نجح العلماء لأول مرة في إعادة إنتاج تجربة فكرية اقترحها ألبرت أينشتاين قبل قرن من الزمان تقريبًا، وأظهرت أن العالم الكمي يتصرف تمامًا بطريقة لا يستطيع الفيزيائي الشهير قبولها بالكامل.

في فيزياء الكم، يمكن للفوتونات والجسيمات الأخرى أن تتصرف كجسيمات وكموجات. تجربة الشق المزدوج الشهيرة توضح هذه المفارقة بشكل أفضل: عندما يمر فوتون واحد عبر الشقين، يظهر نمط التداخل على الشاشة كما لو كانت موجة تمر عبر الشقين. لكن إذا حاول الراصد تحديد الشق الذي مر من خلاله الفوتون، تختفي الصورة ويتصرف الفوتون مرة أخرى كجسيم.

في الأيام الأولى لفيزياء الكم، كانت هذه الظاهرة غير البديهية موضوعًا لنقاش حاد. كان نيلز بور على يقين من أن هذا هو قانون الطبيعة الأساسي، وأعرب أينشتاين عن شكوكه.

تجربة فكرية

وفي مؤتمر سولفاي التاريخي الذي انعقد عام 1927 في بروكسل، اقترح طريقة بارعة لاختبار ما إذا كان بور على حق. وفي نسخة معدلة من التجربة، تم وضع قسم متحرك ذو شقين أمام الشاشة. عندما يمر الفوتون عبر أحد الشقوق، فإنه يعطي القسم “دفعة” صغيرة – ارتدادًا. ومن الناحية النظرية، فإن قياس هذه الصدمة يجب أن يساعد في تحديد الشق الذي استخدمه الفوتون، دون الإخلال بنمط الموجة.

وعلى الرغم من أن أينشتاين كان يعتقد أن مثل هذا القياس ممكن دون تدمير التداخل، إلا أنه ظل افتراضيًا بحتًا لعقود من الزمن. النبض الصادر من فوتون واحد صغير جدًا، ولا تستطيع أجهزة الكشف التقليدية تسجيله دون تعطيل التجربة.

البروفيسور بان جيانوي وفريقه من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين أنشأ جهازًا حساسًا بدرجة كافية لاكتشاف نبضة ارتدادية صغيرة فوتون واحد. ونشرت نتائج تجاربهم في رسائل المراجعة البدنية.

لقد أكدوا تمامًا أن بور كان على حق: لا يمكن حقًا ملاحظة كلتا الخاصيتين في وقت واحد – وهذا يضع حدًا لمعرفتنا.

ووصف مراجعو المجلة العمل بأنه “مساهمة كبيرة في أسس ميكانيكا الكم”، ووصفوه بأنه “أنيق” و”تنفيذ كلاسيكي لتجربة فكرية عمرها قرن من الزمان”.

التنفيذ العملي

في دراستهم، استخدم الفيزيائيون الصينيون ذرة روبيديوم واحدة، تم تبريدها إلى ما يقرب من الصفر المطلق وتم تثبيتها بواسطة ضوء الليزر، كجسم متحرك من اقتراح أينشتاين.

وكانت الفكرة هي أن مرور الفوتونات من شأنه أن يعطي الذرة “دفعة” طفيفة، وطبيعة هذا الدفع، اعتمادا على اتجاهها، سوف تكشف عن مسار كل فوتون. قام الباحثون بتغيير القوة القابضة لذرة الروبيديوم في مصيدة الليزر.

وعندما كانت المصيدة “ضعيفة”، تحركت الذرة قليلاً، كاشفة عن مسار الفوتون، لكن نمط التداخل اختفى. وعندما كان الفخ “صلبًا”، لم تتحرك الذرة إلا بصعوبة، وظل المسار مجهولًا، وعاد نمط التداخل إلى الظهور.

وكما تنبأ بور، فإن ملاحظة إحدى الخاصيتين تمحو الأخرى. على الرغم من أن هذه لم تكن التجربة الأولى التي تؤكد مبدأ بور، إلا أن فريق بان قام ببناء إعداد دقيق للغاية.

ويفتح هذا الإعداد إمكانية دراسة الجوانب الأخرى الأقل استكشافًا في ميكانيكا الكم مجلة على الانترنت الجمعية الفيزيائية الأمريكية. على سبيل المثال، يمكن استكشاف التفاعل بين تأثيرات التشابك وفك الترابط، مما يمهد الطريق لتحكم أفضل في الأنظمة الكمومية وإنشاء تقنيات أكثر موثوقية.