الفيزياء والفلك > فيزياء
كيف يمكن لجزيئات أن تُوجَدَ في مكانين في الوقت نفسه
في بداية القرن العشرين، توصّل العلماء الى اكتشافٍ شكّل ثورة في عالم الفيزياء، فقد توصلوا إلى أن الذرّة تسلك سلوكًا مزدوجًا؛ إذ يمكنها أن تسلك سلوك الأمواج والجسيمات في وقت واحد! (1)
ويمكن للموجات أن تشغل أكثر من مكان في الوقت نفسه وبما أن الأمواج يمكن أن توجد في مكانين مختلفين بالوقت نفسه، فإن الجسيمات يمكن أن توجد في أكثر من مكان في الوقت نفسه، عن طريق خاصة تدعى بالتراكب الكمومي [2] Quantum Superposition، وينسحب هذا المبدأ على الأجسام الأكبر فالبكتيريا والبشر وحتى الكواكب والنجوم جميعها عبارة عن موجات وجسيمات في آن معًا.
لطالما طبق العلماء هذه الخاصية على الجزيئات الصغيرة كالفوتونات والإلكترونات وحتى الذرات، ولكن في السنوات القليلة الماضية وسّع العلماء نطاق تجاربهم عن طريق تطبيق التراكب الكمومي على جزيئات كبيرة الحجم؛ فقد جعل فريق عالمي من علماء الفيزياء جزيئًا مؤلفًا من 2000 ذرة بالظهور في مكانين مختلفين في آن معًا. وللنجاح في ذلك بنى العلماء نسخة محسنة من مجموعة تجارب قديمة التي أظهرت للعالم كيفية حدوث التراكب الكمومي. (3)
في تجربة قديمة وجّه العالِم Thomas Young شعاعًا ضوئيًّا باتجاه حاجز ووضع بين الضوء والحاجز حاجزًا آخر يحوي على شقين متوازيين، وكانت النتيجة تراكب الشعاع الضوئي الناتج عن الشقين على الحاجز الأخير وكان هذا متوقعًا بسبب طبيعية الضوء الموجية فهو جسيم عديم الكتلة.
ولكن المفاجأة كانت عندما طُبقَت التجربة نفسها على سلسلة من الإلكترونات ناجمة عن مدفع إلكتروني في عام 1927 وكانت النتيجة مشابهة لتجربة الضوء وتداخلت الإلكترونات مع بعضها.
مما يعني أنها فعلًا تشغل أكثر من مكان في الفضاء في الوقت ذاته وكان هذا الاكتشاف من الاكتشافات الثورية في تاريخ الفيزياء. (1)
بعد هذه التجربة حاول العلماء تطبيق التجربة على ذرات ومن ثم جزيئات وهو أمر أصعب بكثير؛ فالأجسام الأكبر تكون ذات موجات أقصر، ذلك حسب علاقة دو برولي التي تنص على أن طول موجة الجسم يتناسب عكسًا مع كتلته، مما يصعب علينا رصد الموجات المصاحبة لتلك الجزيئات، ويصبح من الصعب رصد التداخل الموجي تجريبيًّا. (3)
وللتغلب على تلك الصعوبات بنى العلماء مدفعًا جزيئيًّا يُطلق حزمًا من الجزيئات يدعى"oligo-tetraphenylporphyrins enriched with fluoroalkylsulfanyl chains,"[1] وهو ذو كتلة تزيد على 25,000 ضعف كتلة ذرة الهيدروجين.
وتُطلَق الجزيئات بتتابع عن طريق سلسلة من الحواجز تحتوي على عدة شقوق، وكان الحاجز النهائي على بعد 2 متر وهي مسافة كافية لحدوث التراكب الكمومي.
وبالفعل استطاع العلماء رصد حادثة التراكب الكمومي على الحاجز الأخير عن طريق تداخل الجزيئات مع بعضها بعضًا على الحاجز الأخير.
ومن المتوقع إطلاق جزيئات أكبر بالمستقبل مما قد يساعد العلماء على بلورة فهم أعمق لحدود ميكانيك الكم .
روابط من مقالاتنا:
المصادر:
2- Yaakov Y. Fein, Philipp Geyer, Patrick Zwick et al, Quantum superposition of molecules beyond 25 kDa. Nature Physics, 2019; DOI: 10.1038/s41567-019-0663-9, Available on:
3- Rafi Letzter, 2,000 Atoms Exist in Two Places at Once in Unprecedented Quantum Experiment, 2019 Available on: