Locality, Probability and the Relevance of History

في المشهد الشاسع للفيزياء الحديثة، يقف ركنان شامخان جنباً إلى جنب، ومع ذلك يبدوان وكأنهما يتحدثان لغات مختلفة. أحدهما هي نظرية النسبية، التي تعلمنا أن لا شيء يمكنه السفر أسرع من الضوء وأن الأسباب يجب أن تسبق آثارها في ترتيب محلي صارم. والآخر هو ميكانيكا الكم، كتاب القواعد للعالم دون الذري، والتي تصف واقعاً يمكن فيه للجسيمات أن تكون مرتبطة عبر مسافات شاسعة بطرق تبدو وكأنها تتحدى ذلك الترتيب المحلي نفسه. لعقود من الزمن، تفاقم هذا التوتر بفعل معضلة شهيرة تُعرف باسم مبرهنة بيل. تشير هذه المبرهنة إلى أنه إذا كان الكون يتبع قواعد النسبية وإذا كانت الجسيمات تمتلك خصائص محددة قبل قياسها، فإن أنماطاً إحصائية معينة في التجارب لا ينبغي أن تحدث أبداً. ومع ذلك، في المختبرات حول العالم، تحدث تلك الأنماط. يبدو أن الكون يكسر قواعد السببية المحلية، مما يجبر الفيزيائيين على الاختيار بين التخلي عن فكرة أن الأسباب محلية أو قبول حقيقة أن الكون أغرب مما كنا نظن.

يقدم بحث جديد للفيلسوف سيباستيان هورفات طريقة مختلفة للنظر في هذه المعضلة. فبدلاً من الاختيار بين المحلية والسلوك الغريب للجسيمات الكمومية، يقترح هورفاتت أن فهمنا لكيفية تأثير الماضي على المستقبل قد يكون هو الجزء الذي يحتاج إلى تعديل. هو يقترح أن الصراع لا ينشأ لأن الطبيعة غير محلية، بل لأننا كنا نفترض أن الماضي غير ذي صلة بالحاضر بمعناه التقني المحدد. ومن خلال إعادة تعريف ما يعنيه أن تكون النظرية "محلية" في عالم احتمالي، يجادل هورفات بأن الظواهر الكمومية يمكن أن تظل محلية تماماً دون انتهاك سرعة الضوء، بشرداً أن نقبل أن القصة الكاملة لكيفية نشوء موقف ما هي أكثر أهمية مما كنا نعتقد سابقاً.

لفهم هذا التحول، يجب على المرء أولاً أن يرى كيف كُتبت القواعد القديمة. لفترة طويلة، اعتقد الفيزيائيون أنه إذا كنت تعرف كل ما يحدث في الماضي المباشر لحدث ما، يمكنك تحديد ما سيحدث بعد ذلك بدقة. هذه هي فكرة التحديد الوظيفي: الحاضر هو نتيجة مباشرة للماضي المباشر. ومع ذلك، فإن ميكانيكا الكم ليست حتمية؛ فهي تتعامل مع الاحتمالات. لا يمكنك القول بيقين أين سيهبط إلكترون، بل يمكنك فقط معرفة مدى احتمالية هبوطه في أماكن مختلفة. وللتكيف مع هذا، اقترح الفيزيائي الشهير جون بيل قاعدة معدلة. اقترح أنه بينما قد لا يحدد الماضي النتيجة الدقيقة، إلا أنه يجب أن يحدد احتمالية تلك النتيجة. في رؤية بيل، إذا كنت تعرف حالة الماضي المباشر، فإن احتمال حدوث حدث هنا لا ينبغي أن يتغير، بغض النظر عما يحدث بعيداً في مكان لا يمكن للضوء الوصول إليه. أصبح هذا هو الاختبار القياسي لـ "السببية المحلية".

يجادل هورفات بأن اختبار بيل، رغم كونه منطقياً، يفتقد إلى فارق دقيق وحاسم عند تطبيقه على عالم من الاحتمالات. هو يشير إلى أن قاعدة بيل تعامل كل سيناريو محتمل بشكل منعزل. هي تسأل: "بالنظر إلى هذا الماضي المحدد، ما هو احتمال هذا المستقبل؟" لكن هورفات يقترح أن الطريقة الأكثر طبيعية لتعميم فكرة التحديد المحلي هي النظر في كيفية ارتباط الاحتمالات ببعضها البعض عبر مختلف التواريخ المحتملة. في رؤيته، يجب أن تضمن النظرية المحلية حقاً أن التوزيع الاحتمالي لحدث ما يتحدد من خلال التوزيع الاحتمالي للأحداث في ماضيه المباشر. إنه تحول طفيف ولكنه عميق: بدلاً من الأحداث التي تحدد أحداثاً أخرى، أو الأحداث التي تحدد الاحتمالات، فإن توزيعات الاحتمالات هي التي تحدد توزيعات الاحتمالات المستقبلية.

