المراقب (الفيزياء الكمية)

تُشير بعض تفسيرات ميكانيكا الكم إلى دور محوري للمراقب في رصد الظواهر الكمومية. ^{[ 1 ]} ويرتبط المراقب الكمومي بمسألة تأثير المراقب ، حيث يتطلب القياس بالضرورة التفاعل مع الجسم المادي المراد قياسه، مما يؤثر على خصائصه من خلال هذا التفاعل. وقد اكتسب مصطلح "القابل للرصد" معنىً تقنيًا، إذ يُشير إلى مُؤثر ذاتي مُرافق يُمثل النتائج المُحتملة لمتغير عشوائي . ^{[ 2 ] : 55}

يُعدّ الأساس النظري لمفهوم القياس في ميكانيكا الكمّ مسألةً خلافيةً ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالعديد من تفسيرات ميكانيكا الكمّ . ومن أهمّ نقاط التركيز انهيار الدالة الموجية ، حيث تزعم العديد من التفسيرات الشائعة أن القياس يُسبّب تغييرًا غير متصل إلى حالة ذاتية للمؤثر المرتبط بالكمية المقاسة، وهو تغيير غير قابل للانعكاس الزمني.

وبشكل أكثر وضوحًا، فإن مبدأ التراكب ( ψ = Σ _n a _n ψ _n ) للفيزياء الكمومية يملي أنه بالنسبة لدالة موجية ψ ، فإن القياس سيؤدي إلى حالة للنظام الكمومي لواحدة من القيم الذاتية الممكنة m f _n ، n = 1، 2، ...، m ، للمؤثر ∧ F الموجود في فضاء الدوال الذاتية ψ _n ، n = 1، 2، ...، m .

بمجرد قياس النظام، يُعرف حالته الراهنة؛ وهذا يمنعه من أن يكون في إحدى حالاته الأخرى - إذ يبدو أنه قد انفصل عنها دون احتمالية حدوث تداخل كمي قوي في المستقبل. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} وهذا يعني أن نوع القياس الذي يُجرى على النظام يؤثر على حالته النهائية.

من الحالات التي دُرست تجريبياً والمرتبطة بهذا التأثير الكمومي ، حيث تتلاشى الحالة الكمومية إذا تُركت دون مراقبة، ولكنها لا تتلاشى بسبب المراقبة المستمرة. تُوصف ديناميكيات النظام الكمومي الخاضع للمراقبة المستمرة بمعادلة رئيسية عشوائية كمومية تُعرف بمعادلة بيلافكين . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} وقد أظهرت دراسات أخرى أن مراقبة النتائج حتى بعد إنتاج الفوتون تؤدي إلى انهيار الدالة الموجية وتحميل تاريخ سابق، كما يتضح من خلال ممحاة الاختيار المؤجل الكمومية . ^{[ 9 ]}

عند مناقشة دالة الموجة ψ التي تصف حالة نظام ما في ميكانيكا الكم، ينبغي الحذر من مفهوم خاطئ شائع يفترض أن دالة الموجة ψ هي نفسها الجسم المادي الذي تصفه. هذا المفهوم الخاطئ يستلزم وجود آلية خارجية، كأداة قياس مثلاً، تقع خارج نطاق المبادئ التي تحكم التطور الزمني لدالة الموجة ψ ، وذلك لتفسير ما يُسمى " انهيار دالة الموجة " بعد إجراء القياس. لكن دالة الموجة ψ ليست جسماً مادياً ، كالذرة مثلاً، التي لها كتلة وشحنة ودوران قابلان للملاحظة، فضلاً عن درجات حرية داخلية. بل هي دالة رياضية مجردة تحتوي على جميع المعلومات الإحصائية التي يمكن للمراقب الحصول عليها من قياسات نظام معين. في هذه الحالة، لا يوجد أي غموض في أن هذا الشكل الرياضي لدالة الموجة ψ يتغير فجأة بعد إجراء القياس.

من نتائج نظرية بيل أن القياس على أحد جسيمين متشابكين قد يبدو أنه يُحدث تأثيرًا غير موضعي على الجسيم الآخر. وتنشأ مشاكل إضافية متعلقة بفقدان الترابط الكمومي عندما يُنمذج المراقب كنظام كمومي.

