التتام

بطريقة شاملة مميزة وبأسلوب يفوق كل التوقعات أوضحت لنا البداهة evidence التجريبية البنية الذرية لجميع الأساسات substrata الفيزيائية وتكوينها الحبيبي corpuscular ليس فقط للمادة بل وأيضاً للضوء (رغم طبيعته الموجية (على الوجه الآخر) ) .

وتقودنا هذه البداهة الى استنتاجات هامة ، إذ كيف يمكن ملاحظة ودراسة ذرات مستقلة ؟ لقد ساعدتنا التقنيات الحديثة على إجراء تجارب مباشرة تتعلق بالذرات المستقلة بصورة جيدة جداً (مما يثبت مؤكداً حقيقة هذه الذرات دون شك ) . وبالطبع سوف يظل التناول التجريبي للذرات المستقلة أمراً بالغ الصعوبة ومختلفاً كل الاختلاف عنه في حالة دراسة وقياس الأجسام الماكروفيزيائية المرئية التي لا يحصى عدد ذراتها ، والتي لا يتوفر لها مقاييس وغيرها من وسائل القياس الميكانيكية والبصرية والكهربائية . بيد أن هناك اختلافاً كبيراً إذا تعلق الأمر بقياسات الذرات . نعلم أن كل أساس فيزيائي physical substratum وبالتالي كل وسيلة قياس فيزيائية تتكون من ذرات – سواء كانت ذرات مادية أو إلكترونات أو كمات ضوء مما يدمر كل إمكانات استخدام أنسب ادوات القياس من أجل هذا البحث على نحو ما هو متبع مع الأجسام أو الحوادث الماكروفيزيائية .

لقد أخذنا في اعتبارنا من قبل مدى ما هو أساسي لأفكارنا ومناهجنا الفيزيائية الكلاسيكية في الإدراك بشأن الدراسات الماكروفيزيائية من حيث حقيقة تقليل الربط العكسي back-coupling ، أي تأثر الجسم بعملية الرصد ، وذلك باستخدام أدوات قياس ذات دقة مناسبة ، أما إذا اعتبرنا جميع أدوات القياس نفسها مكونة من ذرات (ولا يوجد ما هو أقل من الذرات المستقلة) فإن هذه الطريقة لاستبعاد التأثير من وسيلة القياس لا تجدي إذا كان الجسم محل الدراسة ذرة مستقلة (أو بنية ذات ذرات قلائل) . ولم يعد هناك إمكانية للدراسة والملاحظة بوسيلة أصغر من الجسم محل الدراسة ولم يعد ممكناً بوسيلة بديلة التحكم أو استبعاد تأثير أداة القياس على هذا الجسم فيما يتعلق بالنتيجة . لذا لابد أن تكون قياسات الأجسام على المستوى الذري (خاطئة) دائماً بمعنى أن يعاني الجسم تدخلاً متغيراً أثناء عملية الرصد تبعاً والتحكم فيها نفسياً إذ يحالفنا التوفيق نوعاً ما ولكن تنفيذ الملاحظة في حد ذاته يؤثر على (الشيء object) الملاحظ – أي يؤثر على عملية التفكير نفسها مما يضع قيوداً على احتمالات نتائج الملاحظة  (فمثلاً لا يستطيع احد بمراقبة ذاته نفسيا من حيث كيفية الاخلاد للنوم لان مجرد الانتباه للنوم يحول دون حدوثه .

وكذلك يتأثر مصدر القرارات الارادية voluntary كنتيجة لمراقبة الذات بالتحكم من الداخل ) . ونفس الشيء يحدث على مستوى فيزياء الذرة – اذ يتأثر الشيء ( الموضوع ) المراقب بعملية المراقبة نفسها .

وفي هذا المقام يمكننا مع نيلزبور القول ببدأ اختفاء الفصل بين موضوع object وذات subject المشاهدة .

