لاحتمية كمية

لاحتمية كمية (بالإنجليزية: Quantum indeterminacy)‏ هوعدم اكتمال وصف النظام الفيزيائي، أصبحت اللاحتمية الكمية أحد خصائص الوصف القياسي لفيزياء الكم. كان يعتقد قبل وجود الفيزياء الكمومية ما يلي:

(أ) يملك النظام المادي حالة معروفة تحدد جميع قيم خواصه القابلة للقياس والعكس سليم.
(ب) تحدد قيم الخواص القابلة للقياس حالة النظام المادي بشكل فريد.

يمكن توضيح اللاحتمية الكمية من خلال توزيع الاحتمالات على مجموعة من نتائج القياسات التي يمكن قياسها. يحدد التوزيع بشكل فريد بواسطة حالة النظام، توفر ميكانيكا الكم أيضًا طريقة لحساب توزيع الاحتمال هذا. لم تكن فكرة اللاحتمية الكمية في القياس ابتكارًا لميكانيكا الكم، إذ عثر الفهماء حتى أخطاء القياس قد تؤدي إلى نتائج غير محددة. أصبحت أخطاء القياس مفهومة جيدًا بحلول النصف الأخير من القرن الثامن عشر، وكان من المعروف أنه يمكن تخفيضها عن طريق ابتكار معدات أفضل أوحسابها من خلال نماذج الأخطاء الإحصائية. تملك اللاحتمية الكمية في فهم ميكانيكا الكم طبيعة أكثر جوهرية، ولا علاقة له بالأخطاء أوالتشويش.

القياس

يتطلب حساب اللاحتمية الكمية وجود نظرية قياس. اقتُرِحَت الكثير من النظريات منذ نشأة ميكانيكا الكم، وما زال القياس في ميكانيكا الكم مجالًا نشطًا للبحث في جميع من الفيزياء النظرية والتجريبية. قد تكون أول محاولة منهجية لنظرية رياضية تطورت بواسطة جون فون نيومان. يسمى نوع القياسات التي درسها القياسات الإسقاطية. استندت تلك النظرية بدورها على نظرية القياسات ذات القيمة المُسقطة للمشغلين الهيرماتيين الذين وُجِدوا مؤخرًا (بواسطة فون نيومان، ومارشال ستون بشكل مستقل) وصياغة هيلبرت الرياضية لميكانيكا الكم (التي نسبها فون نيومان إلى بول ديراك).

اللاحتمية وعدم الاكتمال

اللاحتمية الكمية: هي التأكيد على أنَّ حالة النظام لا تحدد مجموعة محددة من القيم لجميع خصائص النظام القابلة للقياس. وفقًا لنظرية كوخين شبيكر: من المحال في الصيغة الميكانيكية الكمومية بالنسبة إلى حالة معينة حتىقد يكون لكل خاصية من هذه الخصائص القابلة للقياس قيمة محددة. ستؤخذ قيم العنصر المرصودة بشكل عشوائي وفقًا لتوزيع الاحتمالات الذي تحدده حالة النظام. لاحظ أنّ الحالة تلغى عن طريق القياس، لذلك عندما نشير إلى مجموعة من القيم، يجب الحصول على جميع قيمة مُقاسة في هذه المجموعة باستخدام حالة حديثة. قد تعتبر هذه العشوائية نوعًا من النقص في وصفنا للنظام المادي. ومع ذلك لاحظ أنَّ اللاحتمية كما هي مذكورة أعلاه تنطبق فقط على قيم القياسات لا على الحالة الكمية. اعتقد آينشتاين أنَّ الحالة الكمية لا يمكن حتى تشكل وصفًا كاملاً للنظام الفيزيائي، ويعتقد بشكل عام أنها لا تتوافق أبدًا مع ميكانيكا الكم. وضح أينشتاين وبوريس بودولسكي وناثان روزين أنه إذا كانت ميكانيكا الكم سليمة، فإن النظرة الكلاسيكية لكيفية عمل العالم الحقيقي (على الأقل بعد النسبية الخاصة) غير قابلة للاستمرار. تضمن هذا الرأي الفكرتين التاليتين:

يمكن التنبؤ بقيمة أي خاصية قابلة للقياس في نظام مادي بشكل دقيق فهي في الواقع عنصر من عناصر الواقع المحلي (استُخدم هذا المصطلح من قبل إي بي آر).
تملك آثار الإجراءات المحلية سرعة انتشار محدودة.

