من بين العلماء الذين كرّسوا أنفسهم لفيزياء الكم، يُعدّ شرودنغر أحد أبرزهم، وذلك بفضل مفارقة القط الشهيرة . اسمه الكامل إرفين رودولف جوزيف ألكسندر شرودنغر، وهو فيزيائي نمساوي وُلد في فيينا في 12 أغسطس 1887. حاز على جائزة نوبل في الفيزياء، مناصفةً مع بول ديراك، لأبحاثه حول فعل الموجة المعروفة بمعادلة شرودنغر. مُنحت له جائزة نوبل عام 1933، في أوج مسيرته كفيزيائي كم.
سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول السيرة الذاتية ومفارقة قطة شرودنغر.
سيرة شرودنغر
كان فيزيائيًا وضع أسس الفيزياء الكمية، واشتهر بتجربته الفكرية المذهلة. وقد انبثق كل ذلك من مراسلات مع ألبرت أينشتاين عام 1935. حصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء النظرية من جامعة فيينا عام 1910. خدم في الحرب العالمية الأولى كضابط مدفعية عام 1914.
نشر عدة مقالات في مجلة "حوليات الفيزياء" حول مشكلة تكميم المتجهات الذاتية. ومع تطويره للمعادلة باستخدام المتجهات الذاتية، أصبحت تُعرف بمعادلة شرودنغر. لاحقًا، غادر ألمانيا إلى إنجلترا بسبب النازية ومعاداة السامية . وفي جامعة أكسفورد، نال جائزة نوبل. يُعد هذا الإسهام المهم في الفيزياء علامة فارقة في تاريخ فهم الكون، لا سيما في سياق نشأة الكون.
في وقت لاحق ، في عام 1936 ، عاد إلى النمسا للعمل في جامعة جراتس.
فيزياء الكم والتقدم
في ميكانيكا الكم ، لا يمكنك معرفة قيمة المعلمة بالضبط دون قياسها فعليًا أولاً. تصف النظرية الرياضية حالة من خلال عزم الدوران والسرعة والموضع بدقة كاملة. ومع ذلك ، فإن الدالة الموجية هي الأفضل التي يمكن من خلالها حساب احتمال العثور على الجسيم في نقطة معينة وفي وقت معين. لذلك ، فإن طبيعة الاحتمال في ميكانيكا الكم كانت قادرة على التنبؤ بأن الجسيمات هي أيضًا موجات ونقاط وليست مجرد مواد.
ومن بين كلمات شرودنغر نجد هذه الفقرة التي تقول ما يلي:
لقد وُلدتُ في بيئةٍ ما؛ لا أعرف من أين أتيت، ولا إلى أين أنا ذاهب، ولا من أنا. هذا هو حالي، كما هو حالكم جميعًا. حقيقة أن كل إنسان كان دائمًا في هذا الوضع لا تُعلّمني شيئًا. كل ما يُمكننا ملاحظته عن أنفسنا فيما يتعلق بالأسئلة المُلحّة حول أصلنا ومصيرنا هو البيئة . ولهذا السبب نتوق إلى اكتشاف كل ما يُمكننا إيجاده فيها. هذا هو العلم والمعرفة - المعرفة التي هي المصدر الحقيقي لكل مسعى روحي للبشرية.
نحاول أن نكتشف قدر استطاعتنا عن السياق المكاني والزماني الذي ولدنا فيه ووقعنا فيه. وفي هذا المجهود نجد الفرح، نجده مثيراً للاهتمام للغاية. لقد كان هذا المسار نحو فهم الفيزياء الكمومية، مثل المسار الذي استكشفه شرودنغر، أساسياً لفهم كيفية نشوء الكون.
قطة شرودنغر
من بين جميع الإنجازات العلمية التي حققها شرودنغر، برزت واحدةٌ بشكلٍ خاص ولا تزال قائمة حتى يومنا هذا: قطة شرودنغر . إنها بلا شك أشهر مفارقة في فيزياء الكم. ولها عدة صيغ. دعونا نستكشفها: اقترحها إرفين شرودنغر عام 1935 في تجربة فكرية توضح مدى تعقيد عالم الكم.