عندما يطبق هورفات هذا التعريف الجديد، والأكثر مرونة، للمحلية على البيانات، تظهر نتيجة مفاجئة. إن الارتباطات الغريبة التي تُرى في التجارب الكمومية، والتي تنتهك متباينات بيل، لا تكسر بالضرورة هذه القاعدة الجديدة. الانتهاك يحدث فقط إذا تمسكنا بافتراض إضافي خفي: فكرة أن التاريخ غير ذي صلة. هذا الافتراض، الذي غالباً ما يعتبره الفيزيائيون من المسلمات، هو الاعتقاد بأنه بمجرد معرفة الحالة الراهنة لنظام ما، فإن المسار المحدد الذي اتخذه للوصول إلى هناك لا يهم للتنبؤ بمستقبله. إنه الاعتقاد بأن اللحظة الحالية تحتوي على جميع المعلومات الضرورية، وأن الماضي ليس سوى قصة منسية.

يوضح هورفات أنه إذا تخلصنا من هذا الافتراض، يختفي الصراع. هو يقترح أن الاحتمال المستقبلي لحدث ما يمكن أن يعتمد على تاريخ كيفية الوصول إلى الحالة الحالية. ولتخيل ذلك، تخيل مكعباً أحمر يظهر في غرفة. إذا افترضت أن التاريخ غير ذي صلة، فستتنبأ بسلوكه المستقبلي بناءً فقط على حقيقة أنه مكعب أحمر الآن، بغض النظر عن كيفية وصوله إلى هناك. ولكن إذا كان التاريخ ذا صلة، فقد يعتمد مستقبل المكعب على ما إذا كان قد وصل من هرم أحمر أو كرة حمراء. في العالم الكمومي، "المكعب الأحمر" هو نتيجة قياس، و"تاريخه" يتضمن سلسلة الأحداث المحددة التي أدت إلى وجود الجسيمات المتشابكة في الحالة التي هي عليها. يشير البحث إلى أن الارتباطات التي نراها ليست اتصالات سحرية عبر الفضاء، بل هي نتيجة لحقيقة أن الحالة الحالية تحمل ذاكرة لأصلها المحدد.

هذا لا يعني أن الأسباب تسافر عائداً في الزمن أو أن المستقبل يغير الماضي. بل يعني أن احتمال ما سيحدث لا يتحدد فقط من خلال لقطة للحاضر، بل يتم صقله من خلال السياق الكامل لكيفية تشكيل تلك اللقطة. يجادل البحث بأن الكون ليس "ماركوفياً"، وهو مصطلح تقني للأنظمة حيث يعتمد المستقبل فقط على الحاضر. بدلاً من ذلك، الكون حساس لتاريخه الخاص. احتمال وقوع حدث ما يتحدد من خلال احتمال الأحداث في ماضيه المباشر، ولكن توزيع الاحتمالات في ذلك الماضي نفسه يتشكل بواسطة التاريخ الأعمق. هذا يسمح للنظرية باحترام سرعة الضوء والطبيعة المحلية للسبب والنتيجة، مع تفسير أيضاً تلك الروابط "المخيفة" التي تكشف عنها ميكانيكا الكم.

إن تداعيات هذه الرؤية كبيرة لكيفية فهمنا للواقع. فهي تشير إلى أن "التأثير الشبحي عن بعد" الذي لم يحبه أينشتاين، قد يكون وهماً ناتجاً عن تجاهل أهمية التاريخ. إذا قبلنا أن الماضي مهم، يمكننا الحفاظ على الفكرة المريحة بأن الأسباب محلية وأن لا شيء يسافر أسرع من الضوء. لا يدعي البحث أنه حل كل أسرار ميكانيكا الكم، ولا أنه يقدم نظرية جديدة كاملة للكون. بدلاً من ذلك، هو يقدم إطاراً منطقياً جديداً يزيل التناقض بين النسبية وميكانيكا الكم. هو يقترح أن طريق المضي قدماً لا يكمن في التخلي عن المحلية، بل في الاعتراف بأن قصة كيف وصلنا إلى هنا ضرورية لفهم أين نحن ذاهبون.

في النهاية، يدعونا هذا العمل لإعادة التفكير في طبيعة الزمن والسببية. هو يقترح أن الكون عبارة عن نسيج حيث تُنسج خيوط الماضي في احتمالات المستقبل. ومن خلال الإقرار بأن التاريخ ذو صلة، يمكننا التوفيق بين الركنين العظيمين للفيزياء دون التضحية بالمبدأ الأساسي القائل بأن الأسباب محلية. يتركنا البحث مع إمكانية أن نظرية محلية وواقعية للعالم الكمومي لا تزال في متناول اليد، بشرط أن نكون مستعدين للاستماع إلى القصة الكاملة للماضي، وليس فقط لحظة الحاضر.