Schrödinger's unpublished hidden-variable model in the 1944-45 debate over the "Collapse of Determinism"

على مدار معظم تاريخ البشرية، كان يُتخيل الكون كآلة ساعة ضخمة ومثالية. إذا كنت تعرف الموضع والسرعة الدقيقة لكل ترس ونبض، يمكنك التنبؤ بالمستقبل بيقين مطلق. هذه الفكرة، المعروفة باسم الحتمية، اقترحت أن العشوائية كانت مجرد علامة على أننا نفتقر ببساطة إلى المعلومات الكافية. لو استطعنا رؤية كل تفصيل صغير في رمية عملة معدنية — قوة الإبهام، مقاومة الهواء، الدوران — لعرفنا بالضبط ما إذا كانت ستستقر على الوجه أو الكتابة. فالعملة نفسها ستتبع قاعدة صارمة وغير قابية للكسر.

هذه الرؤية المريحة للواقع تحطمت في أوائل القرن العشرين باكتشاف ميكانيكا الكم، وهي فيزياء الأشياء الصغيرة جداً. في هذا العالم الجديد الغريب، بدا أن الطبيعة تعمل بناءً على الصدفة المحضة. عندما يقيس عالم جسيماً ما، لا يتنبأ النظرية إلا باحتمالات النتائج المختلفة، وليس بالنتيجة نفسها. لعقود من الزمن، اعتقد العديد من الفيزيائيين أن هذه العشوائية كانت جوهرية، مما يعني أن الكون لم يكن آلة ساعة، بل مكاناً تحدث فيه الأحداث حقاً دون سبب. ومع ذلك، تساءل قلة من المفكرين عما إذا كانت هذه العشوائية تشبه تماماً رمية العملة: علامة على أن النظرية كانت ناقصة وأن هناك عوامل خفية وغير مرئية هي التي توجه الجسيمات في الواقع. ادعى رياضي مشهور ذات مرة أنه أثبت استحالة وجود مثل هذه العوامل الخفية، مما أسكت الجدل لفترة من الوقت. ولكن في منتصف الأربعينيات، عاد السؤال فجأة ليزأر بقوة، مما أدى إلى فصل منسي في تاريخ العلم حيث أثبت أحد مؤسسي هذا المجال بهدوء أن الباب المؤدي إلى الحتمية لم يكن مغلقاً حقاً.

في منتصف الأربعينيات، اندلع جدل حيوي في صفحات المجلة العلمية "نيتشر" (Nature). كان متحدثان بارزان قد جادلا مؤخراً بأن ميكانيكا الكم قد أثبتت أخيراً زيف الفكرة القديمة عن كون يمكن التنبؤ به. ادعيا أن السلوك الغريب للضوء والذرات لا يمكن تفسيره بأي قواعد خفية أو متغيرات سرية. قدم أحد هذين المتحدثين، وهو الفيزيائي البريطاني إدموند تايلور ويتيكر، تحدياً محدداً. جادل بأنه إذا حاولت تفسير سبب مرور الضوء عبر مرشح بزوايا معينة باستخدام متغيرات خفية، فإن الرياضيات ببساطة لن تعمل. اقترح أن الجسيم لا يمكنه حمل معلومات كافية ليقرر مصيره في كل موقف محتمل. هذا الطرح، الذي اعتمد على منطق بسيط حول كيفية سلوك الضوء، أقنع الكثيرين بأن البحث عن تفسير حتمي خفي قد انتهى.

هنا يظهر إروين شرودنغر، أحد الآباء المؤسسين لميكانيكا الكم. بينما كان الجدل العام يحتدم، كان شرودنغر يعمل بهدوء على رد. صاغ مسودة مكتوبة بخط اليد، ظلت غير منشورة وغير معروفة حتى الآن، والتي تناول فيها تحدي ويتيكر بشكل مباشر. في هذه الوثيقة، فعل شرودنغر شيئاً رائعاً: بنى نموذجاً يعمل أظهر أن المتغيرات الخفية ممكنة بالفعل. لقد أثبت أنه إذا تخيلت فوتوناً يحمل تياراً مستمراً من المعلومات الخفية، بدلاً من مجرد مفتاح بسيط (نعم أو لا)، يمكنك إعادة إنتاج الأنماط الإحصائية الغريبة لميكانيكا الكم بدقة. أظهر أن الحجة ضد المتغيرات الخفية كانت معيبة لأنها افترضت أن المعلومات الخفية كانت أبسط من أن تتعامل مع تعقيد التجربة.

