تضمنت معظم التجارب التي أجريت حتى هذه اللحظة لعمل هذا الاختبار استقطاب الفوتونات بدلاً من الحركة المغزلية للجسيمات المادية، لكن المبدأ هو نفسه. فالاستقطاب خاصية تحدد الاتجاه في الفراغ المرتبط بفوتون أو بشعاع من الفوتونات تماما كما أن الحركة المغزلية تحدد الاتجاه في الفراغ المرتبط بالجسيمات المادية. فنظارة الشمس البولارويد تعمل عن طريق حجب الفوتونات التي ليس لها استقطاب معيَّن جاعلة المنظر أمام مرتدي النظارة أكثر إظلامًا. تصور أن نظارة الشمس مصنوعة من مجموعة من الشرائح مثل الستائر المعدنية، وأن الفوتونات تحمل رماحًا طويلة. كل الفوتونات التي تمسك بالرماح مائلة بعض الشيء عبر صدورها تستطيع أن تمرق خلال الشرائح وتشاهدها بعينيك، وكل الفوتونات التي تحمل الرماح متجهة إلى أعلى لن تستطيع العبور خلال الشقوق الضيقة وستُحجب ويحتوي الضوء العادي على كل أنواع الاستقطاب؛ الفوتونات برماحها الممسوكة بزوايا مختلفة. وهناك أيضًا نوع من الاستقطاب يسمى الاستقطاب الدائري؛ حيث يتغير اتجاه الاستقطاب أثناء تقدم الفوتون، وكما أنني أحاول مزج امثلتي، فلنتصور الفتاة التي تسير في مقدمة العرض وهي تحرك عصاها في حركة دائرية. ويأتي هذا بطريقتين مختلفتين؛ واحدة تجاه اليمين والأخرى تجاه اليسار. ويمكن استخدام ذلك أيضًا في اختبارات دقة النظرية الكمية للعالم. فالضوء المستقطب في أحد المستويات الذي به كل الفوتونات تحمل رماحها بالزاوية نفسها يمكن أن ينتج عن طريق الانعكاس في ظل الظروف الصحيحة، أو بإمرار الضوء خلال مادة مثل عدسة بولارويد التي تسمح فقط بمرور استقطاب معين. ويُظهر الضوء المستقطب في أحد المستويات مرةً أخرى قواعد عدم اليقين الكمي أثناء عملها.

شكل 10-1: موجات مستقطبة رأسيًا تمرق عبر ألواح السور.

إن استقطاب الفوتون في اتجاه أو آخر هي خاصية «نعم / لا» مثل الحركة المغزلية للجسيم على المستوى الكمي. إما أنه يُستقطب في اتجاه معين ربما رأسيا - أو لا -. فالفوتونات التي تمر خلال شاشة معدنية ستُحجب حتما بشاشة أخرى موضوعة بزاوية قائمة. فإذا كان المستقطب الأول مثل شاشة معدنية بشرائح أفقية، فالشاشة الثانية ستكون مثل ألواح سور مرصوصة رأسيًا. والشيء المؤكَّد بما فيه الكفاية أنه عندما يكون هناك قطعتان من المادة المستقطبة «متعامدتين» بهذا الشكل فلن يمر أي ضوء. لكن ماذا لو افترضنا أن لوح البولارويد الثاني تُصنع شرائحه بزاوية 45 درجة مع شرائح المستقطب الأول؟ فالفوتونات التي تصل إلى المستقطب الثاني تمثل كلها زاوية قياسها 45 درجة مع المستوى، وبناء على الصورة الكلاسيكية فالفوتونات لا تمر. أما الصورة الكمية فهي مختلفة. ومن هذا المنطلق يملك كل فوتون فرصة 50% للعبور خلال المستقطب غير المتوازي مع الأول، وبالفعل تمر نصف الفوتونات والآن يأتي الأمر الغريب حقا. فالفوتونات التي استطاعت العبور صارت بالفعل ملتوية. وقد جرى استقطابها بزاوية 45 درجة بالنسبة إلى المستقطب الأصلي، وعليه فماذا يحدث إذا قابلت الآن هذه الفوتونات مستقطبًا آخر يصنع زاوية قائمة مع المستقطب الأول؟ وحيث إن الزاوية القائمة 90 درجة، فإن الفوتونات لا بد أن تكون بزاوية 45 درجة مع هذا المستقطب أيضًا. وتمر نصف الفوتونات كما حدث في السابق.

شكل 10-2: حجب موجات مستقطبة أفقيا.

