تجربة ويلر للاختيار المؤجل

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

تصف تجربة ويلر للاختيار المؤجل مجموعة من التجارب الفكرية في فيزياء الكم التي اقترحها جون أرشيبالد ويلر ، وكان أبرزها تلك التي ظهرت عامي 1978 و1984. [ 1 ] توضح هذه التجارب النقطة المحورية في نظرية الكم : "من الخطأ أن ننسب للفوتون أي مادية في رحلته الكاملة من نقطة دخوله إلى لحظة طيرانه الأخيرة." [ 2 ] : 184

تُسدّ هذه التجارب ثغرةً في تجربة الشق المزدوج التقليدية، والتي تُثبت أن السلوك الكمومي يعتمد على الترتيب التجريبي. تُغلق التجربة ثغرةً أخرى، وهي إمكانية تغيير الفوتون لسلوكه من جسيم إلى موجة أو العكس. وبتغيير الجهاز بعد أن يُفترض أن يكون الفوتون في حالة "طيران"، تُسدّ هذه الثغرة. [ 1 ]

تستخدم النسخ الكونية من تجربة الاختيار المؤجل فوتونات انبعثت قبل مليارات السنين، وتبقى النتائج دون تغيير. [ 3 ] وقد أثمر مفهوم الاختيار المؤجل العديد من التجارب الكاشفة. [ 1 ] وتستخدم النسخ الجديدة من مفهوم الاختيار المؤجل التأثيرات الكمومية للتحكم في "الاختيارات"، مما أدى إلى ظهور ممحاة الاختيار المؤجل الكمومية .

مفهوم

تُبرهن تجربة ويلر للاختيار المؤجل على عدم وجود نموذج لانتشار الجسيمات يتوافق مع النسبية يُفسر نظرية الكم. [ 2 ] : 184. وكما هو الحال في تجربة الشق المزدوج ، يتضمن مفهوم ويلر مسارين متكافئين بين المصدر والكاشف. ومثل النسخ ذات الاتجاه الواحد من تجربة الشق المزدوج، تُجرى التجربة بنسختين: إحداهما مُصممة للكشف عن تداخل الموجات، والأخرى مُصممة للكشف عن الجسيمات. ويكمن العنصر الجديد في منهج ويلر في الاختيار المؤجل بين هاتين التجربتين. إذ يُؤجل قرار قياس تداخل الموجات أو مسار الجسيمات حتى قبيل الكشف مباشرةً. والهدف هو ضمان مرور أي جسيم أو موجة متحركة بمنطقة مسارين مختلفين في النظام الكمي قبل اتخاذ قرار التجربة. [ 4 ] : ​​967

مقياس التداخل الكوني

يستخدم مقياس التداخل الكوني الخاص بـ ويلر كوازارًا بعيدًا مع مسارين إلى المعدات الموجودة على الأرض، أحدهما مباشر والآخر عن طريق عدسة الجاذبية. [ 2 ]
الكوازار التوأم الظاهر في مركز هذه الصورة، هو نجم واحد يبعد حوالي 9 مليارات سنة ضوئية عن الأرض، وينتج صورتين نتيجة لظاهرة عدسة الجاذبية. [ 5 ]

تستخدم تجربة ويلر الفكرية واسعة النطاق نجمًا زائفًا أو مصدرًا ضوئيًا آخر في مجرة ​​تبعد مليارات السنين الضوئية. من المعروف أن بعض هذه النجوم تقع خلف مجرة ​​ضخمة تعمل كعدسة جاذبية ، فتُحرف أشعة الضوء المتجهة بعيدًا عن الأرض عائدةً إلينا. والنتيجة هي صورتان للنجم، إحداهما مباشرة والأخرى منحنية. اقترح ويلر قياس التداخل بين هذين المسارين. ولأن الضوء المرصود في هذه التجربة قد انبعث ومرّ عبر العدسة قبل مليارات السنين، فلا يمكن لأي خيار على الأرض أن يُغير نتيجة التجربة. [ 1 ]

ثم يلعب ويلر دور محامي الشيطان ويقترح أنه ربما لكي يتم الحصول على تلك النتائج التجريبية، فإن ذلك يعني أنه في اللحظة التي أدخل فيها علماء الفلك مقسم الحزمة الخاص بهم، قررت الفوتونات التي غادرت الكوازار قبل ملايين السنين بأثر رجعي أن تسافر كموجات، وأنه عندما قرر علماء الفلك سحب مقسم الحزمة مرة أخرى، تم إرسال هذا القرار عبر الزمن إلى الفوتونات التي كانت تغادر قبل ملايين السنين وبعض الدقائق، بحيث قررت الفوتونات بأثر رجعي أن تسافر كجسيمات.

تم تحويل العديد من طرق تنفيذ فكرة ويلر الأساسية إلى تجارب حقيقية، وهي تدعم الاستنتاج الذي توقعه ويلر [ 1 ] - وهو أن ما يتم فعله عند منفذ الخروج للجهاز التجريبي قبل اكتشاف الفوتون سيحدد ما إذا كان سيظهر ظواهر التداخل أم لا.