كان هذا الخطأ في النظرة الكلاسيكية أحد استنتاجات التجربة الفكرية لإي بي آر التي أجرى خلالها اثنان من المراقبين الموجودين في مكان بعيد (يُشار إليهما بأليس وبوب) قياسات مستقلة لدوران زوج من الإلكترونات، أُخذا من مصدر في حالة خاصة تسمى الحالة المنفردة. استنتج في نظرية إي بي آر باستخدام معدات نظرية الكم أنه بمجرد قياس أليس الدوران في اتجاه x سيكون قياس بوب في اتجاه x بشكل مؤكد، في حين أنه يمكن قبل قياس أليس مباشرة تحديد نتيجة بوب إحصائيًا فقط. يُستنتج من ذلك أنّه إما قيمة الدوران في الاتجاه x ليست عنصرًا حقيقيًا أوحتى تأثير قياس أليس له سرعة انتشار غير محدودة.

اللاحتمية في الحالات المختلطة

لقد وصفنا اللاحتمية لنظام الكم في الحالة البحتة. الحالات المختلطة هي نوع من الحالة العامة يحصل عليها مزيج إحصائي من الحالات البحتة. بالنسبة للحالات المختلطة يحدد النظام الكمي توزيع احتمال القياس على النحوالتالي: ليكن الكائن (A) قابلًا للقياس بالنسبة لنظام ميكانيكي كمي. يعطى (A) بواسطة مُشغِّل ربط ذاتي على H. المقياس الطيفي لـ (A) هومقياس قيم إسقاط محدد بواسطة الحالة:

{\displaystyle \operatorname {E _{A (U)=\int _{U \lambda \,d\operatorname {E (\lambda ),

لكل مجموعة بوريل فرعية U من R.

بالنظر إلى حالة مختلطة S، نقدم توزيع A ضمن S على النحوالتالي:

${\displaystyle \operatorname {D _{A (U)=\operatorname {Tr (\operatorname {E _{A (U)S).$

هذا هومقياس الاحتمال المحدد في مجموعات بوريل الفرعية لـ R وهوتوزيع الاحتمال الذي حصلنا عليه عن طريق قياس A في S.

الاستقلال المنطقي والعشوائية الكميّة

غالبًا ما تعرّف اللاحتمية الكمية كمعلومات (أونقص معلومات) نستنتج وجودها، يحدث في أنظمة الكم الفردية قبل القياس. تعتبر العشوائية الكمية مظهرًا إحصائيًا للاحتمية اللامتناهية، يمكن رؤيتها في نتائج التجارب المتكررة عدة مرات. ومع ذلك فإن العلاقة بين اللاحتمية الكمية والعشوائية علاقة دقيقة ويمكن اعتبارها مختلفة.

تعتبر تجارب الصدفة في الفيزياء الكلاسيكية (مثل رمي العملة المعدنية ورمي النرد) تجارب حتمية، بمعنى حتى الفهم الكاملة بالظروف الأولية تجعل النتائج قابلة للتنبؤ بشكل دقيق. تنبع العشوائية من جهل المعلومات الفيزيائية عند الرمي. وعلى العكس تماما في حالة فيزياء الكم تشير نظريات كوشين وسبكر وعدم المساواة لجون بل والأدلة التجريبية لآلان أسبيكت إلى حتى العشوائية الكمومية لا تنبع بسبب هذه المعلومات المادية.

قدم توماس باتريك وفهماء آخرون في عام 2008 تفسيرًا من خلال معلومات رياضية. لقد نشروا عملاً بارعًا أثبتوا من خلاله أنَّ العشوائية الكمومية هي حصيلة تجارب القياس التي تدخل إعدادات مدخلاتها الاستقلال المنطقي في الأنظمة الكمومية.

