كيف نفهم المفاهيم المعقدة لميكانيكا الكم بدون الصيغ الفيزيائية ولماذا يستمر الناس في الاهتمام بهذا العالم “السحري”. اقرأ عن كيف يمكن للتغيرات في قوانين الفيزياء أن تغير العالم وعن مستقبل العلوم في مقابلة حصرية. بداية – هنا.

– حول تعميم فيزياء الكم. هل من الممكن عمومًا فهم هذه المفاهيم دون الخوض في صيغ معقدة تشغل لوحة كاملة؟ بدون تعليم الفيزياء والرياضيات؟ أنت تفسر ذلك من خلال الاستعارات: ما مدى ملاءمة هذا الأمر وصحته؟

– انظر، استنتاجي من محاولة الشرح يعود إلى الملاحظة التالية. نحن ندرك العالم المألوف من خلال التجريدات، وفي كثير من الأحيان دون أن ندرك أنها تجريدات. على سبيل المثال، تتحرك جميع الأجسام على طول المسارات. هذه هي الخطوط خياليلا يتم تحديدها بأي شيء في الفضاء، ومع ذلك، فإنني أتخيل مسارًا في كل مرة أرمي فيها حجرًا أو كرة فوق السياج. مدارات الكواكب هي أيضًا خطوط خيالية لا نراها بالتلسكوب – لكن دعونا على الأقل نتذكر السؤال الشهير حول دوران مدار عطارد (المدارات بالتحديد، وليس الكواكب!).

تقريبًا جميع التجريدات التي اعتدنا عليها غير قابلة للتحويل إلى المجال الكمي. وهذا يسبب سوء الفهم عندما نستمر، بسبب القصور الذاتي، في محاولة إدراك كل شيء بمصطلحات مألوفة.

نحن نتخيل الأشياء الصغيرة جدًا كنسخ أصغر من الأشياء الكبيرة، لكن الأمر ليس كذلك. لنأخذ الكم – حد تقسيم المادة، التي لم يعد من الممكن تقسيمها. ليس لأنه “صلب” جدًا، بل لأنه إنه لا يحتوي على أي أجزاء، لا ملء على الإطلاق إلا نفسه. الكم ليس له سطح ولا حجم، ولا شيء يمكن قطعه. توجد مثل هذه الأشياء وفقًا لقواعد مختلفة عن تلك التي اعتدنا عليها.

ينشأ الكثير من سوء الفهم والغباء بصراحة بسبب حقيقة أننا نعرض أفكارًا مألوفة عن غير قصد على ميكانيكا الكم – أن كل شيء موجود في مكان ما، وأنه يتحرك على طول مسار، وأن كل شيء يمكن “النظر إليه”. لكن على المستوى الكمي كل شيء مختلف.

– فكيف نفهم هذا؟

— لانداو، كما أفاد ليفشيتس في مقالته التي كتبها بعد وقت قصير من وفاة معلمه، قال: “إن عظمة العبقرية البشرية تكمن في حقيقة أنه نحن قادرون على فهم الأشياء التي لا يمكننا تخيلها” هذا هو الحال بالضبط. لا توجد تمثيلات مرئية هنا، ولكن هناك بنية منطقية. ولفهم ميكانيكا الكم، تحتاج إلى ضبط عقلك على التفكير ضمن هذا الإطار. قد يبدو الأمر غير طبيعي. لكن لا توجد تناقضات منطقية داخل ميكانيكا الكم. هناك تعقيدات لما يسمى بالتفسير، لكنها لا تؤثر على الشيء الرئيسي – الأدوات الحسابية لميكانيكا الكم، والتي أداء ممتاز في الاتفاق الكمي مع الملاحظات. قد يفاجأ المرء بما يتعامل معه الجهاز الأساسي لميكانيكا الكم لا يمكن ملاحظتها الكميات والأشياء (مثل الدالة الموجية)، ولكن بطريقة ما تؤدي قواعد التعامل معها إلى يمكن التحقق منها التنبؤات!

إن تجريدات ميكانيكا الكم هي بالأحرى رياضية. لكنها فعالة لأنها تقدم نتائج عددية يمكن التحقق منها عن طريق التجارب. إنها تسمح لنا بفهم كيفية اضمحلال الذرات المشعة، وكيف تحترق الشمس، وكيف يعمل الكمبيوتر الكمي.

