تعلمنا الفيزياء الحديثة أن فوتون الضوء جسيم أولي، أي لا يتكون من أجزاء أصغر، ومع ذلك، فإن الفوتون لا يسلك سلوك جسم صلب صغير مثل كرة بلياردو، يسير في خط مستقيم فقط، بل يحمل في داخله طبيعة، فهو جسيم من جهة، وموجة ممتدة في المكان من جهة أخرى.
الجسيم يشبه شيئا صغيرا محددا له موضع واضح نسبيا، مثل كرة تتحرك من مكان إلى آخر، أما الموجة فهي اضطراب ممتد ينتشر في المكان، مثل تموجات الماء أو الصوت، ويمكن أن تتداخل وتنتشر ولا تكون محصورة في نقطة واحدة.
وفي دراسة حديثة، نشرت في دورية" فيزيكال ريفيو ليترز" (Physical Review Letters)، تخيل باحثون مرور فوتون مفرد عبر ما يشبه" مصراعا ضوئيا" فائق السرعة، يعمل كمرآة يمكن تشغيلها وإيقافها بسرعة شديدة.
وظيفة هذا المصراع أن يعترض جزءا من النبضة الضوئية، كما لو أنه يحاول اقتطاع جزء من امتداد الفوتون الموجي.
في الحياة اليومية، قد نتوقع أن يؤدي ذلك إلى تقسيم الشيء إلى قسمين، فيعبر جزء هنا وجزء هناك.
لكن في عالم الكم لا تسير الأمور بهذه البساطة، النتيجة التي توصلت إليها الدراسة أن الفوتون لا ينقسم إلى فوتونين أصغر، ولا يتحول إلى نصف فوتون في جهة ونصف آخر في جهة مقابلة.
والأغرب أنه لا ينتج ببساطة فوتون واحد في ناحية وفراغ في الناحية الأخرى، وبدلا من ذلك، تتحول الحالة الكمومية إلى تركيب شديد التعقيد، يضم احتمالات لأعداد مختلفة من الفوتونات، تمتد رياضيا حتى ما لا نهاية.
هذا لا يعني أن جهاز الرصد سيرى فجأة عددا لا نهائيا من الفوتونات كما لو أن الضوء انفجر إلى سرب مرئي، ولكن المقصود، بحسب الدراسة، أن الوصف الرياضي للحالة الكمومية لم يعد وصفا بسيطا لفوتون واحد، بل صار مزيجا أو تراكبا من حالات كثيرة، بعضها يحتوي فوتونا واحدا، وبعضها يحتوي عددا أكبر من الفوتونات.
كيف لفوتون واحد أن يتحول لكل ذلك؟ لتقريب الفكرة، تخيل موجة هادئة تتحرك على سطح ماء، ثم نضع أمامها حاجزا فجأة، هنا لا نحصل ببساطة على نصف موجة في جهة ونصف موجة في الجهة الأخرى، بل نخلق اضطرابا جديدا، فتظهر انعكاسات وتموجات صغيرة وتداخلات معقدة.
الفوتون، بحسب الدراسة، يتصرف بطريقة أعمق من ذلك كموميا، فمحاولة قطع موجته لا تقسمه إلى أجزاء، بل تغير حالة المجال كله وتنتج وصفا رياضيا مليئا بالاحتمالات.
بطريقة مشابهة، حين يحاول المصراع الضوئي قطع امتداد الفوتون، لا ينتج نصف فوتون، بل تتحول حالته الكمومية إلى مزيج أعقد من احتمالات كثيرة لأعداد مختلفة من الفوتونات.
وتكمن أهمية هذا العمل البحثي في أنه لا يقدم تجربة تقنية عن تقسيم الضوء فحسب، بل يفتح سؤالا أعمق عن معنى مكان الجسيم الكمومي، ففي ميكانيكا الكم، لا يمكن أن نقول إن الجسيم الكمومي" هنا" أو" هناك"، ولكنه موجود خلال مجموعة من الاحتمالات في مجموعة من الأماكن.
هذا غريب، ويناقض ما تعودنا عليه في حياتنا العادية، لكن تلك هي تحديدا السمة الأساسية لميكانيكا الكم، وهي أنها تناقض حسنا البديهي، ولذلك قال الفيزيائي الشهير نيلز بور ذات مرة: " إذا استطاع أحد أن يفكر في نظرية الكم من دون أن يصاب بالدوار، فهذا يعني أنه لم يفهم أول شيء عنها".
التعليقات (0)
لا توجد تعليقات حتى الآن. كن أول من يعلق!
أضف تعليقك