وعندما يوجد استقطابان متعامدان فلن يمر أي ضوء. لكن إذا وضعت مستقطبًا ثالثا بين الاثنين المتعامدين بحيث يصنع زاوية 45 درجة مع كل منهما، فإن ربع الضوء الذي يمر خلال المستقطب الأول يمر كذلك خلال الاثنين الآخرين. ويبدو الأمر وكأننا وضعنا سياجين يمنعان دخول الحيوانات الضالة بنسبة %100 إلى ممتلكاتنا، ولنكون أكثر حرصا قرَّرنا بناء سياج ثالث بينهما لنطمئن أكثر. ولكن المفاجأة أننا وجدنا أن بعض الحيوانات الضالة التي منعها السياج المزدوج لم تجد أي صعوبة في العبور خلال السياجات الثلاثة كما لو كان لا يوجد أي سياج وبتغيير التجربة فإننا نغير من طبيعة الواقع الكمي. وعندما نستخدم مستقطبات بزوايا مختلفة فإننا فعليا نقيس استقطاب المكونات المختلفة لمتجه، وكل قياس جديد يبطل شرعية المعلومات التي حصلنا عليها من كل القياسات السابقة.

ويُدخل هذا تنويعةً جديدة على موضوع أينشتاين وبودولسكي وروزين. فنحن نتعامل مع فوتونات بدلا من جسيمات مادية، ولكن التجربة الأساسية ما زالت كما هي. ولنتخيل الآن عملية ذريةً تُنتج فوتونين يتحرَّكان في اتجاهين مختلفين. هناك عمليات واقعية كثيرة تحدث بهذا الشكل، وفي مثل هذه العمليات هناك دائما علاقة بين استقطاب الفوتونين؛ فهما إما أن يُستقطبا في نفس الاتجاه أو يُستقطبا بشكل ما في اتجاه معاكس. وللتبسيط سنتصور في تجربتنا الذهنية أن الاستقطابين لا بد أن يكونا هما نفسهما. وبعد فترة طويلة من ترك الفوتونين مكان ميلادهما نقرر قياس استقطاب أي منهما. فلنا حرية الاختيار، وهذا شيء اختياري كليةً، في أي اتجاه ستُرص مواد الاستقطاب، وبمجرد أن نفعل ذلك هناك فرصة معينة في أن يمر الفوتون خلالها وسنعرف فيما بعد إذا

شكل 10-3 الاستقطابات المتقاطعة توقف كل الموجات

كان استقطاب الفوتون إلى «أعلى» أو إلى «أسفل» لهذا الاتجاه المختار في الفراغ، ونعلم انه - عبر الفضاء الشاسع - يُستقطب الفوتونُ الآخرُ بالطريقة نفسها. ولكن كيف يُعرف الفوتونُ الآخرُ؟ وكيف له أن يكيف من نفسه لكي يمر بالاختبار بطريقة الفوتون الأول نفسها أو يفشل في المرور كما يفشل الفوتون الأول؟ وبقياسنا لاستقطاب الفوتون الأول فإننا نُحدِث انهيارًا للدالة الموجية ليس فقط لفوتون واحد بل لآخر بعيد تمامًا عند اللحظة نفسها.

شكل 10-4: مستقطبان يصنعان زاوية 45 درجة يمرران نصف الموجات التي مرت من الأول!

ومع الأمور الغريبة في هذه التجربة، فإنها ليست أكثر غرابة من اللغز الذي رسمه أينشتاين ورفاقه للاستحواذ على انتباه العلماء في ثلاثينيات القرن العشرين إن تجربة

شكل 10-5: ثلاثة مستقطبات تمرر ربع الموجات التي تعبر من الأول، حتى مع عدم مرور أي منها إذا أزلنا المستقطب الأوسط.

واقعية واحدة تعدل أكثر من نصف قرن من النقاش حول معنى تجربة ذهنية، وقد أعطى بل التجريبيين وسيلة لقياس تأثيرات هذا الفعل الشبحي عن بعد.

مواضيع ذات صلة

ميكانيكا الكم الخاصة بالروابط

ما الفائدة؟

إعادة النظر في اللامحلية

عوالم متعدّدة

هل نغيّر الفيزياء؟

الاحتمالات والقياسات

مبرهنة بيل وضرورة اللامحلية

الترابط والتشابك

الحالات الكمية والتراكب الكمي

التداخل والقياس

ألغاز الكم

Equipartition and the quantum oscillator