تم الخلط بين مبدأ عدم اليقين وتأثير المراقب بشكل متكرر، ومن الواضح أن هذا الخلط حدث حتى من قبل مبتكره، فيرنر هايزنبرغ . ^[17] يصف مبدأ عدم اليقين في صورته القياسية مدى الدقة التي يمكن بها قياس موضع وزخم الجسيم في نفس الوقت. إذا زادت الدقة في قياس كمية واحدة، فإن الدقة في قياس الكمية الأخرى تقل. ^[18]

نسخة بديلة من مبدأ عدم اليقين، ^[19] أكثر بروح تأثير المراقب، ^[20] تأخذ في الاعتبار بشكل كامل الاضطراب الذي يحدثه المراقب في النظام والخطأ الذي يحدثه، على الرغم من أن هذه ليست الطريقة الأكثر شيوعًا لاستخدام مصطلح "مبدأ عدم اليقين" في الممارسة العملية.

• مراقب (فيزياء)
• الأسس الكمومية