Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

خطأ أينشتاين الرائع: الحالات المتشابكة - تشاد أورزيل

المترجم: Hassan Hodroj المدقّق: khalid marbou

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

لعب "ألبرت أينشتاين" دوريا رئيسيًا في إطلاق ميكانيكا الكم

through his theory of the photoelectric effect

عبر نظريته حول إثارة الإلكترونات بواسطة الضوء

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

لكن بقيتْ مُربِكة بشدة بسبب آثارها الفلسفية.

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

وبالرغم أن معظمنا لا يزال يتذكره بسبب استنباطه E=MC²،

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

وكانت آخر مساهمته الكبيرة للفيزياء في الواقع ورقة عام 1935،

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

بمشاركة زملائه الشباب "بوريس بودولسكي" و"ناثان روزن".

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

باعتبارها حاشية فلسفية غريبة في حدود سنة 1980،

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

ومؤخرًا أصبح بحث "إي-بي-آر" هذا مركزيا لفهم جديد لفيزياء الكم،

with its description of a strange phenomenon

بوصفها ظاهرة غريبة

now known as entangled states.

والتي تعرف الآن باسم الحالات المتشابكة.

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

يبدأ البحث بدراسة أحد المصادر الذي يقسم إلى أزواج من الجزيئات،

each with two measurable properties.

كل واحدة مع خاصيتين قابلتين للقياس.

Each of these measurements has two possible results

كل من هذه القياسات لديها نتيجتين محتملتَيْن

of equal probability.

مع احتمالات متساوية.

Let's say zero or one for the first property,

دعونا نقول صفر أو واحد لأول خاصيّة،

and A or B for the second.

و"أ" أو "ب" للثانية.

Once a measurement is performed,

بمجرد إجراء القياس،

subsequent measurements of the same property in the same particle

القياسات التالية من نفس الخاصية في نفس الجزيئات

will yield the same result.

ستُعطي نفس النتيجة.

The strange implication of this scenario

الآثار الغريبة لهذا السيناريو

is not only that the state of a single particle

ليست فقط حالة الجزيئة الواحدة

is indeterminate until it's measured,

الغير محددة حتى يتم قياسها،

but that the measurement then determines the state.

بل قياسها هو الذي يحدد حالتها.

What's more, the measurements affect each other.

وأكثر من ذلك، القياسات تؤثر على بعضها البعض.

If you measure a particle as being in state 1,

إذا قمت بقياس جزيئة بأنها في حالة 1،

and follow it up with the second type of measurement,

وثم تبِعْتَها بثاني نوع من القياس،

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

ستكون لديك فرصة 50٪ للحصول على أ أو ب،

but if you then repeat the first measurement,

ولكن إذا قُمْتَ بتكرار القياس الأول،

you'll have a a 50% chance of getting zero

ستكون لديك فرصة 50% للحصول على صفر

even though the particle had already been measured at one.

بالرغم من أن الجزيئات تم قياسها قبل ذلك بـ 1.

So switching the property being measured scrambles the original result,

لذا فإنّ تحويل الملكية التي تمّ قياسها تُسابِقُ النتيجة الأصلية،

allowing for a new, random value.

ممّا يسمح بقيمة عشوائية جديدة.

Things get even stranger when you look at both particles.

تُصبح الأمور أغرب عندما تنظر إلى كِلَا الجزيئات.

Each of the particles will produce random results,

كِلَا الجزيئتين ستُؤدّيان لنتائج عشوائية،

but if you compare the two,

ولكن إذا قارنْتَ الإثنين،

you will find that they are always perfectly correlated.

ستجدُ أنّهما دائمًا مرتبطتان بشكلٍ تامّ.

For example, if both particles are measured at zero,

على سبيل المثال، إذا تمّ قياسُ كلاهُمَا عند مستوى صفر،

the relationship will always hold.

فإنّ العلاقة سوف تتعقد دائمًا.

The states of the two are entangled.

حالاتُ الإثنين متشابكة.

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

قياس واحدة سيُخبرُك بشكلٍ قاطع بقيمة الأخرى.

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

ولكن يبدو أنّ هذا التشابك تحدّى نظرية "النسبية" الشهيرة لآينشتاين

because there is nothing to limit the distance between particles.

لأنّه ليس هناك شيئًا يحُدّ من المسافة بين الجزيئات.

If you measure one in New York at noon,

إذا قُمتَ بقياس جزيئة في نيويورك ظُهرًا،

and the other in San Francisco a nanosecond later,

وجزيئة أُخرَى في سان فرانسيسكو بعد نانوثانية واحدة،

they still give exactly the same result.

ستبقى تحصل على نفس النتيجة تمامًا.

But if the measurement does determine the value,

ولكن في حال أنّ القياس لم يُحدّد القيمة،

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

فإن هذا سيتطلب من جُزَيْء إرسال نوع من الإشارة إلى الجُزَيْء الآخر

at 13,000,000 times the speed of light,

في 13,000,000 ضعف سرعة الضوء،

which according to relativity, is impossible.

الأمر الذي وفقًا لنظرية النسبية، مستحيل.

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

لهذا السبب، فضّ أينشتاين التشابك بـ "ferwirklung spuckafte"

or spooky action at a distance.

أو النشاط الشبحيّ عن بعد.

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

قرّر أن ميكانيكا الكمّ يجب أنْ تكون غير مكتملة،

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

بمجرد التقريب بين الحقيقة العميقة لكِلَا الجزيئات

have predetermined states that are hidden from us.

المحدّدة مسبقًا للحالات التي كانت مخفيّة عنّا.

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

مؤيدي نظرية الكمّ الأرثوذكسية بقيادة "نيلز بور"

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

أكدّوا بأن الحالات الكمية هي في الواقع غير محددة بشكلٍ أساسيّ،

and entanglement allows the state of one particle

وأنّ التشابك يسمح لحالة إحدى الجزيئات

to depend on that of its distant partner.

بالاعتماد على شريكتها البعيدة.

For 30 years, physics remained at an impasse,

لمدة 30 عاما، بقيَ الفيزياء في مأزق،

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

حتى أظهر "جون بيل" أنّ المفتاح لاختبار جدال "إي-بي-آر"

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

كان عبر النظر للحالات المتعلقة بالقياسات المختلفة لكِلَا الجُزْيئتين.

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

نظريات المتغير الخفي المحلي التي يفضلها "أينشتاين"، "بودولسكي" و"روزن"،

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

تُحدّد بدقة كم مرّة يمكنك الحصول على نتائج مثل 1أ أو ب 0

because the outcomes would have to be defined in advanced.

لأن النواتج سيتطلب تعريفها في مرحلة متقدمة.

Bell showed that the purely quantum approach,

أظهر "بيل" أنّ النهج الكمي البحت،

where the state is truly indeterminate until measured,

حيثُ أنّ الحالة هي بالفعل غير محدّدة حتى تُقَاس،

has different limits and predicts mixed measurement results

لديها حدود مختلفة وتوقعات نتائج قياس مختلطة،

that are impossible in the predetermined scenario.

التي من المستحيل أن تُحدّد في سيناريو مسبق.

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

بمجرد أنْ عَمِلَ "بيل" على كيفية اختبار جدال "إي-بي-آر"،

physicists went out and did it.

توجّه علماء الفيزياء لفعل ذلك.

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

بدء من "جون كلوستر" في السبعينيات و"آلان أسبكت" في أوائل الثمانينيات،

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

اختُبِرَتْ عشرات تجارب تنبؤ الـ"إي-بي-آر"،

and all have found the same thing:

وكلّها وجدت نفس الشّيء:

quantum mechanics is correct.

ميكانيكا الكم صحيحة.

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

الارتباطات بين الحالات الغير معروفة من الجزيئات المتشابكة حقيقية

and cannot be explained by any deeper variable.

ولا يمكن تفسيرها عبر أيّ متغير أعمق.

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

تحولت بحث "إي-بي-آر" ليكون خاطئا ولكن كان ذلك ببراعة.

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

من خلال قيادة علماء الفيزياء على التفكير بعمق حول أُسس فيزياء الكمّ،

it led to further elaboration of the theory

أدّت إلى المزيد من بلورة النظرية

and helped launch research into subjects like quantum information,

وساعدَتْ على إطلاق الأبحاث في موضوعات مثل معلومات الكمّ،

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

الآن حقل مزدهر مع إمكاناتٍ لتطوير أجهزة كمبيوتر لقوة لا مثيل لها.

Unfortunately, the randomness of the measured results

للأسف، إنّ العشوائية في قياس النتائج

prevents science fiction scenarios,

تحول دون سيناريوهات الخيال العلمي،

like using entangled particles to send messages faster than light.

مثل استخدام جزيئات متشابكة لإرسال رسائل أسرع من الضوء.

So relativity is safe, for now.

لذا نظرية النسبية آمنة، حتى الآن.

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

لكن كون الكم أغرب بكثير مما أراد أينشتاين تصديقه.