تصور بأن لدينا مدفع يقوم بقذف جسيمات كروية صغيرة باتجاه حاجز يحتوي على شق وحيد، ومن خلفه شاشة رصد، حيث تقوم بتشكيل الشكل الناتج من القذف كما هو موضح بالشكل (1–5) من الطبيعي جدا أن يتكون خط على شاشة الرصد، وهذا هو ما يحدث فعلا، وإذا قمنا بفتح شق آخر بجنب الشق السابق سنرى تكون خطين على شاشة الرصد كما في الشكل (2–5).

لنعد مرة أخرى إلى الشق الوحيد، ولكن بدلا من أن نرسل جسيمات مقذوفة، سنقوم بإرسال موجات ضوئية. في هذه الحالة سوف تتكون خطوط ضعيفة الشدة جدا على الأطراف وخط وحيد عالي الشدة في المنتصف، ذلك لان الشدة تكون أعلى ما يمكن في المنتصف، الشكل (3–5). نقوم الآن بنفس التجربة، لكن على الشقان معا، شيء ما مختلف سيحدث عندما تصل الموجة إلى الشقان وتخرج منهما سيحدث تداخل بينهما interference، حيث تقوم الموجتان من كل شق ببناء بعضهما البعض في بعض المناطق، وهذا ما يسمى بالتداخل البناء interference construction، وفي مناطق أخرى على الشاشة تقوم الموجتان بهدم بعضهما البعض، وهو ما يسمى بالتداخل الهدام interference destructive. يظهر الناتج الكلي على شكل خطوط سوداء وبيضاء، الشكل (4–5).

حتى الآن لا يوجد شيء لا معقول أو غير طبيعي. لكن عند الانتقال بنفس التجربة إلى حدود ميكانيكا الكم، حيث سنستبدل المقذوفات الكروية بإلكترونات، سنرى اللامعقولية بعينها.

في التجربة الأولى سنرسل الالكترونات إلى الشق الوحيد والناتج خط على شاشة الرصد. لا مشكلة في ذلك، لنقم الآن بفتح الشقان ونرى الناتج على شاشة الرصد ربما نتوقع ظهور خطين على الشاشة، لكن ما يحدث هو ظهور نموذج التداخل، الشكل (4–5). في الحقيقة لا غرابة في ذلك إذا ما تذكرنا نظرية دي بروي التي تنص على أن الالكترونات ذات صفة مزدوجة، جسيمية وموجية بذلك تكون الالكترونات شبيه بالفوتونات وقد تصرفت وكأنها موجات ضوئية.

دعنا الآن نتحايل قليلا ونضعف شدة المدفع كثيرا حتى يصل إلى درجة إطلاق الالكترونات واحدا تلو الآخر. أي أن هناك فاصل زمني معين بين الطلقة والأخرى. ماذا نتوقع أن يحدث بعد مرور زمن كافي يمر فيه عدد كبير جدا من الالكترونات المنفصلة عبر الشقين؟ الجواب هو ظهور نموذج التداخل!! هذا شيء عجيب حقا، عندما أرسلنا الالكترونات دفعة واحدة، وجدنا شكل معين على الشاشة وهو نموذج التداخل، وعندما أرسلنا الالكترونات الواحد تلو الأخر بفارق زمني معين وجدنا نفس الشكل. إن هذا الكلام مربك للغاية، فلو أرسلنا مجموعة من الأشخاص بدل الالكترونات لقلنا بأنهم قد اتفقوا فيما بينهم على أن يرتبوا أنفسهم بحيث يظهر نفس الشكل الذي كان عندما أرسلناهم دفعة واحدة. لكن هل الالكترونات تتفق فيما بينها لتعطي الشكل نفسه؟ هل تمتلك تلك الجسيمات وعي معين؟ بالإمكان إجراء التجربة بشكل آخر، نرسل الالكترونات المفردة إلى شق معين والأخر مغلق، سيتكون الشكل (1–5)، ثم نفتح الشق الأخر، من المفترض أن يتكون الشكل (2–5) ولكن كما قلنا سيتكون نموذج التداخل، الشكل (4–5). هنا تكمن قلب المشكلة، إذ كيف يمكن لحبات صغيرة تذهب إلى شق معين أن تتأثر بفتح أو بإغلاق الشق الاخر؟

رغم غرابة التجربة، فان الحس العام يقول لنا بأن الإلكترون المفرد يجب أن يمر من إحدى الشقين، إما الأيمن أو الأيسر. إذا كان الأمر كذلك فيمكننا معرفة الشق الذي سيمر منه الإلكترون، وذلك بوضع كاشف يراقب كلا الشقين. لكن ماذا عساه أن يكون ذلك الكاشف؟ لابد من استخدام ضوء في نهاية الأمر، لكن هنا نتذكر مبدأ الارتياب، فالضوء المكون من سيل من الفوتونات سيصطدم بإلكترون وليس بكرة سلة أي انه سيؤثر على كمية دفع الإلكترون وموقعه. بمعنى أخر سوف نقوم بتغيير شروط التجربة، و بناءا على هذا التغيير، ستتغير النتائج من الشكل (4–5) إلى (2–5) أي أن ظاهرة التداخل تزول تماما إذا تمت مراقبة الإلكترون!!

إذن كيف نفسر الآن ظاهرة التداخل عندما نقوم بإرسال الالكترونات فرادى الواحد تلو الأخر. إن الشعور العام يقول لنا بأن الإلكترون المفرد يجب أن يدخل من إحدى الشقين، وإذا دخل من إحدى الشقين يجب ألا يتأثر بوجود أو عدم وجود شق أخر والعكس صحيح. لكن ما رأينا أنه يتأثر بذلك، إن ظاهرة التداخل التي تحدثها الالكترونات الفردية يجب ألا تحدث إلا بوجود اقتران شيء ما بشيء أخر حتى لو أطلقنا الالكترونات فرادى. إذن لا يوجد أمامنا إلا تفسير واحد، وهو وجود موجة اقتران مع كل إلكترون مفرد حيث يقوم الإلكترون لدى وصوله إلى الشقان بضربهما في وقت واحد بسبب طبيعته الموجية، لكن عندما يصل إلى الشاشة فأنه يصل كجسيم لا كموجة!

لكن هذا التفسير يبدوا وكأنه مزعج بعض الشيء، وربما أنه قد أزعج فيزيائي نظري مميز أراد تفسيرا أكثرا واقعية أو أكثر جمالا من التفسير السابق. لقد رأى أن تحدي الحس العام لتفسير هذه المعضلة يعطي نتائج أكثر واقعية من التفسير السابق فأين المشكلة إذا قلنا أن الإلكترون لا يمر عبر واحد من الشقين الأيمن أو الأيسر فقط، بل يمر عبر كلا الشقين في أن واحد! في الحقيقة كان اقتراح مميز من فيزيائي مميز مرح يدعى ريتشارد فاینمان Richard Feynman.

مواضيع ذات صلة

Equipartition and the quantum oscillator

philosophical implications of quantum mechanics

Crystal diffraction

Measurement of position and momentum

Probability wave amplitudes

The uncertainty principle

First principles of quantum mechanics

Watching the electrons

An experiment with electrons

An experiment with waves

An experiment with bullets

Chance and likelihood