تبدأ المفارقة بتخيل قطة داخل صندوق معتم تمامًا. في الداخل تم تركيب آلية تربط كاشف الإلكترون بمطرقة. أسفل المطرقة مباشرة يتم وضع قنينة زجاجية بها جرعة من السم القاتل للقط. إذا التقط الكاشف إلكترونًا ، فيمكنه تنشيط الآلية التي تتسبب في سقوط المطرقة وكسر قنينة السم.
بعد ذلك، يُطلق إلكترون، ومن المنطقي أن تحدث عدة أمور. أولًا، قد يلتقط الكاشف الإلكترون، مما يُفعّل الآلية التي تُسقط المطرقة وتُطلق السم. يكفي أن يلتقط الكاشف إلكترونًا واحدًا لتفعيل الآلية. في هذه الحالة، تستنشق القطة السم وتموت. عندما نفتح الصندوق اليوم، سنجد القطة ميتة.
الاحتمال الآخر الذي يمكن أن يحدث هو أن الإلكترون ينحني مسارًا آخر ولا يلتقطه الكاشف. بهذه الطريقة ، الآلية أو لا يتم تنشيطها والزجاجة لا تنكسر. هذه هي الطريقة التي لا يزال القط على قيد الحياة. في هذه الحالة ، عندما تفتح الصندوق ، سيظهر هذا الحيوان سليمًا وسليمًا.
حتى الآن، يبدو كل شيء منطقيًا. ففي النهاية، إنها تجربة بنسبة نجاح أو فشل تبلغ 50%. مع ذلك، تتحدى فيزياء الكم منطقنا السليم. وتعكس تداعيات مفارقة قطة شرودنغر المعضلات التي تواجهها فيزياء الكم في سعيها لفهم الكون.
شرح المفارقة
الإلكترون عبارة عن موجة وجسيم في آن واحد. لفهم ذلك تمامًا، يجب أن نعلم أن الإلكترون يُقذف كقذيفة، ولكنه في الوقت نفسه، كموجة. يشبه ذلك الموجات التي تتشكل عندما نلقي حجرًا في بركة ماء. أي أنه يمكن أن يسلك مسارات مختلفة في الوقت نفسه. لا تتداخل هذه المسارات، بل تتراكب، تمامًا كما تتراكب الموجات في بركة ماء. لذا، يسلك الإلكترون المسار المؤدي إلى الكاشف، ولكنه في الوقت نفسه يسلك المسار المعاكس.
إذا تم رصد الإلكترون، تموت القطة. وفي الوقت نفسه، لن يتم رصده وتبقى على قيد الحياة. على المستوى الذري، نرى أن كلا الاحتمالين يحدثان في آن واحد، ولا نعلم ما إذا كان الحيوان سيموت أم لا في الوقت نفسه. كلا الحالتين حقيقيتان ومحتملتان بنفس القدر. ومع ذلك، عندما نفتح الصندوق، لا نرى إلا الحياة أو الموت.
إذا كان كلا الاحتمالين صحيحين وحقيقيين، فلماذا نرى أحدهما فقط؟ يكمن التفسير في أن التجربة تُطبّق قوانين الفيزياء الكمية. مع ذلك، فإن القطة ليست نظامًا كميًا. ذلك لأن الفيزياء الكمية تعمل على المستوى دون الذري وفي ظل ظروف محددة فقط. بعبارة أخرى، لا تنطبق إلا على جسيمات معزولة معينة . أي تفاعل مع بيئة خارجية يجعل قوانين الفيزياء الكمية غير قابلة للتطبيق.
تتفاعل العديد من الجسيمات مع بعضها البعض ، وبالتالي ، لا يمكن تطبيق الكم على العالم الحقيقي والكبير كما يحدث مع مثال هذا الحيوان. ولا يمكنك تطبيق هذه القوانين عندما يكون الجو حارًا. القطة مادة ساخنة ونحن ، من خلال فتح الصندوق لملاحظة النتيجة ، نتفاعل ونلوث الاختبار. مجرد حقيقة الملاحظة تلوث التجربة وتحدد حقيقة مقارنة بالباقي.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن شرودنغر ومآثره.