نسخة ذات شقين

جهاز ويلر ذو الشق المزدوج. [ 6 ] [ 7 ] : 11

يُشبه نوعٌ ثانٍ من التجارب تجربة الشق المزدوج التقليدية. يُظهر الرسم التخطيطي لهذه التجربة أن عدسةً على الجانب البعيد من الشق المزدوج تجعل مسار كل شق يتباعد قليلاً عن الآخر بعد تقاطعهما بالقرب من العدسة. والنتيجة هي أن دالتي الموجة لكل فوتون ستكونان في حالة تراكب ضمن مسافة قصيرة نسبيًا من الشق المزدوج، وإذا وُضعت شاشة كشف داخل المنطقة التي تتراكب فيها دالتا الموجة، فستُرى أنماط تداخل. لا توجد طريقة لتحديد ما إذا كان أي فوتون قد وصل من أحد الشقين المزدوجين أم لا. مع ذلك، إذا أُزيلت شاشة الكشف، ستتراكب دالتا الموجة على كل مسار في مناطق ذات سعات متناقصة، وستكون قيم احتمالية كل منهما أقل بكثير من قيم الاحتمالية غير المُعززة في مركز كل مسار. عند توجيه التلسكوبات لاعتراض مركز المسارين، ستكون احتمالات ظهور الفوتون في أحدهما متساوية تقريبًا، بنسبة 50%. عند رصد فوتون بواسطة التلسكوب الأول، قد يربط الباحثون هذا الفوتون بالدالة الموجية المنبعثة من الشق السفلي. وعند رصده بواسطة التلسكوب الثاني، قد يربط الباحثون هذا الفوتون بالدالة الموجية المنبعثة من الشق العلوي. التفسير الذي يدعم هذا التفسير للنتائج التجريبية هو أن الفوتون قد انبعث من أحد الشقوق، وهذا كل ما في الأمر. لا بد أن الفوتون قد انطلق من الليزر، ومرّ عبر أحد الشقوق، ووصل عبر مسار مستقيم واحد إلى التلسكوب المقابل.

يُشير التفسير السببي العكسي ، الذي يرفضه ويلر، إلى أنه بوجود شاشة الكشف، لا بد من ظهور التداخل. ولكي يظهر التداخل، يجب أن تكون موجة ضوئية قد خرجت من كل شق من الشقين. لذا، يجب على فوتون واحد، عند دخوله غشاء الشق المزدوج، أن "يقرر" المرور عبر كلا الشقين ليتمكن من التداخل مع نفسه على شاشة الكشف. أما لكي لا يظهر التداخل، فيجب على فوتون واحد يدخل غشاء الشق المزدوج أن "يقرر" المرور عبر شق واحد فقط، لأن ذلك سيجعله يظهر في الكاميرا في التلسكوب المناسب.

في هذه التجربة الفكرية، تكون التلسكوبات موجودة دائمًا، ولكن يمكن أن تبدأ التجربة بوجود شاشة الكشف ثم إزالتها مباشرةً بعد خروج الفوتون من غشاء الشق المزدوج، أو يمكن أن تبدأ التجربة بدون شاشة الكشف ثم إدخالها مباشرةً بعد خروج الفوتون من الغشاء. يجادل بعض المنظرين بأن إدخال الشاشة أو إزالتها أثناء التجربة قد يُجبر الفوتون على اتخاذ قرار لاحق بالمرور عبر الشق المزدوج كجسيم بعد أن كان قد مر به سابقًا كموجة، أو العكس. ويلر لا يقبل هذا التفسير.

تُفرض تجربة الشق المزدوج ، شأنها شأن التجارب الست المثالية الأخرى (المجهر، والشعاع المنقسم، والأسنان المائلة، ونمط الإشعاع ، واستقطاب الفوتون الواحد ، واستقطاب الفوتونات المزدوجة)، خيارًا بين نمطين متكاملين للملاحظة. في كل تجربة، وجدنا طريقة لتأجيل اختيار نوع الظاهرة المراد رصدها حتى المرحلة النهائية من تطورها، ويعتمد ذلك على نوع جهاز الكشف الذي نختاره حينها. لا يُحدث هذا التأجيل أي فرق في التنبؤات التجريبية. في هذا الصدد، كان كل ما توصلنا إليه مُنبأً به في جملة بور الموجزة والعميقة: "...لا فرق، فيما يتعلق بالتأثيرات القابلة للملاحظة التي يمكن الحصول عليها من خلال ترتيب تجريبي محدد، سواء كانت خططنا لبناء أو تشغيل الأدوات محددة مسبقًا أم كنا نفضل تأجيل إتمام تخطيطنا إلى وقت لاحق عندما يكون الجسيم قد بدأ بالفعل رحلته من أداة إلى أخرى." [ 8 ]