الاستقلال المنطقي هوظاهرة معروفة في المنطق الرياضي. ويشير إلى الاتصال المنطقي الموجود بين الفرضيات الرياضية التي لا تثبت أوتدحض بعضها البعض.

أظهر الباحثون (في عمل باتريك) رابطًا يربط العشوائية الكمومية والاستقلال المنطقي في نظام رسمي للاقتراحات المنطقية. أظهر باتريك في تجارب قياس استقطاب الفوتون الإحصائيات التي تربط النتائج المتسقطة بالاقتراحات الرياضية المعتمدة منطقيًا، والنتائج العشوائية مع المقترحات المستقلة منطقيًا.

انظر أيضًا

مبدأ الريبة
تشابك كمي
مكاملة (فيزياء)
تفسيرات ميكانيكا الكم
القياس في ميكانيكا الكم
مفارقة إي بي آر

مراجع

^ Team, Almaany. "ترجمة ومعنى indeterminacy بالعربي في قاموس المعاني. قاموس عربي انجليزي مصطلحات صفحة 1". www.almaany.com (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في أربعة يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ 04 يناير 2020.
^ V. Braginski and F. Khalili, Quantum Measurements, Cambridge University Press, 1992.
^ Gregg Jaeger, "Quantum randomness and unpredictability" Philosophical Transactions of the Royal Society of London A doi/10.1002/prop.201600053 (2016)|Online=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prop.201600053/epdf PDF
^ S Kochen and E P Specker, The problem of hidden variables in quantum mechanics, Journal of Mathematics and Mechanics 17 (1967), 59–87.
^ John Bell, On the Einstein Podolsky Rosen paradox, Physics 1 (1964), 195–200.
^ Alain Aspect, Jean Dalibard, and Gérard Roger, Experimental test of Bell’s inequalities using time-varying analyzers, Physical Revue Letters 49 (1982), no. 25, 1804–1807.
^ Alain Aspect, Philippe Grangier, and Gérard Roger, Experimental realization of Einstein–Podolsky–Rosen–Bohm gedankenexperiment: A new violation of Bell’s inequalities, Physical Review Letters 49 (1982), no. 2, 91–94.
^ Tomasz Paterek, Johannes Kofler, Robert Prevedel, Peter Klimek, Markus Aspelmeyer, Anton Zeilinger, and Caslav Brukner, "Logical independence and quantum randomness", New Journal of Physics 12 (2010), no. 013019, 1367–2630.
^ Tomasz Paterek, Johannes Kofler, Robert Prevedel, Peter Klimek, Markus Aspelmeyer, Anton Zeilinger, and Caslav Brukner, "Logical independence and quantum randomness — with experimental data", arxiv.org/pdf/0811.4542v2.pdf (2010).
^ Edward Russell Stabler, An introduction to mathematical thought, Addison-Wesley Publishing Company Inc., Reading Massachusetts USA, 1948.

[1] Team, Almaany. "ترجمة ومعنى indeterminacy بالعربي في قاموس المعاني. قاموس عربي انجليزي مصطلحات صفحة 1". www.almaany.com (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في أربعة يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ 04 يناير 2020.

[2] V. Braginski and F. Khalili, Quantum Measurements, Cambridge University Press, 1992.

[3] Gregg Jaeger, "Quantum randomness and unpredictability" Philosophical Transactions of the Royal Society of London A doi/10.1002/prop.201600053 (2016)|Online=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prop.201600053/epdf PDF

[4] S Kochen and E P Specker, The problem of hidden variables in quantum mechanics, Journal of Mathematics and Mechanics 17 (1967), 59–87.

[5] John Bell, On the Einstein Podolsky Rosen paradox, Physics 1 (1964), 195–200.

[6] Alain Aspect, Jean Dalibard, and Gérard Roger, Experimental test of Bell’s inequalities using time-varying analyzers, Physical Revue Letters 49 (1982), no. 25, 1804–1807.

[7] Alain Aspect, Philippe Grangier, and Gérard Roger, Experimental realization of Einstein–Podolsky–Rosen–Bohm gedankenexperiment: A new violation of Bell’s inequalities, Physical Review Letters 49 (1982), no. 2, 91–94.