وليس من المناسب بالمرة ان نسمي تأثير عملية المشاهدة على الموضوع " خطأ " لأننا لا نتعامل مع تأثير مشوش يحدده وقتيا القصور الحالي في وسائل المشاهدة . فهذه القيود للمراقبة المثالية غير المؤثرة على الشيء (الموضوع ) ذاته يحددها القانون الطبيعي في اطار البنية الذرية للأساسات الفيزيائية . لذلك يجب ان نعزي للأشياء ( المواضيع ) الذرية نفسها خاصية معينة من " لا حتمية indeterminateness " و " لا تحديد indefiniteness " سلوكها الفيزيائي  مما يستحيل معه تكوين صورة موضوعية للحوادث الفيزيائية الذرية .

ولا يتضمن ذلك فشل اي محاولة للقياس الدقيق على مستوى الاجسام الذرية ، بل ان موضوع القياس الدقيق هو كل خاصية فيزيائية لاي ذرة . واذا تم بدقة رصد خاصية معينة لذرة ما فسوف ينجم عنه ( بسبب تأثر الموضوع بأداة القياس ) تغيرات قوية غير محكومة وغير محدودة ( عدد قوي من " اللايقين uncertainties  ") بالنسبة للخواص الاخرى للذرة .

ومن الممكن الرصد الدقيق لخواص الذرة غير المضطربة بهذا التأثر الخاص وذلك بالتحويل الاختياري للتداخل الملازم بالضرورة لرصد الخواص المختلفة للذرة الى خواص اخرى للموضوع . وبهذا " التتام complementarity  " كما يسميه بور تستطيع النظرية الجديدة استبعاد هذه المفارقات التي كانت تبدو محيطة عندما واجهتنا لأول مرة في ثنائية الموجات جسيمات وتوجهنا في كل مراحل فيزياء الكم .

ويجب اعتبار فكرة التتام اهم نتيجة للفلسفة التي تمخضت عنها الفيزياء الحديثة ، فهي تقدم طريقة علمية جديدة تماما في التفكير مختلفة تماما عن التفكير العلمي الكلاسيكي ممثلة في تصورات موضوعية . وبعد اعمال الذهن وادراك ظواهر الفيزياء الذرية الغامضة تماما ومن خلال المنهج التحليلي السابق فلا مندوحة عن الاعتقاد بان هذا المنهج على درجة عالية من الاهمية في كل المجالات الاخرى للعلم الطبيعي . وتبدو القوة التنويرية لهذه الفكرة في حل المعضلات وازالة المتناقضات جلية واضحة في المشكلة الشهيرة للطبيعة الثنائية للضوء ، كما تعد الخصائص المتصلة بالطبيعة الموجية للضوء من جهة وتلك المرتبطة بالطبيعة من جهة اخرى "متتامة complementary  " بمعنى عدم ظهورها ابدا في تجربة واحدة بذاتها في وقت واحد ( وما يترتب على ذلك من تعارض فعلي مباشر ) . فالتجارب التي تظهر الجانب الموجي للضوء تدفع ( من خلال الفعل المرتبط بكل تجربة ) الطبيعة الجسمية للضوء الى منطقة اللاحتمية واللامراقبة .

بينما تدفع تجارب اخرى الجانب الجسيمي للضوء الى الظهور تاركة كل خواص الطبيعة الموجية له دون الافصاح عن هويتها ، وتوحد هذه الوسيلة العجيبة لطبيعة التتام في ذات الشيء الفيزيائي الواحد الخواص والاطرادات المتناقضة بحيث لا تتواجد جميعها في وقت واحد أبداً .

ولنتابع ذلك بتفصيل اكثر في المثال السابق تناوله مرارا اي تداخل الاشعة الضوئية المارة خلال الحائل ذي الثقبين ، فاذا رغبنا حدوث هذا التداخل لتوضيح الطبيعة الموجية للضوء فلا بد كما ذكرنا ان نتغاضى في نفس الوقت عن رغبتنا في تحديد اي الثقبين مر منه كم ضوء محدد.

وبالنظر لهذه الحادثة من الجانب المقابل لمبدأ "التتام" يمكن ملاحظة الثقب الذي مر منه كم الضوء ، ولكن على العكس ، حينئذ ينبغي التنازل عن الرغبة في الحصول على تداخل الشعاعين الضوئيين اذ يمكن في ذلك الحين غلق احد الثقبين للتأكد من مرور كم ضوئي واحد فقط من الثقب الاخر ، وعندئذ لا يمكن الجزم باي الثقبين يمر منه كم الضوء دون تغيير ظروف التجربة آنياً بحيث يعاق التداخل بين الشعاعين .

