معكرونة كونية: استكشاف مجازي لثنائية الموجة والجسيم والنفق

فيما يلي استعارات لنظرية الأوتار والفوتونات. تُستخدم الاستعارات عادةً لتوضيح المفاهيم الرياضية. ولكن ليست جميع الاستعارات متساوية.

راي، المفسر المتحمس:

دعونا نفهم هذا.
تُقدّم الاستعارات التالية أمثلةً خياليةً بدلًا من نماذج دقيقة لكيفية عمل الفوتونات، أو الأنفاق، أو الأبعاد الإضافية. فهي تمزج سمات ميكانيكا الكم بعناصر نظرية الأوتار التخمينية، ولا تعكس الفهم العلمي الحالي.

تخيل الفوتونات

بعد محاولة إيجاد نموذج بصري لفوتون يشبه النقطة أو الخط يُظهر نفقًا كميًا - وفشلي في هذه المحاولة - سأقول إن الفوتون، في حالته الطبيعية، يشبه كيانًا متعرجًا (دوارًا)، أشبه بسباغيتي كونية. ليس من النوع المرن الذي يُقدم كوجبة عشاء. بل هو... ال دينت نوعٌ ما، يتلوى في الفضاء رباعي الأبعاد برأسٍ وذيلٍ مثل ثعابين فضائية شديدة النشاط! مجازيًا، بالطبع.

يمتد جسم الفوتون المتعرج إلى البعدين الثالث والرابع. يشرح هذا النموذج جانب الجسيم النقطي (الرأس) وجانب الموجة (التعرجات) لثنائية الفوتون.

كورت، الواقعي المُحير:
هذا التصور مجازي ولا يتوافق مع أي نموذج مقبول في ميكانيكا الكم أو نظرية الأوتار. هل هذه هي نظريتك الكبرى عن النفق الكمي؟

شعاع:
الآن، عندما يصطدم هذا الفوتون بحاجز مادي، فإنه ينضغط إلى الصفر والبعد الأول، مثل بيضة تصطدم بجدار من الطوب بسرعة الضوء. تنبيه. لا تعرف الأبعاد صفرية البعد وأحادية البعد مكانًا أو زمانًا. هذا يُمكّن الفوتون من المرور عبر الأجسام الصلبة بشكل فوري تقريبًا (أسرع من الضوء).

إنها استعارة ووصف أنيق لشخص عادي.

كيرت:
إن وصف النفق بأنه "تأثير ضغط بُعدي" ينتج عنه عبور لحظي هو مجرد زخرف مجازي لا أساس له في الفيزياء المُعتمدة. لماذا لا نقول ببساطة إنهم يغشون؟ "عفواً، أيها الحاجز، أتسلل عبر بنيتك الذرية كشبح متأخر عن اليوغا—"

شعاع:
العلم يحتاج إلى دراما! ينضغط خط الفوتون المتعرج في البعد الأول - تخيّلوه كأسوأ فطيرة في الكون. لا مكان، لا زمان. لوطي. إنه يخترق الجدار. أسرع من الضوء، بدون سعرات حرارية.

كيرت:
وصفك للفوتون الذي اصطدم بجدار من الطوب كالبيضة جديد ولا يُشكل جزءًا من الفهم العلمي الحالي. ألم يُعاقبك الفيزيائيون على هذا؟

شعاع:
إنهم مشغولون جدًا بالجدال! ثلاثون عامًا يتجادلون حول ما إذا كانت "سرعة الطور" أم "سرعة الإشارة"، أو ما إذا كانت الإشارات قادرة على اختراق حاجز أسرع من الضوء. الأمر أشبه ببغائين يصرخان "سببية!" لبعضهما البعض. يقول العلماء "الجادون" إنه لا شيء، تحت أي ظرف من الظروف، يستطيع السفر أسرع من الضوء وينقل المعلومات.

في هذه الأثناء، الفوتونات موجودة، تومض من خلال الجدران كما لو أنها حصلت على تصريح دخول خاص إلى الواقع. ثنائية الموجة والجسيم هي حجر الزاوية في ميكانيكا الكم، وليس نظرية الأوتار. لقد أضفتُها إلى كليهما لأغراض التوضيح. ولهذا السبب تبدو الاستعارة منطقية في هذا السياق.

كيرت:
العبارة صحيحة بأن ثنائية الموجة والجسيم هي مفهوم من ميكانيكا الكم، واستدعاؤها في سياق نظرية الأوتار بالطريقة الموصوفة أمر استفزازي.

شعاع:
يمثل الاستعارة النفق باعتباره تأثير ضغط الأبعاد.

كيرت:
لا يوجد لهذا حاليًا أي أساس في نظرية الأوتار أو ميكانيكا الكم. "الضغط البعدي" - يبدو وكأنه علاقتي الأخيرة.

رسم توضيحي من ناسا للفوتونات. يبدو مثل الشرغوف (أفترض أن الفوتون عالي الطاقة يدور أسرع).

شعاع:
في هذا الرسم التوضيحي من ناسا، يحمل فوتون واحد (بنفسجي) طاقةً تفوق طاقة فوتون آخر (أصفر) بمليون مرة. ناسا بارعة في فنون الخيال العلمي. "ها هو فوتون أرجواني، أقوى بمليون مرة! إنه..." الموقف.'

كيرت:
يبدو أن رسوم ناسا التوضيحية تهدف إلى تبسيط النقاش وتحفيزه؛ فلا ينبغي اعتبارها وصفًا حرفيًا لسلوك الفوتونات في نظريات الفيزياء المتقدمة. العلم يتكون من 5% معادلات، و95% إقناع الناس بأن الكون مجرد رسم كاريكاتوري يستخدم الاستعارات.

شعاع:
لذا فإن النفق هو مجرد... انتقال كوني عبر أزمة وجودية؟

كيرت:
بالضبط! الخوف الوجودي للفوتون يُحوّله إلى نقطة. من أنا؟ أين الزمن؟ وبام - إنه من خلال الحاجز. الوجودية: ١، الفيزياء: ٠. وإلا، فسنضطر لشرحها بـ الرياضيات.  ولا أحد يريد ذلك.

الراوي (الصوت العميق):
وهكذا تظل ألغاز ميكانيكا الكم قائمة.
لكن على الأقل اتفق الجميع على أن الاستعارات تحتاج إلى زيادة.