شبكة بلا داخل ولا خارج: ميكانيكا الكم كوصف للتشابك ✛ ✎

الأصل: "On the Quantum Structure"
· Dong-Sheng Wang
arXiv:1101.0503 · 2011-01-03 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 2 دقيقة
ميكانيكا الكم لا تصف الأجسام المعزولة، بل تصف الارتباطات والمعلومات في فضاء جديد اسمه تانغ نت، حيث تعمل تناظرية كونية من الخارج إلى الداخل.

السلة المنسوجة تحافظ على شكلها ليس لأن لها هيكلاً صلباً، بل لأن كل قضيب متشابك مع جيرانه. اسحب واحداً منها، وسوف تتفكك الزخرفة، ويبقى كومة من الأغصان. ميكانيكا الكم، وفقاً للدراسة الجديدة، منظمة بنفس الطريقة: أجسامها الأولية لا توجد بشكل منفصل، بل فقط في تشابك مع بعضها البعض.

لفترة طويلة، وصف الفيزيائيون الجسيمات الكمومية كموجات معزولة، وتفاعلاتها كشيء ثانوي يمكن إضافته لاحقاً. لكن أي تجربة حقيقية تُظهر أن الجسيم يسبح دائماً في محيط، مثل سمكة في الماء، وهذا المحيط ليس مجرد ضجيج، بل يصبح جزءاً من الجسيم نفسه. يقلب مؤلف المقال الصورة: ليس المحيط هو ما يعيق الحياة الكمومية النقية، بل على العكس، الكمومية ممكنة فقط بفضل الانفتاح. الدالة الموجية بدون محيط هي سلة بدون قضبان.

عادةً ما تُعرض الحالة المختلطة لنظام كمومي كخليط من حالات نقية، كما لو كان النظام في كل لحظة في واحدة منها، ونحن فقط لا نعرف أيها. يُظهر المؤلف أن هذا الرأي غير صحيح فيزيائياً: الحالة المختلطة ليست خليطاً، بل جزء من كل أكبر، والفرق يظهر في الارتباطات.

لجعل هذه الفكرة دقيقة، يبني المؤلف فضاءً جديداً اسمه تانغ نت. إنها شبكة، حيث العقد هي الحالات، والخيوط بينها هي التشابك. في الفضاء العادي، يمكن أن يكون جسيمان بعيدين عن بعضهما البعض، لكن في تانغ نت هما جاران إذا كانت مصائرهما الكمومية متشابكة. المسافة هنا تُقاس ليس بالأمتار، بل بدرجة الارتباط. الخلية الأولية لهذه الشبكة هي الكيوبت: نظامان فرعيان مرتبطان بإحكام بحيث لا يوجد لهما داخل ولا خارج. مثل شريط موبيوس: جانب واحد ينتقل بسلاسة إلى الآخر، ولا يمكن القول أين ينتهي النظام ويبدأ المحيط.

يصوغ المؤلف نظرية حول تناظرية الخارج-الداخل: البنية المتشابكة لا تتغير إذا قمت بتحويل كل نظام فرعي على حدة أو بتبديل أماكنها. هذا مثل لو بقي نمط السلة كما هو، سواء أعدت ترتيب القضبان أو قلبت السلة بأكملها.

في السابق، كان التشابك يُعتبر مورداً هشاً يجب حمايته من المحيط، مثل زهرة نادرة من تيار هواء. الصورة الجديدة تقول: التشابك ليس مورداً، بل هو نسيج الواقع نفسه. المحيط لا يدمره، بل ينسج فيه. لا توجد تطبيقات عملية لهذه الفكرة حتى الآن، والمؤلف يكتب ذلك بصراحة. لكن إذا نجح تانغ نت في أن يُصاغ رسمياً، فقد يصبح لغة جديدة للحديث عن الجاذبية الكمومية وعن سبب ظهور العالم الكلاسيكي بهذا الثبات، رغم أنه مكون من طوب كمومي.

السلة التي بدأ بها هذا النص ليس لها مركز مميز ولا حافة مميزة. كذلك تانغ نت: لا يوجد فيه داخل ولا خارج، فقط عقد وخيوط. ربما هكذا يكون العالم على أعمق مستوى، ليس كمجموعة من الأشياء المنفصلة، بل كتشابك واحد كبير.

يسمي المؤلف الفضاء الجديد «تانغنت» (من الكلمة الإنجليزية tangle بمعنى يتشابك)، مؤكداً أن الروابط بين عقد الشبكة تعكس التشابك، وليس المسافة الهندسية.

I = S_S + S_E - S_{SE} = 2S_E
المعلومات المتبادلة تساوي ضعف إنتروبيا البيئة، مما يعكس الارتباط الكامل بين النظام والبيئة.
I = I(S_1E_1:S_2E_2) - I(E_1:E_2) - I(E_1:S_2|E_2) - I(E_2:S_1|E_1)
المعلومات المتبادلة بين النظامين تُحسب بطرح ارتباطات البيئتين من الارتباط الكلي، مما يراعي انفتاح كل نظام فرعي.
|\psi\rangle_{AB} = \frac{1}{\sqrt{2}}(|0_A1_B\rangle - i|1_A0_B\rangle)
حالة متشابكة لنظامين فرعيين مع طور نسبي، وهي ثابتة تحت التحولات المحلية والتباديل.
العلماء
William WoottersJohn Stewart BellErwin SchrödingerAlain AspectDavid DeutschSatyendra Nath Bose
المفاهيم
ميكانيكا الكم كمي الدالة الموجية حالة الشغل زخم فيزياء كلاسيكية مسار فيزياء ترابط الميكانيكا الهاملتونية فضاء الزخم اقتران كيمياء الشبكة زمن كيوبت مادة موجة انحناء