تفسير بوهم

في تفسير بوم لميكانيكا الكم ، تخضع الجسيمات لقوانين الميكانيكا الكلاسيكية، باستثناء أن حركتها تتم تحت تأثير إضافي من كمونها الكمي . فعلى سبيل المثال، يمتلك النيوترون مسارًا محددًا ويمر عبر أحد الشقين فقط، وليس كليهما، تمامًا كما هو الحال مع الجسيمات الكلاسيكية. مع ذلك، فإن الجسيم الكمي في تفسير بوم لا ينفصل عن المجال المرتبط به، وهذا المجال هو ما يمنحه خصائصه الكمية. في تجربة الاختيار المؤجل، تنتشر حزم الموجات المرتبطة بالمجال على طول مساري مقياس التداخل، لكن حزمة واحدة فقط تحتوي على جسيم. إن جانب المجال في النيوترون هو المسؤول عن التداخل بين المسارين. إن تغيير الإعداد النهائي عند الكاشف للبحث عن خصائص الجسيمات يعني تجاهل جانب المجال في النيوترون. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] : 279

الماضي مُحدد ويبقى على حاله حتى اللحظة T1 ، حين تم تغيير التكوين التجريبي للكشف عنه كموجة إلى تكوين للكشف عن جسيم عند لحظة وصوله T2 . عند T1 ، حين تم تغيير الإعداد التجريبي، يتغير جهد بوهم الكمي حسب الحاجة، ويتحرك الجسيم كلاسيكيًا تحت تأثير الجهد الكمي الجديد حتى T2 حين يتم الكشف عنه كجسيم . وهكذا، تُعيد ميكانيكا بوهم النظرة التقليدية للعالم وماضيه. الماضي موجود كتاريخ موضوعي لا يمكن تغييره بأثر رجعي باختيار مؤجل. يحتوي الجهد الكمي على معلومات حول الشروط الحدية التي تُحدد النظام، وبالتالي فإن أي تغيير في الإعداد التجريبي ينعكس في تغييرات في الجهد الكمي الذي يُحدد ديناميكيات الجسيم. [ 11 ] : 6.7.1

تفاصيل التجربة

ظهرت مناقشة جون ويلر الأصلية لإمكانية وجود خيار كمي مؤجل في مقال بعنوان "قانون بلا قانون"، نُشر في كتاب حرره مع فويتشيك هوبرت زوريك بعنوان " نظرية الكم والقياس" ، الصفحات 182-213. استهل ويلر ملاحظاته بإعادة طرح الجدل بين ألبرت أينشتاين ، الذي سعى إلى فهم الواقع، ونيلز بور ، الذي رأى أن مفهوم أينشتاين للواقع كان محدودًا للغاية. يشير ويلر إلى أن أينشتاين وبور استكشفا نتائج التجربة المختبرية التي ستُناقش لاحقًا، وهي تجربة يمكن فيها للضوء أن يجد طريقه من أحد أركان مصفوفة مستطيلة من المرايا شبه المطلية بالفضة والمطلية بالفضة بالكامل إلى الركن الآخر، ثم يمكن جعله يكشف عن نفسه ليس فقط على أنه قطع نصف المسافة حول المحيط عبر مسار واحد ثم خرج، بل أيضًا على أنه قطع كلا الاتجاهين حول المحيط ثم "اتخذ خيارًا" بشأن الخروج من أحد المنافذ. لا تنطبق هذه النتيجة على حزم الضوء فحسب، بل تنطبق أيضاً على الفوتونات الضوئية المفردة. وقد علّق ويلر قائلاً:

التجربة التي ناقشها أينشتاين وبور، والمتمثلة في مقياس التداخل ، يُمكن نظريًا استخدامها لدراسة ما إذا كان الفوتون يسلك مسارًا واحدًا في بعض الأحيان، أو يسلك مسارين دائمًا ولكنه يستخدم مسارًا واحدًا فقط في بعض الأحيان، أو ما إذا كان سيظهر شيء آخر. مع ذلك، كان من الأسهل القول: "سنُدخل، خلال تجارب عشوائية، المرآة الثانية نصف المطلية بالفضة قبل وصول الفوتون إليها مباشرةً"، بدلًا من إيجاد طريقة لإجراء هذا الاستبدال السريع. سرعة الضوء فائقة جدًا بحيث لا تسمح لجهاز ميكانيكي بأداء هذه المهمة، على الأقل ضمن حدود المختبر. تطلّب الأمر الكثير من الإبداع للتغلب على هذه المشكلة.

بعد نشر العديد من التجارب الداعمة، ادعى جاك وزملاؤه أن إحدى تجاربهم تتبع تمامًا المخطط الأصلي الذي اقترحه ويلر. [ 12 ] [ 13 ] تعتمد تجربتهم المعقدة على مقياس التداخل ماخ-زيندر ، والذي يتضمن مولد فوتونات مركز اللون N-V الماسي المُحفَّز، والاستقطاب، ومعدِّل كهروضوئي يعمل كمقسم شعاع قابل للتبديل. أظهر القياس في تكوين مغلق حدوث تداخل، بينما سمح القياس في تكوين مفتوح بتحديد مسار الجسيم، مما جعل حدوث التداخل مستحيلاً.