ولندرس مثالا اخر شحنة السحابة الالكترونية في ذرة الهيدروجين ، فاذا ثبت موضع نقطة محددة بواسطة مجهر عندئذ يجب الافتراض بعدم دقة تكون على الاقل من رتبة الاطوال الموجية للضوء المرئي وهي اكبر كثيرا من ابعاد الذرة . ولكن لا يعوق تخيلنا ان لدينا مجهرا لا يعتمد على الضوء المرئي وانما على الاشعة السينية او حتى اشعة جاما gamma ذات الطول الموجي الاقل بكثير وعندئذ نستطيع قياس موضع الالكترون بدقة عالية مميزة داخل الشحنة السحابية لذرة الهيدروجين . ولنضع الان هذه الذرة تحت مجهر جاما " ولنختبر " البنية الداخلية لها حتى نحدد موضع الالكترون على ألا يغيب عن ذهننا في هذه التجربة الخيالية ان طاقة " ضوء جاما " اللازمة لإضاءة الالكترون وجعله مرئياً هي طاقة مركزة في كمات ضوء مستقلة عالية الطاقة بسبب قصر اطوالها  الموجية ، ويكون " فحص " ذرة الهيدروجين كالاتي : كم ضوء مستقل غني بالطاقة يصطدم بالإلكترون فيرتد عنه مقتربا منا خلال المجهر مبينا الوضع الفعلي للألكترون ، ولكن هذا الالكترون يتأثر بشدة بهذه الطريقة فتتغير حالته السابقة بسبب تفاعله مع كم الضوء على الطاقة ، وغالبا ما يتوقع انتزاع الالكترون تماما من ذرة الهيدروجين التي تتحول آنذاك الى أيون .

نستطيع تماما الان تفسير معنى " سحابة الشحنة charge cloud " حول نواة الذرة حسابيا بالميكانيكا الموجية وذلك بأجراء التجربة عدة مرات كثيرة مع التأكيد كل مرة على استخدام ذرة هيدروجين في ادنى حالات الطاقة ( الحالة العادية normal state ) . أما اذا كانت الذرات في منسوب طاقة ثابت او اعلى فان الحساب يختلف لاختلاف بنية سحابة الشحنة اذ انه تبعا لنظرية الكم توجد بنية نوعية محددة لسحابة الشحنة تختلف باختلاف مناسيب الطاقة . وبتكرار قياس موضع الالكترون في ذرة الهيدروجين في حالتها العادية نجد الالكترون في مواضع مختلفة من حالة لأخرى ، بالضبط كما في تجربة تداخل الضوء اذ نجد كمات الضوء المستقلة في اماكن مختلفة على اللوح الفوتوغرافي موزعة توزيعا احصائيا تبعا للشدة الضوئية محسوبة وفق النظرية الموجية . اما التوزيع الاحصائي لمواضع الالكترونات المقيسة فتعطيها سحابة الشحنة محسوبة تبعا للميكانيكا الموجية . وبهذا التحديد فقط اكتسب تصور سحابة الشحنة معنى واضحا تحدده تجارب مدعمة قوية محددة .

وفي نفس الوقت نلاحظ في هذه التجربة كيف تتفق التأثيرات المتغيرة في مشاهدات فيزياء الكم مع الحقائق . فقبل تأثير عملية الرصد التي نحن بصددها يكون لدى ذرة الهيدروجين طاقة محددة ، بيد  انه بصفة عامة في هذه الظروف لا يكون هناك موضع محدد للألكترون – فموضعه لا يتحدد او يتعين بصورة غير محدودة في بنية سحابة الشحنة الاحصائية . ومن خلال رصد موضعه بمجهر اشعة جاما فقط فاننا نرغمه على اكتساب موضع محدد .

