قوانين ميكانيك الكم قد تبدو أبسط بقليل مما تصورنا

تمكن فريق من الباحثين من البرهان على أن مفهومين أساسيين في ميكانيك الكم كان يعتقد أنهما غير مترابطين هما في الواقع نفس المبدأ. مما يجعل فهمنا لميكانيك الكم أوضح مما كان عليه. وقد تم نشر هذه النتيجة في مجلة Nature Communications.

فقد قام فريق من الباحثين في مركز التقنيات الكمومية في جامعة سنغافورة بتبيان أن الخاصية الموجية/ الجسيمية ، و مبدأ الشك أو عدم التعيين لهايزنبيرغ ليسا إلا وجهين لعملة واحدة مما جعل هذين اللغزين في العالم الكمومي لغزا واحدا فقط.

إن إزدواجية الصفات الموجية و الجسمية للجسيمات، بالإضافة لمبدأ عدم التعيين، و الذان يبدوان منفصلين عن بعضهما، يمكن توحيدهما في صيغة واحدة عند التفكير بالأمر كسؤال عن المعلومات التي يمكن الحصول عليها أو قياسها من جملة كمومية . حيث تظهر نتيجة توحيد المفهومين عبر التفكير بالفيزياء من خلال نظرية المعلومات. تؤدي هذه النتيجة لفهم أعمق لميكانيك الكم، و ربما سيكون لها تطبيقات في مجال توظيف الخاصية الموجية/الجسيمية المزدوجة في مجالات مختلفة.

إن مفهوم إزدواجية الخصائص الجسمية و الموجية تعني أن الجسيمات كالإلكترون من الممكن أن تتصرف كموجة، إن لم يتم تحديد موقعها بدقة، كما يحدث في تجربة الشقين Double-Slit experiment و العكس، فعند التفكير بالضوء، نحسب أنه موجه كهرومغناطيسية، ولكن يمكن التفكير به كجسيم يدعى بالفوتون، مثل ظاهرة المفعول الكهروضوئي photoelectric effect. إذا لا يوجد تمييز بين جسيم و موجة في ميكانيك الكم ، على عكس الميكانيك التقليدي.

بينما ينص مبدأ عدم التعيين uncertainty principle على أنه يستحيل تعيين قيمتين فيزيائيتين لجملة كمومية بدقة في نفس الوقت. أي أننا و مهما كانت لدينا أجهزة قياس دقيقة، لن نستطيع مثلا تعيين موضع الإلكترون و سرعته بدقة في نفس الوقت. و من هذا المبدأ تدور الإلكترونات جول نواة الذرة بسرعات كبيرة، فمجرد وجود الإلكترون في الذرة يحدد موضعه بدقة معينة، فيسكون هنالك ارتياب أو عدم تعيين uncertainty في سرعته.

منذ وضع أسس ميكانيك الكم كان هذان المبدئان منفصلين عن بعضهما، ولكن بعض الفيزيائيين كانوا لديهم حدس بأنهما مبدأ واحد ولكن بناء على حدسهم فقط. أما الآن لدينا أكثر من ذلك مما يدل على وجود صلة عميقة بينهما.

يمكن عن طريق معادلات معينة معرفة كمية المعلومات التي يمكن أن نحصل عليها عن خاصتين من خواص الجسيمات والتي لا يمكن قياسها معا بدقة كموضع الجسيم وكمية حركته مثلا. تسمى هذه المعادلات "بعلاقات عدم التعيين الانتروبية" entropic uncertainty relations. وقد اكتشف فريق الباحثين أن الرياضيات المستخدمة في وصف ازدواجية الصفات الموجية و الجسيمية، يمكن اعادة صياغتها باستخدام علاقات عدم التعيين الأنتروبية.

يصف الفريق ذلك أن الموضوع وكأنهم اكتشفوا معجماً للربط بين اللغتين الرياضيتين لوصف مبدأ عدم التعيين و الخاصية الموجية-الجسيمية المزدوجة . وبإمكانهم اعادة كتابة العلاقات الرياضية المعبرة عن ثنائية الموجة-جسيم بطريقة أخرى عن طريق "علاقات عدم التعيين الانتروبية".

يمكن استخدام هذه العلاقة الجديدة في تقنيات تشفير جديدة، حيث تستخدم علاقات عدم التعيين الأنتروبية في التشفير الكمي Quantum Cryptography ، ويعتقد العلماء الان أنه بالإمكان توظيف هذه العلاقة الجديدة في بروتوكولات تشفير جديدة .

المصدر: هنا