جهاز التداخل في المختبر

لم يكن من الممكن إجراء تجربة مقياس التداخل وفقًا لنموذج ويلر في المختبر حتى وقت قريب، نظرًا للصعوبة العملية في إدخال أو إزالة مقسم الحزمة الثاني خلال الفترة الزمنية القصيرة بين دخول الفوتون إلى مقسم الحزمة الأول ووصوله إلى الموقع المخصص لمقسم الحزمة الثاني. يتم تحقيق هذه التجربة عن طريق تمديد مساري الفوتون بإدخال كابلات ألياف بصرية طويلة، مما يُطيل الفترة الزمنية اللازمة لمرور الفوتون عبر الجهاز. يُتيح جهاز تحويل عالي السرعة على أحد المسارين، يتكون من مفتاح جهد عالٍ وخلية بوكلز ومنشور غلان - تومسون ، تحويل مسار الفوتون بعيدًا عن مساره الأصلي، بحيث ينتهي فعليًا. مع تفعيل هذا التحويل، لا يمكن لأي شيء الوصول إلى أي من الكاشفين عبر هذا المسار، وبالتالي لا يحدث أي تداخل. وعند إيقاف تشغيل هذا التحويل، يعود المسار إلى مساره الأصلي ويمر عبر مقسم الحزمة الثاني، مما يؤدي إلى ظهور التداخل مجددًا. لا يقوم هذا الترتيب فعليًا بإدخال وإزالة مقسم الحزمة الثاني، ولكنه يُتيح الانتقال من حالة يظهر فيها التداخل إلى حالة لا يظهر فيها التداخل، وذلك في الفترة الفاصلة بين دخول الضوء إلى مقسم الحزمة الأول وخروجه من مقسم الحزمة الثاني. إذا كانت الفوتونات قد "قررت" دخول مقسم الحزمة الأول إما كموجات أو كجسيمات، فلا بد أنها وُجِّهت للتراجع عن هذا القرار والمرور عبر النظام بهيئتها الأخرى، ولا بد أنها فعلت ذلك دون نقل أي عملية فيزيائية إلى الفوتونات الداخلة أو إلى مقسم الحزمة الأول، لأن هذا النوع من النقل سيكون بطيئًا للغاية حتى بسرعة الضوء. ويتمثل تفسير ويلر للنتائج الفيزيائية في أنه في أحد تكويني التجربتين، تُستقبل نسخة واحدة من دالة الموجة للفوتون الداخل، باحتمالية 50%، في أحد الكاشفين، بينما في التكوين الآخر، تصل نسختان من دالة الموجة، تسلكان مسارين مختلفين، إلى كلا الكاشفين، وتكونان خارج الطور، وبالتالي تُظهران تداخلًا. في أحد الكاشفين، ستكون الدوال الموجية متوافقة في الطور، وبالتالي ستكون احتمالية ظهور الفوتون في ذلك الكاشف 100%. أما في الكاشف الآخر، فستكون الدوال الموجية متعاكسة في الطور بمقدار 180 درجة، وستلغي بعضها بعضًا تمامًا، وستكون احتمالية ظهور الفوتونات المرتبطة بها في ذلك الكاشف 0%. [ 14 ]

مقياس التداخل في الكون

يمكن وصف التجربة الكونية التي تصورها ويلر إما بأنها مماثلة لتجربة التداخل أو لتجربة الشق المزدوج. والأهم هو أنه باستخدام نوع ثالث من الأجهزة، وهو جسم نجمي ضخم يعمل كعدسة جاذبية، يمكن للفوتونات القادمة من مصدر ما أن تصل عبر مسارين. وبحسب كيفية ترتيب فروق الطور بين أزواج الدوال الموجية، يمكن رصد أنواع مختلفة من ظواهر التداخل. ويمكن للمُجَرِّبين التحكم في دمج الدوال الموجية الواردة، وكيفية دمجها. لا توجد فروق طور تُدخلها الأجهزة التجريبية في الدوال الموجية كما هو الحال في تجارب التداخل المختبرية، لذا، ورغم عدم وجود جهاز الشق المزدوج بالقرب من مصدر الضوء، فإن التجربة الكونية أقرب إلى تجربة الشق المزدوج. ومع ذلك، خطط ويلر لدمج الدوال الموجية الواردة في التجربة باستخدام مُقسِّم شعاع. [ 15 ]

تكمن الصعوبة الرئيسية في إجراء هذه التجربة في عدم قدرة الباحث على التحكم في طول المسارين بين الكوازار البعيدين أو معرفته بهما. ويتطلب مطابقة أطوال المسارين زمنيًا استخدام جهاز تأخير على طول أحد المسارين. وقبل القيام بذلك، لا بد من إيجاد طريقة لحساب التأخير الزمني.