— إذا كان محتوى ميكانيكا الكم مجردًا جدًا، ويمكن للعين غير المدربة أن تخلق شعورًا بالسحر، أقوى مما هو عليه في القصص الخيالية والأساطير، فلماذا يهتم الناس بهذا، في رأيك؟

– سؤال جيد. لماذا يهتم الناس، لا أعرف. سعيد أنهم مهتمون.

إن العلم، وحتى العلم المجرد، يصبح تدريجياً جزءاً من الثقافة.

خذ على سبيل المثال كلمتي “جين” أو “ثقب أسود”. لقد سمع الجميع أيضًا كلمة “الكم”. ترتبط آمالنا في التقنيات والإنجازات الجديدة على وجه التحديد بالاكتشافات الكمومية. إن التحكم الأكثر دقة في المادة يحدث عند مستواها الكمي. هذه هي بالضبط مكونات المادة التي تسعى البشرية الآن إلى العمل معها. ولذلك، ليس من المستغرب أن تصبح مفاهيم ميكانيكا الكم رائجة، حتى لو بدت “سحرية”.

وهنا فكرة أخرى. ربما يكون الاهتمام بميكانيكا الكم بالنسبة لبعض الناس هو الرغبة في العثور على إجابات للأسئلة التي يعتبرونها ألغازًا ذات أهمية وجودية.. يمكنك البحث عن مثل هذه الإجابات في أماكن مختلفة – من الفلسفة إلى الباطنية. لكن ميكانيكا الكم، على عكس التعاليم “الباطنية”، أعمق بكثير وأكثر تنوعًا، ولهذا السبب، أكثر إثارة للاهتمام. إنها ليست مجموعة من العبارات على الإطلاق، ويمكن استبدال كل منها، إذا رغبت في ذلك، ببعضها البعض. تم اختيار تجريدات ومنطق ميكانيكا الكم ليس لأن أحدًا أحبها، ولكن لأنها توفر نجاحًا عدديًا: الاستنتاجات منهم يتم تأكيدها من خلال التجارب، في كل ثانية وفي كل مكان. ليس سحرًا بالطبع، ولكنه شيء يتجاوز ما اعتدنا على رؤيته في الحياة اليومية.

– بالحديث عن روسيا، خلال العام أو العامين الماضيين، في رأيك، هل زاد أو انخفض عدد الأشخاص المهتمين بالعلوم؟

– ليس لدي إحصائيات للأسف. هناك مؤشر واحد غير موثوق للغاية: عدد التفاعلات غير المخطط لها مع الأشخاص (في الشارع أو في وسائل النقل أو في الأماكن العامة الأخرى) عندما يخبرونني أنهم يراقبوننا وأنهم مهتمون بما نقوم به. إذا كنت تعتمد على مثل هذه “الإحصائيات”، فمن المؤكد أن الفائدة لم تنخفض.

لقد قمت أيضًا بتأليف كتابين، آخر كتاب عن ميكانيكا الكم، والناشر سعيد بالتأكيد بالطريقة التي يتم بها الأمر؛ وهذا أيضًا تأكيد غير مباشر على وجود اهتمام.

– سؤال من القارئ. إذا كان بإمكانك إعادة برمجة أحد القوانين الأساسية للفيزياء لجعل العالم أكثر إثارة للاهتمام، فما هو قانونه ولماذا؟

– أوه، سؤال عظيم. يقترح إدراك عالمنا كنوع من اللعبة التي يمكنك من خلالها ضبط بعض المعلمات. بالطبع، من وجهة نظر أكثر أو أقل صرامة، هذا سؤال غير صحيح، وأي إجابة عليه ستكون غير مكتملة. إنها مجرد طريقة للتفكير في أهم جوانب بنية كوننا، وهي مثيرة للاهتمام.