لاحظ أننا لا نصف في اي موضع ينبغي ظهور الالكترون ولكننا نرغمه على شغل موضع محدد فينجم عن ذلك ازمة جديدة لإلكترون يشغل موضعاً محدداً وفي نفس الوقت يحدث تبادل طاقة غير محدد بين كم الضوء في اشعة جاما وبين الإلكترون مما يخل بالحالة الاصلية للطاقة المحددة للذرة.

وهناك عملية مماثلة تماماً يمكن تمثيلها بالتصادم السابق وصفه لكم ضوء مستقطب خطياً بمنشور نيكول . وفي هذه الحالة يمكن القول بأن تأثير عملية الرصد أرغم كم الضوء على اتخاذ موقف محدد واضح لم يكن محددا من قبل .

وعلى كم الضوء تقرير ما اذا كان سيمر من منشور نيكول المائل على المستوى الاصلي للاهتزاز لهذا الكم الضوئي أو سوف يرتد عنه . ويماثل ذلك اتخاذ الالكترون لموقف محدد مفروض عليه في التجربة السابقة .

واضح انه لم يعد هناك مكان لاي من هذه الافكار بشأن سببية كاملة تحدد سلفا وبوضوح كل حادثة . فاذا اردنا ان نحسب سلفا حركات المستقبل بالضبط لبنية ماكروفيزيائية كنظام الكواكب مثلا ، فلا بد من امرين ، اولا ، العلم بصلاحية قانون نيوتن ( دون سواه ) ، ومعرفة اقدار magnitudes مختلف الكواكب الخاضعة لقوى الجذب النيوتوني وعلاقات القوة مع العجلة .

ثانياً ، العمل بمواضع وسرعات الكواكب المختلفة عند لحظة زمنية محددة ، وبذلك يمكن تحديد المسار العام للحركة رياضياً وبكل دقة في اللحظات الزمنية اللاحقة لهذه اللحظة (وكذا السابقة عليها ).

ولكننا في حالة الالكترون لا يمكننا ان نحدد في آن واحد موضعه وسرعته عند لحظة زمنية محددة . ولما كان الموضع والسرعة متتامين فان قياس موضع الالكترون بمجهز اشعة جاما يتعذر معه ملاحظة سرعته – والعكس ايضا صحيح . وبعد ان عرضنا ان الخصائص الفيزيائية للذرة يتمم بعضها بعضا جزئيا وانه يستحيل مراقبة الذرة " من كل جوانبها " في وقت واحد كما كانت ( الامر الذي يتحقق في حالة الاجسام الماكروفيزيائية ) فيجب الاعتراف بانه امر طبيعي تماما استحالة الحسابات المسبقة للسلوك المستقبل للذرات وكمات الضوء مثل ما يحدث في حالة الكواكب . ونؤكد مرة اخرى : لا تعتمد هذه الاستحالة على عدم الكفاءة الفنية والعملية لأجهزتنا فحسب بل وايضاً على الطبيعة نفسها . وتلك نتيجة ايجابية للقوانين الطبيعية التي اكتسبت في ميكانيكا الكم او الميكانيكا الموجية صياغة دقيقة رياضيا وتؤيدها التجارب .

يمكننا ، كما رأينا ، التعرف بوضوح على السبب الحقيقي لهذه الاستحالة وذلك من خلال الحقيقة الاساسية للبنية الذرية للصرح الفيزيائي بأكمله . اما اللاتحديد الكامن في الحالة الفيزيائية لجميع الاشياء الذرية فيتطلب لا تحديداً مناظراً في عملية التأثير ، اذ يغيب في هذا المقام الحساب المسبق تبعً للقوانين  السببية الفعلية . وليس لنقص بشري في المعرفة يظهر في الانتقال الكمي الاساسي ، ولكن الطبيعة ذاتها هي المسئولة حتى اخر قرار عن كل حالة مستقلة . وفي الختام ، ليكن واضحا ان استخدامنا المتكرر لكلمة " لا تحديد indefiniteness " بشأن الحوادث الفيزيائية الذرية لا يعبر حقا عن اي شيء سوى استحالة اتباع التصورات الكلاسيكية المألوفة في هذا الصدد .