يكمن أحد الاقتراحات لمزامنة المدخلات من طرفي هذا الجهاز التجريبي الكوني في خصائص الكوازارات وإمكانية تحديد أحداث متطابقة ذات سمة إشارة معينة. تصل المعلومات من الكوازارات التوأم التي استخدمها ويلر كأساس لتكهناته إلى الأرض بفارق زمني يبلغ حوالي 14 شهرًا. [ 16 ] إن إيجاد طريقة للحفاظ على كمية من الضوء في نوع من الحلقة لأكثر من عام لن يكون بالأمر السهل.

الشق المزدوج في المختبر والكون

استبدل فاصل الحزمة بتسجيل صور التلسكوب المسقطة على شاشة كشف مشتركة.

يُصمّم نموذج ويلر لتجربة الشق المزدوج بحيث يُمكن رصد الفوتون نفسه الخارج من الشقين بطريقتين. تسمح الطريقة الأولى بتقارب المسارين، مما يؤدي إلى تداخل نسختي الدالة الموجية وظهور التداخل. أما الطريقة الثانية، فتعتمد على الابتعاد عن مصدر الفوتون إلى موضع تكون فيه المسافة بين نسختي الدالة الموجية كبيرة جدًا بحيث لا يُمكن رصد تأثيرات التداخل. تكمن المشكلة التقنية في المختبر في كيفية إدخال شاشة كاشف في نقطة مناسبة لرصد تأثيرات التداخل، أو كيفية إزالة تلك الشاشة للكشف عن كواشف الفوتونات التي يمكن حصرها في استقبال الفوتونات من المناطق الضيقة للفضاء حيث توجد الشقوق. إحدى طرق إنجاز هذه المهمة هي استخدام المرايا القابلة للتحويل كهربائيًا التي طُوّرت حديثًا، وذلك ببساطة عن طريق تغيير اتجاهي المسارين الخارجين من الشقين بتشغيل المرآة أو إيقافها. اعتبارًا من أوائل عام 2014لم يتم الإعلان عن أي تجربة من هذا القبيل.

التجربة الكونية التي وصفها ويلر تنطوي على مشاكل أخرى، لكن توجيه نسخ من دالة الموجة إلى مكان ما بعد فترة طويلة من تحديد الفوتون المعني ما إذا كان موجة أم جسيمًا لا يتطلب سرعة كبيرة على الإطلاق. يكفي حوالي مليار سنة لإنجاز المهمة.

يمكن تكييف النسخة الكونية من تجربة التداخل الضوئي لتعمل كجهاز شق مزدوج كوني كما هو موضح في الرسم التوضيحي. [ 17 ] : 66

التجارب الحالية ذات الأهمية

أول تجربة حقيقية تتبع نية ويلر لجهاز الشق المزدوج لإخضاعه لتحديد طريقة الكشف في نهاية اللعبة هي تلك التي أجراها والبورن وآخرون [ 18 ] .

أوضح الباحثون الذين لديهم إمكانية الوصول إلى التلسكوبات الراديوية المصممة أصلاً لأبحاث SETI الصعوبات العملية لإجراء تجربة ويلر بين النجوم. [ 19 ]

تجارب الاختيار المؤجل الكمي

بدلاً من تفعيل التأخير ميكانيكيًا، تُصمّم النسخ الأحدث من تجربة الاختيار المؤجل مسارين يتحكم بهما التأثيرات الكمومية. تُنشئ التجربة برمتها تراكبًا للنتيجتين: سلوك الجسيم أو سلوك الموجة. وقد أثبت هذا النوع من التجارب صعوبة بالغة عند ابتكاره لأول مرة. ومع ذلك، فقد أثبت جدواه الكبيرة على مر السنين، إذ دفع الباحثين إلى تقديم "عروض توضيحية متطورة بشكل متزايد لازدواجية الموجة والجسيم للكمات المفردة". [ 20 ] [ 21 ] وكما يوضح أحد المجربين: "يمكن لسلوك الموجة والجسيم أن يتعايشا في آن واحد". [ 22 ]

أكدت تجربة حديثة أجراها مانينغ وآخرون التنبؤات القياسية لميكانيكا الكم القياسية باستخدام ذرة من الهيليوم. [ 23 ]

تم اقتراح تجربة اختيار كمومي متأخرة على المستوى العياني: يمكن التحكم في الاقتران المتماسك لأنبوبين نانويين كربونيين عن طريق أحداث فونون مفردة مكبرة. [ 24 ]

الاستنتاجات

قام كل من ما وزيلينجر وآخرون بتلخيص ما يمكن معرفته كنتيجة للتجارب التي انبثقت من مقترحات ويلر. ويقولون:

يُبيّن عملنا ويؤكد أن ما إذا كانت الارتباطات بين فوتونين متشابكين تكشف عن معلومات " الاتجاه " أو نمط تداخل لأحد الفوتونات (النظام) يعتمد على اختيار طريقة القياس للفوتون الآخر (البيئة)، حتى عندما تكون جميع الأحداث على الجانبين، التي يمكن فصلها مكانيًا، مفصولة مكانيًا بالفعل. إن إمكانية تحديد ما إذا كانت خاصية الموجة أو الجسيم تظهر بعد فترة طويلة من القياس - وحتى بعد فصلها مكانيًا - تُعلّمنا أنه لا ينبغي لنا تبني أي تصور واقعي ساذج لتفسير الظواهر الكمومية. أي تفسير لما يحدث في رصد فردي محدد لفوتون واحد يجب أن يأخذ في الحسبان كامل الجهاز التجريبي للحالة الكمومية الكاملة المكونة من كلا الفوتونين، ولا يمكن أن يكون منطقيًا إلا بعد تسجيل جميع المعلومات المتعلقة بالمتغيرات التكميلية. تُظهر نتائجنا أن وجهة النظر القائلة بأن فوتون النظام يتصرف إما كموجة أو كجسيم بشكل قاطع تتطلب اتصالًا أسرع من الضوء. ولأن هذا سيتعارض بشدة مع النظرية النسبية الخاصة، فإننا نعتقد أنه ينبغي التخلي عن وجهة النظر هذه تماماً. [ 25 ]

تاريخ

جون ويلر، 1985

بدأ مفهوم تجربة الاختيار المؤجل كسلسلة من التجارب الفكرية في فيزياء الكم ، اقترحها ويلر لأول مرة عام ١٩٧٨. [ ٢٦ ] [ ٢٧ ] وفقًا لمبدأ التكامل ، يمكن قياس خصائص الفوتون "الشبه جسيمية" (ذات موقع دقيق) أو "شبه موجية" (ذات تردد أو سعة)، ولكن ليس كليهما في الوقت نفسه . وتعتمد الخاصية المقاسة على ما إذا كان المجربون يستخدمون جهازًا مصممًا لرصد الجسيمات أو الموجات. [ ٢٨ ] عند تطبيق هذا المبدأ بدقة شديدة، يمكن القول إنه بتحديد نوع الكاشف، يمكن إجبار الفوتون على الظهور كجسيم فقط أو كموجة فقط. يُعدّ الكشف عن الفوتون عمومًا عملية تدميرية (انظر قياسات الكم غير التدميرية للاطلاع على القياسات غير التدميرية). على سبيل المثال، يمكن رصد الفوتون كنتيجة لامتصاصه بواسطة إلكترون في مضاعف ضوئي يستقبل طاقته، والتي تُستخدم بدورها لإطلاق سلسلة من الأحداث تُنتج صوت "نقرة" من ذلك الجهاز. في تجربة الشق المزدوج ، يظهر الفوتون كنقطة شديدة التمركز في المكان والزمان على الشاشة. يُشير تراكم الفوتونات على الشاشة إلى ما إذا كان الفوتون قد انتقل عبر الشقين كموجة أم كجسيم. يُقال إن الفوتون قد انتقل كموجة إذا نتج عن التراكم نمط التداخل النموذجي للموجات (انظر تجربة الشق المزدوج §  تداخل الجسيمات الفردية لمشاهدة رسم متحرك يوضح التراكم). مع ذلك، إذا كان أحد الشقين مغلقًا، أو وُضع مستقطبان متعامدان أمام الشقين (مما يجعل الفوتونات التي تمر عبر شقين مختلفين قابلة للتمييز)، فلن يظهر أي نمط تداخل، ويمكن تفسير التراكم على أنه نتيجة انتقال الفوتون كجسيم.

انظر أيضاً

فهرس

  • جاك، فنسنت؛ وو، إي؛ جروشانز، فريديريك؛ تريوسارت، فرانسوا؛ جرانجري، فيليب؛ الجانب، آلان. روش، جان فرانسوا (2007). “الإدراك التجريبي لتجربة ويلر ذات الاختيار المتأخر لجيدانكن”. علوم . 315 (5814): 966– 8. أرخايف : quant-ph/0610241 . بيب كود : 2007Sci...315..966J . دوى : 10.1126/science.1136303 . بميد 17303748 . S2CID 6086068 .  
  • قائمة مراجع إلكترونية تضم جميع أعمال ويلر
  • جون أرشيبالد ويلر، "الماضي" و"تجربة الشق المزدوج ذات الاختيار المتأخر"، الصفحات 9-48، في AR مارلو، محرر، الأسس الرياضية لنظرية الكم ، دار النشر الأكاديمية (1978).
  • جون أرشيبالد ويلر وويتشيك هوبرت زوريك، نظرية الكم والقياس (سلسلة برينستون في الفيزياء)
  • جون د. بارو، بول سي دبليو ديفيز، وتشارلز إل هاربر الابن، العلم والحقيقة المطلقة: نظرية الكم، وعلم الكونيات، والتعقيد ( مطبعة جامعة كامبريدج ) 2004