يُفترض تفسير كوبنهاغن ، وهو التفسير الأكثر قبولًا لميكانيكا الكم بين الفيزيائيين، ^{[ 1 ] [ 10 ] : 248} أن "المراقب" أو "القياس" ليس سوى عملية فيزيائية. وقد كتب فيرنر هايزنبرغ ، أحد مؤسسي تفسير كوبنهاغن :

بالطبع، لا ينبغي إساءة فهم إدخال مفهوم المراقب على أنه يعني إدخال أي نوع من السمات الذاتية في وصف الطبيعة. فوظيفة المراقب، بالأحرى، تقتصر على تسجيل القرارات، أي العمليات في المكان والزمان، ولا يهم إن كان المراقب جهازًا أو إنسانًا؛ لكن التسجيل، أي الانتقال من "الممكن" إلى "الواقع"، ضروري للغاية هنا ولا يمكن إغفاله في تفسير نظرية الكم. ^{[ 11 ]}

كتب نيلز بور ، وهو أيضاً أحد مؤسسي تفسير كوبنهاغن:

تُستمد جميع المعلومات الواضحة المتعلقة بالأجسام الذرية من العلامات الدائمة، كالبقعة على اللوحة الفوتوغرافية، الناتجة عن اصطدام الإلكترون بالأجسام التي تحدد ظروف التجربة. وبعيدًا عن أي تعقيد خاص، فإن تأثيرات التضخيم غير القابلة للعكس، التي يقوم عليها تسجيل وجود الأجسام الذرية، تُذكّرنا بعدم قابلية الانعكاس المتأصلة في مفهوم الملاحظة نفسه. يتسم وصف الظواهر الذرية، من هذه النواحي، بطابع موضوعي تمامًا، بمعنى أنه لا يُشار صراحةً إلى أي مراقب فردي، وبالتالي، مع مراعاة متطلبات النسبية، لا يوجد أي غموض في نقل المعلومات. ^{[ 12 ]}

وبالمثل، ذكر آشر بيريز أن "المراقبين" في الفيزياء الكمية هم

يشبه هذا الأمر "المراقبين" المنتشرين في كل مكان والذين يرسلون ويستقبلون إشارات ضوئية في النسبية الخاصة . من الواضح أن هذا المصطلح لا يعني وجود بشر فعليًا. قد يكون هؤلاء الفيزيائيون الخياليون مجرد آلات جامدة قادرة على أداء جميع المهام المطلوبة، إذا تمت برمجتها بشكل مناسب. ^{[ 13 ] : 12}

يشير منتقدو الدور الخاص للمراقب أيضًا إلى إمكانية مراقبة المراقبين أنفسهم، مما يؤدي إلى مفارقات مثل مفارقة صديق ويغنر ؛ وأنه ليس من الواضح مقدار الوعي المطلوب. وكما تساءل جون بيل : "هل كانت الدالة الموجية تنتظر ملايين السنين حتى ظهور كائن حي وحيد الخلية لتقفز؟ أم كان عليها أن تنتظر لفترة أطول قليلًا حتى يظهر مراقب مؤهل تأهيلًا عاليًا - حاصل على درجة الدكتوراه؟" ^{[ 14 ]}

لطالما شكّل بروز أفكار تبدو ذاتية أو أنثروبولوجية، مثل مفهوم "المراقب"، في المراحل الأولى لتطور النظرية، مصدر قلق وجدل فلسفي مستمر . ^{[ 15 ]} وتمنح بعض الآراء الدينية أو الفلسفية الحديثة المراقب دورًا أكثر خصوصية، أو تفرض قيودًا على من أو ما يمكن أن يكون مراقبًا. فعلى سبيل المثال، صرّح فريتجوف كابرا قائلًا: "إن السمة الأساسية للفيزياء الذرية هي أن المراقب البشري ليس ضروريًا فقط لملاحظة خصائص الجسم، بل هو ضروري أيضًا لتحديد هذه الخصائص." ^{[ 16 ]} ولا يوجد بحث علمي موثوق به ومُحكّم يدعم هذه الادعاءات.

كثيراً ما يُخلط بين مبدأ عدم اليقين وتأثير المراقب، حتى من قِبَل مُبتكره، فيرنر هايزنبرغ . [ ^{17 ] في} صيغته القياسية، يصف مبدأ عدم اليقين حداً أعلى للدقة التي يمكن بها قياس موضع الجسيم وزخمه في آنٍ واحد، مما يعني أنه عند العمل عند هذا الحد، فإن زيادة دقة قياس أيٍّ من الكميتين تتطلب تقليل دقة قياس الأخرى. ^{[ 18 ]}

هناك نسخة بديلة من مبدأ عدم اليقين، ^{[ 19 ]} أقرب إلى روح تأثير المراقب، ^{[ 20 ]} تأخذ في الاعتبار بشكل كامل الاضطراب الذي يحدثه المراقب على النظام والخطأ المتكبد، على الرغم من أن هذا ليس هو الاستخدام الأكثر شيوعًا لمصطلح "مبدأ عدم اليقين" في الممارسة العملية.

• تأثير المراقب (الفيزياء)
• أسس الكم