في الهندسة الهادئة لمختبر الفيزياء، يمكن أن تبدأ حدود المكان في الشعور بأنها أقل يقينًا. تتلألأ الأدوات بخفة في الظلام، وتقوم الليزر برسم خطوط رفيعة عبر سحب الذرات المعدة بعناية، ويبدو أن الوقت يمتد إلى مراقبة صبورة. هنا—بعيدًا عن مقياس التجربة اليومية—يتمكن العلماء أحيانًا من لمحة الكون وهو يتصرف بطرق تبدو أقل كيقين وأكثر كاحتمالية.
مؤخراً، أفاد الفيزيائيون بملاحظتهم أزواجًا من الذرات تتصرف كما لو كانت قادرة على الوجود في مكانين في آن واحد. يقدم هذا التجربة، التي أجريت باستخدام ذرات الهيليوم فائقة البرودة، واحدة من أوضح العروض حتى الآن لكيفية مشاركة المادة نفسها في الرقصة الغريبة لعالم الكم. في الحياة العادية، تشغل الأجسام موقعًا واحدًا في أي لحظة معينة. ولكن في المجال الذي تحكمه ميكانيكا الكم، تبدأ هذه الوضوح في التلاشي.
في قلب الاكتشاف يكمن مبدأ يعرف باسم التراكب الكمومي—فكرة أن الجسيمات يمكن أن توجد في حالات أو مواقع متعددة في وقت واحد حتى يتم قياسها. لعقود، تم إثبات هذه الظاهرة مع جسيمات الضوء، أو الفوتونات. كان توسيعها إلى أشكال أثقل من المادة أكثر تحديًا بكثير، لأن الذرات تمتلك كتلة وتتأثر بالجاذبية والاضطرابات البيئية.
في التجربة الجديدة، قام الباحثون بتبريد ذرات الهيليوم إلى درجات حرارة منخفضة للغاية وجعلها تصطدم برفق داخل نظام محكوم. أنتج الاصطدام أزواجًا من الذرات التي تحركت بعيدًا في مسارات مترابطة، مما شكل رابطًا كموميًا دقيقًا. من خلال قياس دقيق لزخمها ومساراتها، أظهر العلماء أن كل زوج تصرف كما لو كانت مواقعها منتشرة عبر احتمالات متعددة في آن واحد.
يتعلق هذا التأثير ارتباطًا وثيقًا بالتشابك الكمومي، الحالة الغريبة التي تشارك فيها الجسيمات حالة كمومية واحدة حتى عندما تكون مفصولة. عندما يتم قياس الجسيمات المتشابكة، يتوافق النتيجة لأحدها على الفور مع الآخر. وصف ألبرت أينشتاين هذه الظاهرة بشكل مشهور بأنها "عمل مخيف عن بُعد"، غير مرتاح للإيحاء بأن الطبيعة قد تسمح بمثل هذه الروابط العميقة عبر الفضاء.
ما يجعل الملاحظة الجديدة مهمة هو أنها تتعلق بالذرات—الجسيمات ذات الكتلة التي تستجيب للجاذبية—بدلاً من الفوتونات عديمة الكتلة. إن إثبات هذه الارتباطات الكمومية في المادة يدفع التجارب أقرب إلى أحد الألغاز القديمة في الفيزياء: كيف يمكن أن تتعايش القوانين الغريبة التي تحكم أصغر المقاييس مع القواعد الجاذبية التي تشكل الكواكب والنجوم والمجرات.
لا يعني الإنجاز أن الذرات تنقسم حرفيًا إلى نسخ مرئية تتجول في الفضاء. بدلاً من ذلك، تكشف التجربة أن وصفها الكمومي الموجي ينتشر عبر احتمالات متعددة قبل أن يثبت المراقبة نتيجة واحدة. إنها تذكير بأن، تحت صلابة العالم المألوف، يتصرف الواقع أقل كهيكل صلب وأكثر كحقل من الاحتمالات.
بالنسبة للفيزيائيين، تقدم مثل هذه النتائج أكثر من مجرد إثارة فلسفية. يمكن أن تساعد التجارب التي تختبر التشابك والتراكب مع الجسيمات الضخمة في تحسين تقنيات الكم المستقبلية—أجهزة الاستشعار، وأنظمة الاتصالات، وأجهزة الكمبيوتر المصممة للعمل وفقًا لمبادئ المعلومات الكمومية. قد توجه أيضًا المحاولات لفهم كيفية تفاعل الجاذبية مع السلوك الكمومي، وهو سؤال لا يزال غير محلول.
ومع ذلك، بخلاف الآثار التقنية، تحمل الصورة نفسها صدى هادئًا: ذرتان، تتباعدان بعد اصطدام، واحتمالاتهما تتداخل بطرق تتحدى الحدس العادي. في تلك اللحظة، يبدو الكون أقل ثباتًا مما هو متوقع—أقل ارتباطًا بنقطة واحدة في الفضاء—وأكثر انفتاحًا على التعددية الدقيقة المخفية داخل أصغر أجزائه.