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 ما، شياو سونغ؛ كوفلر، يوهانس؛ زيلينغر، أنطون (2016-03-03). "تجارب فكرية للاختيار المؤجل وتطبيقاتها" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 88 (1) 015005. arXiv : 1407.2930 . Bibcode : 2016RvMP...88a5005M . doi : 10.1103/RevModPhys.88.015005 . ISSN 0034-6861 . S2CID 34901303 .  
  2. 1 2 3 ويلر، جون أرشيبالد؛ زوريك، فويتش هوبرت، محرران. (31-12-1983). "أولاً: مسائل المبدأ". نظرية الكم والقياس . مطبعة جامعة برينستون. ص 1-214 . doi : 10.1515/9781400854554.1 . ISBN  978-1-4008-5455-4.
  3. ↑ جورج جرينشتاين وآرثر زايونك، التحدي الكمي ، ص 37 وما بعدها.
  4. ^ جاك، فنسنت. وو، إي؛ جروشانز، فريديريك؛ تريوسارت، فرانسوا؛ جرانجري، فيليب؛ الجانب، آلان. روش ، جان فرانسوا (2007/02/16). "الإدراك التجريبي لتجربة ويلر ذات الاختيار المتأخر لجيدانكن" . علوم . 315 (5814): 966–968 . أرخايف : quant-ph/0610241 . بيب كود : 2007Sci...315..966J . دوى : 10.1126/science.1136303 . ISSN 0036-8075 . بميد 17303748 .  
  5. ↑ "رؤية مزدوجة" . صورة الأسبوع من وكالة الفضاء الأوروبية/تلسكوب هابل الفضائي . تم الاطلاع عليها بتاريخ 20 يناير 2014 .
  6. ↑ الأسس الرياضية لنظرية الكم ، حرره أ. ر. مارلو، ص 13
  7. ↑ ويلر، جون أرشيبالد (1978). "تجربة الشق المزدوج "الماضية" و"الاختيار المؤجل"". في مارلو، أ. ر. (محرر). الأسس الرياضية لنظرية الكم . أكسفورد: إلسيفير ساينس. ISBN 978-0-323-14118-5.
  8. ↑ جون أرشيبالد ويلر، ""الماضي" و"تجربة الاختيار المتأخر" ذات الشق المزدوج"، والتي ظهرت في عام 1978 وأعيد طبعها في عدة مواقع، على سبيل المثال ليزا إم. دولينج، آرثر إف. جيانيلي، جلين إن. ستاتيليم، قراءات في تطور النظرية الفيزيائية ، ص 486 وما بعدها.
  9. ↑ بوم، دي جيه؛ ديودني، سي؛ هايلي، بي إتش (1985). "نهج الكمون الكمي لتجربة ويلر للاختيار المؤجل" . نيتشر . 315 (6017): 294-297 . Bibcode : 1985Natur.315..294B . doi : 10.1038/315294a0 . ISSN 1476-4687 . 
  10. ↑ هايلي، بي جيه؛ كالاغان، روبرت (9 أغسطس/آب 2006). "تجارب الاختيار المؤجل ومنهج بوم". فيزيكا سكريبت . 74 (3): 336-348 . arXiv : 1602.06100 . Bibcode : 2006PhyS...74..336H . doi : 10.1088/0031-8949/74/3/007 . S2CID 12941256 . 
  11. 1 2 دارما-واردانا، سي. (2013). نظرة فيزيائية للمادة والعقل. سنغافورة: شركة النشر العلمي العالمية.
  12. ↑ جاك، فنسنت؛ وآخرون (2007). "التطبيق العملي لتجربة ويلر الفكرية للاختيار المؤجل". مجلة ساينس . 315 (5814): 966-968 . arXiv : quant-ph/0610241v1 . Bibcode : 2007Sci...315..966J . doi : 10.1126/science.1136303 . PMID: 17303748. S2CID : 6086068 .   
  13. ↑ الجيونات، والثقوب السوداء، والرغوة الكمومية: حياة في الفيزياء ، بقلم جون أرشيبالد ويلر مع كينيث فورد، دبليو دبليو نورتون وشركاه، 1998، ص 337
  14. ↑ جرينشتاين وزايونك، التحدي الكمي ، ص 39 وما بعدها.
  15. ↑ جرينشتاين وزايونك، التحدي الكمي ، ص 41.
  16. ↑ كونديتش، توميسلاف؛ تيرنر، إدوين ل؛ كولي، ويسلي ن؛ غوت الثالث، ج. ريتشارد؛ رودز، جيمس إي؛ وانغ، يون؛ بيرجيرون، لويس إي؛ غلوريا، كارين أ؛ لونغ، دانيال س؛ مالهوترا، سانجيتا؛ وامبسغانس، يواكيم (1997). "تحديد دقيق للتأخير الزمني في 0957+561A، B وقياس القيمة الكلية لثابت هابل". المجلة الفيزيائية الفلكية . 482 (1): 75-82 . arXiv : astro-ph/9610162 . Bibcode : 1997ApJ...482...75K . doi : 10.1086/304147 . S2CID 1249658 . 
