قد لا تحتاج ميكانيكا الكم إلى أرقام خيالية بعد كل شيء

لقد أظهر الفيزيائيون أن الأعداد التخيلية قد لا تكون مطلوبة بشكل أساسي في ميكانيكا الكم.

قام الفيزيائيون في جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف (HHU)، الذين يعملون مع مركز الفضاء الألماني (DLR)، بإعادة النظر في إحدى السمات الأساسية لميكانيكا الكم. وتظهر دراستهم أنه يمكن التعبير عن النظرية باستخدام الأعداد الحقيقية بدلا من الاعتماد على الأعداد التخيلية.

تم بناء ميكانيكا الكم لوصف الطبيعة في أصغر مقاييسها، حيث لا تتصرف المادة بالطريقة التي تتصرف بها الأشياء اليومية. على مستوى الذرات والجسيمات دون الذرية، يمكن للجسيمات أن تتصرف مثل الموجات، وتمر عبر حواجز يبدو أنه لا ينبغي لها عبورها، وتصبح مرتبطة بطرق تتحدى الحدس العادي.

بدأت النظرية في التبلور في أوائل القرن العشرين من خلال عمل الفيزيائيين بما في ذلك ماكس بلانك، ونيلز بور، وفيرنر هايزنبرغ، وإروين شرودنغر. ومنذ ذلك الحين، أصبحت ميكانيكا الكم واحدة من أنجح الأطر في الفيزياء. وهو يشرح تأثيرات مثل حيود الجسيمات في تجربة الشق المزدوج، والتي تظهر سلوكًا شبيهًا بالموجة، والنفق الكمي، حيث يمكن للجسيمات أحيانًا المرور عبر حاجز حتى بدون طاقة كلاسيكية كافية لعبوره.

واليوم، أصبحت ظواهر مثل التشابك والتماسك ذات أهمية خاصة لأنها تدعم التقنيات الناشئة، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية والاتصالات الكمومية.

الأعداد المركبة تشكل نظرية الكم

لطالما كانت الأعداد المركبة مركزية في رياضيات ميكانيكا الكم. على عكس الأعداد الحقيقية العادية، تتضمن الأعداد المركبة جزءًا حقيقيًا وجزءًا تخيليًا. في نظرية الكم، تساعد في تمثيل سعة الحالة الكمومية ومرحلتها، وهما ميزتان ضروريتان لحساب كيفية تطور الأنظمة الكمومية وما هي النتائج التي قد تنتجها التجارب.

بالنسبة للعديد من العمليات، يبدو أن هذا الهيكل الرياضي لا غنى عنه. لكن الفيزيائيين استمروا في مناقشة ما إذا كانت الأعداد المركبة مدمجة بالفعل في أسس ميكانيكا الكم أم أنها في الأساس أداة حسابية قوية. والسؤال الأعمق هو ما إذا كان من الممكن صياغة ميكانيكا الكم باستخدام الأعداد الحقيقية فقط.

أ دراسة 2021 جادل بأن الأعداد المركبة ضرورية في ظل المسلمات القياسية لميكانيكا الكم. وقد دعم العمل التجريبي في وقت لاحق هذا الاستنتاج.

مسلمة جديدة تغير الجواب

يشير تحليل جديد الآن إلى أن الإجابة تعتمد على كيفية وصف النظرية للأنظمة المدمجة. قام فريق من علماء الفيزياء من HHU وDLR، بقيادة البروفيسور الدكتور داجمار بروس وباحث الدكتوراه بيدرو باريوس هيتا، بإعادة فحص الفرضيات المستخدمة في العمل السابق.

في ورقة نشرت في رسائل المراجعة البدنية، يرى الفريق أن إحدى هذه الافتراضات مقيدة للغاية. يقترحون بديلاً ذو دوافع جسدية لإضفاء الطابع الرسمي على تكوين النظام. ومع هذا التغيير، حددوا فئة من النظريات التي يمكن كتابتها بالكامل باستخدام الأعداد الحقيقية، مع عدم إمكانية تمييزها تجريبيًا عن ميكانيكا الكم القياسية.

البروفيسور بروس: “هذا يعني أن كلا الإطارين ينتجان تنبؤات متطابقة لأي تجربة يمكن تصورها. وفي هذا الإطار، فإن الأعداد التخيلية ليست ضرورية بشكل أساسي في ميكانيكا الكم ويمكن من حيث المبدأ استبدالها بصيغ بديلة تستخدم الأعداد الحقيقية.”

المرجع: “ميكانيكا الكم بناءً على الأعداد الحقيقية: وصف متسق” بقلم بيدرو باريوس هيتا وأنطون تروشكين وهيرمان كامبرمان ومايكل إيبينج وداجمار بروس، 18 يونيو 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/4k13-sdjh

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.