دعونا أولاً نقول ما الذي سيكون من الرائع تغييره دون الغوص في قوانين الفيزياء. سأضع المريخ في مدار أقرب إلى الأرض بحيث يكون السفر إليه سريعًا وتكون الظروف أكثر تشابهًا مع ظروف الأرض. بالمناسبة، قوانين الفيزياء تقول أن الكواكب لا تعيش في مدارات قريبة جدًا لأنها تتداخل مع بعضها البعض بجاذبيتها الخاصة، لكن هناك استثناءات مهمة: المدارات الرنانة. لو كان المريخ في مثل هذا المدار، وكانت الظروف عليه على الأقل بمستوى الظروف الموجودة على قمة إيفرست، لكنا قد استقرنا هناك بالفعل، على ما أعتقد.

أما بالنسبة لقوانين الكون، فمن الممكن “تعديل” سرعة الضوء. صحيح أنني لم أتحدث عن عدم صحة مثل هذه الأسئلة عبثًا: فسرعة الضوء لا تدخل فقط في صيغ النظرية النسبية الخاصة نفسها. على سبيل المثال، تعتمد “قوة” القوة الكهرومغناطيسية عند المستوى الأساسي على الشحنة الكهربائية مع ثابت بلانك وسرعة الضوء، وبالتالي فإن التغير في سرعة الضوء سيؤثر على بنية الكون بأكملها. ولكن من الأشياء التي هي، إذا جاز التعبير، على السطح: إذا كانت سرعة الضوء أقل، يمكننا أن ندرك التأثيرات النسبية بأعيننا. انخفاض الأطوال الطولية، والدوران الظاهري للأجسام الطائرة، وتمدد الزمن حسب السرعة.

وإذا قمنا بزيادة ثابت بلانك، فإن الأجسام العيانية في كوننا ستصبح كمومية حقًا، وسيكون سلوكها مختلفًا تمامًا. على سبيل المثال، لا يمكن تعديل دوران أي جسم بسلاسة: يمكن فكه فقط على مراحل. صحيح أن “الدوران” لن يخلو من الشذوذات، لأن قوانين الكم لا تسمح بوجود محور دوران (بالمناسبة، هنا مثال على التجريد الذي لا ينتقل إلى عالم الكم).

على الرغم من كل الخيال المتمثل في محاولة تخيل الطبيعة مع ثوابت فيزيائية أخرى، فإن التفكير فيها يعد تمرينًا مثيرًا للاهتمام.

لقد تكيفنا مع مجموعة فريدة من الظروف في عالمنا. وجودنا يعتمد عليهم. على سبيل المثال، أثناء تطور الكون، على الأقل، كان من الضروري إنشاء عناصر تتجاوز الهيدروجين والهيليوم، بحيث يكون هناك شيء يؤلف أنفسنا وكل شيء مألوف من حولنا. العديد من العوامل التي تحددها بشكل مباشر عمل القوانين الفيزيائية سمحت لعالمنا بالنشوء.

على طول الطريق، تجدر الإشارة إلى أن جميع القوانين الفيزيائية التي قمنا بصياغتها ليست الحقيقة المطلقة. إنها تمثل تقديرات تقريبية جيدة تسمح لنا بالتنبؤ. وعندما يتوقفون عن “العمل”، أي وصف الملاحظات، فإننا نبحث عن نظريات أكثر دقة. والمثال النموذجي هنا هو نظرية الجاذبية. لقد نجحت صيغة نيوتن البسيطة بشكل جميل على نطاق واسع وأدت إلى نجاحات غير مسبوقة. لكن لها حدودًا، كان من الضروري، بعد تجاوزها، استخدام صيغ أخرى، وهي النظرية النسبية العامة. إنه يوضح نيوتن ويصف بشكل مثالي العديد من الظواهر، لكننا نعلم أنه ليس كاملا أيضا. على سبيل المثال، لا يعمل هذا في مركز الثقوب السوداء، وقد نتوصل يومًا ما إلى نظرية محسنة.

— وأخيرًا، ماذا تتمنى للقراء والمهتمين بالعلوم في العام الجديد 2026؟

– بما أنك مهتم بالعلم – بما أنك كذلك بشكل عام هل أنت مهتم ب – يعني أنك تحصل على المتعة من تعلم أشياء جديدة. أود أن أتمنى أن يكون هناك ما يكفي من هذا الشيء الجديد لتتمكن من تحقيق اكتشافات شخصية تجعلك سعيدًا.

إقرأ الجزء الأول من المقابلة هنا.

أجرى المقابلة إيلينا ماسلوفا