  17. ↑ بلوتنيتسكي، أركادي (2010). نظرية المعرفة والاحتمال . نيويورك، نيويورك: سبرينغر نيويورك. Bibcode : 2010epbh.book.....P . doi : 10.1007/978-0-387-85334-5 . ISBN 978-0-387-85333-8.
  18. ↑ والبورن، إس. بي؛ تيرا كونها، إم. أو؛ بادوا، إس؛ مونكن، سي. إتش (2002). "ممحاة الكم ذات الشق المزدوج". مجلة Physical Review A. 65 ( 3) 033818. arXiv : quant-ph/0106078 . Bibcode : 2002PhRvA..65c3818W . doi : 10.1103/PhysRevA.65.033818 . S2CID 55122015 . 
  19. ↑ علم الفلك الكمي (الجزء الرابع): تجربة الشق المزدوج على نطاق كوني
  20. ^ ما ، شياو سونغ. كوفلر، يوهانس. قري، انجي؛ تيتيك، نوراي؛ شيدل، توماس. أورسين، روبرت؛ راميلو، سفين. هيربست، توماس. راتشباخر، لوثار؛ فيدريزي، أليساندرو؛ جينيوين، توماس. زيلينجر، أنطون (2013). "المحو الكمي مع الاختيار المنفصل سببيًا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 110 (4): 110– 1226. أرخايف : 1206.6578 . بيب كود : 2013PNAS..110.1221M . دوى : 10.1073/pnas.1213201110 . بمك 3557028 . بميد 23288900 .  
  21. ↑ بيروزو، ألبرتو؛ شادبولت، بيتر؛ برونر، نيكولاس؛ بوبيسكو، ساندو؛ أوبراين، جيريمي ل. (2012). "تجربة اختيار مؤجل كمي". مجلة ساينس . 338 (6107): 634-637 . arXiv : 1205.4926 . Bibcode : 2012Sci...338..634P . doi : 10.1126/science.1226719 . PMID: 23118183. S2CID : 3725159 .  تستخدم هذه التجربة متباينات بيل لاستبدال أجهزة الاختيار المؤجل، لكنها تحقق نفس الغرض التجريبي بطريقة أنيقة ومقنعة.
  22. ↑ كايزر، فلوريان؛ كودرو، توماس؛ ميلمان، بيرولا؛ أوستروفسكي، دانيال ب.؛ تانزيلي، سيباستيان (2012). "تجربة الاختيار المؤجل المُمكّن بالتشابك". مجلة ساينس . 338 (6107): 637-640 . arXiv : 1206.4348 . Bibcode : 2012Sci...338..637K . CiteSeerX : 10.1.1.592.8022 . doi : 10.1126/science.1226755 . PMID: 23118184. S2CID : 17859926 .   
  23. ↑ مانينغ، أ. ج؛ خاكيموف، ر. إ؛ دال، ر. ج؛ تروسكوت، أ. ج (2015). "تجربة ويلر الفكرية للاختيار المؤجل مع ذرة واحدة" . فيزياء الطبيعة . 11 (7): 539. Bibcode : 2015NatPh..11..539M . doi : 10.1038/nphys3343 .
  24. ↑ تشين، وي؛ ميرانوفيتش، آدم؛ لونغ، غيلو؛ يو، جيه كيو؛ نوري، فرانكو (ديسمبر 2019). "مقترح لاختبار تراكب الموجة والجسيم الكمومي على الرنانات الميكانيكية الضخمة" . npj Quantum Information . 5 (1): 58. arXiv : 1807.03194 . Bibcode : 2019npjQI...5...58Q . doi : 10.1038/s41534-019-0172-9 . ISSN 2056-6387 . 
  25. ^ ما ، شياو سونغ. كوفلر، يوهانس. قري، انجي؛ تيتيك، نوراي؛ شيدل، توماس. أورسين، روبرت؛ راميلو، سفين. هيربست، توماس. راتشباخر، لوثار؛ فيدريزي، أليساندرو؛ جينيوين، توماس. زيلينجر، أنطون (2013). "المحو الكمي مع الاختيار المنفصل سببيًا" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 110 (4): 1221– 1226. أرخايف : 1206.6578 . بيب كود : 2013PNAS..110.1221M . دوى : 10.1073/pnas.1213201110 . بمك 3557028 . بميد 23288900 .  
  26. ↑ ويلر، جون أرشيبالد (1978-01-01). "تجربة الشق المزدوج "الماضية" و"الاختيار المؤجل"". في مارلو، أ. ر. (محرر). الأسس الرياضية لنظرية الكم . مطبعة أكاديمية. ص 9-48 . doi : 10.1016/b978-0-12-473250-6.50006-6 . ISBN  978-0-12-473250-6.
  27. ↑ ميسنر، تشارلز و.؛ ثورن، كيب س.؛ زوريك، فويتش هـ. (1 أبريل 2009). "جون ويلر، النسبية، والمعلومات الكمومية" . فيزياء اليوم . 62 (4): 40-46 . Bibcode : 2009PhT....62d..40M . doi : 10.1063/1.3120895 . ISSN 0031-9228 . 
  28. ↑ إدوارد ج. ستيوارد، ميكانيكا الكم: تطورها المبكر والطريق إلى التشابك، ص 145.