[8] Tomasz Paterek, Johannes Kofler, Robert Prevedel, Peter Klimek, Markus Aspelmeyer, Anton Zeilinger, and Caslav Brukner, "Logical independence and quantum randomness", New Journal of Physics 12 (2010), no. 013019, 1367–2630.

[9] Tomasz Paterek, Johannes Kofler, Robert Prevedel, Peter Klimek, Markus Aspelmeyer, Anton Zeilinger, and Caslav Brukner, "Logical independence and quantum randomness — with experimental data", arxiv.org/pdf/0811.4542v2.pdf (2010).

[10] Edward Russell Stabler, An introduction to mathematical thought, Addison-Wesley Publishing Company Inc., Reading Massachusetts USA, 1948.

ميكانيكا الكم
جزء من سلسلة منطقات حول ميكانيكا الكم
${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial {\partial t \|\psi (t)\rangle ={\hat {H \|\psi (t)\rangle$
مقدمة معجم تاريخ
خلفية ميكانيكا كلاسيكية النظرية الكمومية القديمة ترميز برا-كيت هاملتوني تداخل الموجات
أساسيات اتساق إزالة الترابط مكاملة مستوى طاقة تشابك كمي هاملتوني مبدأ الريبة حالة قاعية تداخل الموجات مسألة القياس لاموضعي القياس المؤثر الكم تموج كمي رغوة كمية تأثير كازيمير عدد كمي ضجيج كمومي عالم الكم حالة كمومية نظام كمومي انتنطق آني كمي بت كمومي لف مغزلي تراكب كمي التناظر كسر التناظر فراغ كمي انتشار الموجات دالة موجية انهيار الدالة الموجية ازدواجية موجة-جسيم الموجة المادية
تأثيرات تأثير زيمان تأثير شتارك تأثير أهارونوف-بوم استكمام لانداو تأثير هول الكمي تأثير زينوالكمومي نفق ميكانيكا الكم ظاهرة كهروضوئية تأثير كازيمير
تجارب أفشار اختبار بيل دافيسون-جيرمر شقي يونغ إليزور- فايدمان فرانك-هرتز تباين ليجت–جارج ماخ–زيندر بوبر تجربة الممحاة الكمومية (delayed-choice) قطة شرودنغر الانتحار الكمومي والفناء شتيرن-غيرلاخ Wheeler's delayed-choice
صياغات صياغة رياضية لميكانيكا الكم تصور هايزنبرغ تصور التآثر ميكانيكا المصفوفة Phase-space تصور شرودنغر صيغة تكامل المسار
معادلات معادلة ديراك معادلة كلاين-غوردون معادلة باولي صيغة ريدبرغ معادلة شرودنغر
تفسيرات تفسيرات ميكانيكا الكم التواريخ المتوافقة تفسير كوبنهاغن نظرية دي بروي-بوم Ensemble نظرية المتغير الخفي تفسير العوالم المتعددة Objective collapse ميكانيكا بيشان الكمية منطق كمومي ميكانيك الكم العلائقي Stochastic النسبية القياسية تفسير المعاملات
موضوعات متقدمة تلدين كمي Quantum chaos حاسوب كمومي مصفوفة الكثافة نظرية الحقل الكمومي Fractional quantum mechanics جاذبية كمية Quantum information science Quantum machine learning نظرية الاضطراب ميكانيكا الكم النسبية نظرية التشتت Spontaneous parametric down-conversion Quantum statistical mechanics
فهماء أهارونوف ستيوارت بل بلاكيت بلوخ بوم بور بورن بوز دي برولي كاندلين آرثر كومبتون ديراك كلنتون دافيسون بيتر ديباي بول إهرنفست أينشتاين إيفيريت Fock إنريكوفيرمي فاينمان روي ج. غلاوبر Gutzwiller هايزنبرج ديفيد هيلبرت جوردان كرامرز باولي لامب ليف لانداو لاوي هنري موزلي روبرت ميليكان هايك كامرلينغ أونس بلانك رابي تشاندراسيخارا رامان يوهانس رايدبيرغ شرودنغر سومرفيلد فون نيومان فايل فيلهام فين ويغنر بيتر زيمن أنطون تسايلينغر