كان نموذج شرودنغر بناءً ذكياً. تخيل أن كل فوتون يحمل رقماً خفياً، مثل شفرة سرية، يحدد ما إذا كان سيمر عبر المرشح أو يتم حجبه. والأهم من ذلك، أن هذا الرقم لم يكن مجرد خيار ثنائي، بل قيمة يمكن أن تتغير بسلاسة. أظهر شرودنغر أنه عندما يمر الفوتون عبر مرشح، فإن هذا الرقم الخفي سيقوم بتحديث نفسه بطريقة محددة وقائمة على القواعد، مما يضمن أنه في المرة التالية التي يواجه فيها الفوتون مرشحاً، سيتصرف تماماً كما تتنبأ ميكانيكا الكم. من خلال القيام بذلك، أثبت أنه يمكنك تفسير السلوك "العشوائي" للضوء باستخدام قواعد حتمية صارمة. العشوائية الظاهرة لم تكن سمة للكون نفسه، بل كانت نتيجة لعدم قدرتنا على رؤية هذه الأرقام الخفية.

ومع ذلك، فإن الجزء الأكثر إثارة للدهشة في اكتشاف شرودنغر ليس النموذج نفسه، بل ما يعنيه بالنسبة لمعتقداته. قد يفترض المرء أن شرودنغر، من خلال بناء نموذج حتمي، كان يحاول إنقاذ فكرة الكون الذي يعمل كآلة ساعة. تكشف الورقة أن هذا لم يكن الحال على الإطلاق. لطالما كان شرودنغر ناقداً للحتمية، مؤمناً بأن الطبيعة إحصائية وغير قابلة للتنبؤ في جوهرها. لم ينظر إلى نموذجه الجديد كاعتراف بالإيمان بكون يمكن التنبؤ به، بل كـ "إثبات للمبدأ". كان يقول لخصومه باختصار: "أنتم تدعون أنه من المستحيل منطقياً تفسير ميكانيكا الكم باستخدام متغيرات خفية. لقد أظهرت لكم للتو أن هذا ممكن. لذلك، ادعاؤكم بالاستحالة خاطئ". لم يكن يجادل بأن الكون هو حتمي، بل قال إنه يمكن أن يكون كذلك، وأنه لا يوجد دليل رياضي نجح في استبعاد ذلك.

كما تسلط المخطوطة الضوء على درس أوسع حول كيفية تعامل العلم مع الأفكار المتعلقة بالاستحالة. لاحظ شرودنغر أنه حتى أكثر الحجج الرياضية صرامة، مثل تلك التي أسكتت الجدل لعقد من الزمن، يمكن أن تكون محدودة بالطريقة التي صيغت بها المشكلة. جادل بأن الأدلة التجريبية والمنطق لا يمكنهما أبداً إثبات أن الرؤية الحتمية مستحيلة بشكل نهائي؛ بل يمكنهما فقط إظهار أنها غير مريحة أو تتطلب افتراضات إضافية. كان عمله بمثابة تذكير بأنه في العلم، إن إعلان شيء ما مستحيلاً هو معيار عالٍ جداً يجب تجاوزه.

تلاشى هذا الجدل المنسي في النهاية، جزئياً لأن شرودنغر لم ينشر نتائج أبحاثه. ربما أدرك أن فيزيائياً آخر قد نشر بالفعل حلاً مشابهاً، وإن كان أقل تفصيلاً، أو ربما شعر أن نقطته الفلسفية قد تم إيصالها دون الحاجة إلى نشر رسمي. استغرق الأمر عدة سنوات أخرى وعمل علماء آخرين قبل أن تعود فكرة المتغيرات الخفية إلى التيار السائد بقوة. اليوم، نحن نعلم أنه على الرغم من أن المتغيرات الخفية المحلية لا يمكنها تفسير جميع الظواوا الكمية، إلا أن قصة مخطوطة شرودنغر لعامي 1944-1945 تظل لمحة رائعة عن لحظة كان فيها عمالقة الفيزياء لا يزالون يتصارعون مع الطبيعة الجوهرية للواقع. إنها تظهر كيف أن أكثر العقول تشككاً كانت مستعدة لاختبار حدود ما كان يُعتقد أنه مستحيل، ليس لتغيير آرائها، بل لضمان فهم قواعد اللعبة حق الفهم.