هل ميكانيكا الكم هدمت السببية؟

الحقيقة هي أن فيزياء الكم هدمت الحتمية Determinism ولم تهدم السببية Causality والفرق بينهما يشرحه لنا العالم الفيزيائي الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء ماكس بورن أحد مؤسسي ميكانيكا الكم في كتابه:
(Natural Philosophy Of Cause And Chance) فقد عقد فصلاً في أول الكتاب بعنوان Causality and Determinism يفرق فيه بين معنى الحتمية التي هدمتها ميكانيكا الكم وبين معنى السببية الذي ما زال قائماً هناك، وقد حرر بالفعل معنى السببية بدقة ووقف على المعنى نفسه الذي بينته في أول هذا الفصل، وسوف أضع بعض الاقتباسات من كتاب ماكس بورن تبين الأمر، يقول
(1 ):
"Physics has given up causality is entirely unfounded. Modem physics, it is true, has given up or modified many traditional ideas; but it would cease to be a science if it had given up the search for the causes of phenomena".
الترجمة: «القول بأن الفيزياء قد تخلت عن السببية هو قول لا أساس له من الصحة، صحيح أن الفيزياء الحديثة قد تخلت عن بعض الأفكار التقليدية وعدلت فيها، لكن لو توقفت الفيزياء عن البحث عن أسباب الظواهر فلن تصبح حينها علماً».
ثم يضع تعريفاً للحتمية وآخر للسببية فيقول
(2 ):
"Determinism postulates that events at different times are connected by laws in such a way that predictions of unknown situations (past or future) can be made".
"By this formulation religious predestination is excluded, since it assumes that the book of destiny is only open to God.
Causality postulates that there are laws by which the occurrence of an entity B of a certain class depends on the occurrence of an entity A of another class, where the word 'entity' means any physical object, phenomenon, situation, or event. A is called the cause, B the effect."
الترجمة: «الحتمية تفترض أن الأحداث التي وقعت في أزمنة مختلفة، مرتبطة بواسطة القوانين وبالتالي فيمكن عمل تنبؤات في الماضي والمستقبل بمعرفة الحاضر. وفقاً لهذه الصياغة فإن الحتمية تضاد فكرة القدر الدينية لأنه إذا كان يمكننا الكشف التام عن الماضي والمستقبل فكتاب القدر سيصبح معلوماً لنا ولن يكون الله وحده المختص بهذا العلم.
السببية تفترض أنه وفقاً للقوانين يكون حدوث الكيان «ب» الذي ينتمي إلى فئة معينة، معتمداً على حدوث الكيان «أ» الذي ينتمي إلى فئة أخرى. بحيث يكون المقصود بكلمة «كيان» هو أي شيء فيزيائي أو ظاهرة أو وضع أو حدث. ويسمى حينها «أ» بالسبب و«ب» بالنتيجة».
ويضرب أمثلة تبين الفرق بين السببية والحتمية، فيبدأ بالسببية ويجعلها علاقة حاكمة بين الأشياء تُظهر قيام النتيجة بالسبب بصرف النظر عن تحديد الزمان والمكان لهذه العلاقات، فالسببية علاقة قائمة بشكل مطلق بصرف النظر عن التعيين في الزمن:
'"Overpopulation is the cause of India's poverty'.
'The stability of British politics is caused by the institution of monarchy.'
'Wars are caused by the economic conditions.'
'There is no life on the moon because of the lack of an atmosphere containing oxygen.'
'Chemical reactions are caused by the affinity of molecules.'
The common feature to which I wish to draw your attention is the fact that these sentences state timeless relations. They say that one thing or one situation A causes another B, meaning apparently that the existence of B depends on A, or that if A were changed or absent, B would also be changed or absent".
الترجمة:
(«الزيادة السكانية هي سبب فقر الهند».
«استقرار السياسة البريطانية كان بسبب المؤسسة الملكية».
«الظروف الاقتصادية تتسبب في الحروب».
«لا توجد حياة على سطح القمر بسبب أن الغلاف الجوي هناك لا يحتوي على الأوكسجين».
«التفاعلات الكيميائية تحدث بسبب انجذاب الجزيئات».
القاسم المشترك في هذه العبارات الذي أود أن ألفت انتباهكم إليه هو أن كلاً منها تنص على علاقة غير زمنية. فهي جميعاً تخبرنا أن الشيء أو الحالة «أ» تتسبب في «ب»، مما يعني أن وجود «ب» معتمد على وجود «أ» وأنه لو تغيرت أو غابت «أ» فسوف تتغير أو تغيب «ب» أيضاً).
ثم ذكر عبارات مقاربة لكنها محددة في الزمن ولذلك فهي تعبر عن الحتمية وليس عن السببية:
"Compare these statements with the following:
'The Indian famine of 1946 was caused by a bad harvest'
'The fall of Hitler was caused by the defeat of his armies.'
'The American war of secession was caused by the economic situation of the slave states'
'Life could develop on earth because of the formation of an atmosphere containing oxygen'
'The destruction of Hiroshima was caused by the explosion of an atomic bomb'
In these sentences one definite event A is regarded as the cause of another B; both events are more or less fixed in space and time".
الترجمة:
(قارن تلك العبارات السابقة بما يلي:
«المجاعة الهندية في عام 1946 كان سببها موسم حصاد سيئاً».
«سقوط هتلر كان بسبب هزيمة جيوشه».
«حرب الانفصال الأمريكية كانت بسبب الوضع الاقتصادي للعبيد».
«تدمير هيروشيما كان بسبب انفجار قنبلة نووية».
في هذه العبارات يعتبر الحدث المعين «أ» سبباً للحدث «ب» وكل منهما محدد في الزمان والمكان).
ثم ذكر مثالاً على علاقة حتمية غير سببية وهي جدول مواعيد القطارات، فهو حتمي محدد في الزمان لكنه غير سببي، فليس هناك سبب حقيقي يحكم تلك العلاقة ولذلك يمكننا تغيير هذه المواعيد كما نشاء:
"Another example is the timetable of a railway line. You can predict with its help the arrival at King's Cross of the10 o'clock from Waverley; but you can hardly say that the timetable reveals a cause for this event. In other words, the law of the time-table is deterministic: You can predict future events from it, but the question 'why?' makes no sense".
الترجمة: «مثال آخر هو جدول الرحلات في خط السكة الحديد،
حيث يمكنك بمساعدته التنبؤ بموعد الوصول إلى محطة الملك
كروس للقطار الذي يخرج في تمام الساعة العاشرة من ويفرلي. لكن لا يمكنك أن تقول أن جدول القطارات هذا يكشف عن علاقة سببية لهذا الحدث. أو بعبارة أخرى، فإن قانون جدول المواعيد هو قانون حتمي لأنه يمكنك التنبؤ بأحداث المستقبل من خلاله، لكن السؤال (لماذا؟) ليس له معنى في هذه الحالة».
ويقول في نفس الصفحة:
"I prefer to use the expression 'causality' mainly for this timeless dependence. It is exactly what experimentalists and observers mean when they trace a certain phenomenon to a certain cause by systematic variation of conditions".
الترجمة: «أفضل استعمال تعبير «السببية» خصوصاً عند وصف تلك العلاقات غير الزمنية. هذا بالضبط ما يعنيه التجريبيون والمراقبون عندما يتتبعون ظاهرة معينة تقع بسبب معين، بالتغيير المنهجي للظروف».
وأخيراً يقول بكل وضوح أن الحتمية ليست هي السببية( )، وأن الحتمية هي التي هدمتها ميكانيكا الكم، وأن السببية هي البحث في اعتماد الأشياء في وجودها على أشياء أو شروط معينة وهذا ما زال صحيحاً في فيزياء الكم.
"can we be content with accepting chance, not Cause, as the supreme law of the physical world?
To this last question, I answer that not causality, properly understood, is eliminated, but only a traditional interpretation of it, consisting in its identification with determinism. I have taken pains to show that these two concepts are not identical. Causality in my definition is the postulate that one physical situation depends on the other, and causal research means the discovery of such dependence. This is still true in quantum physics".
الترجمة: «هل يمكن أن نرضى بقبول المصادفة وليس السبب كقانون أعلى للعالم الفيزيائي؟
للإجابة على هذا السؤال أقول، إنه ليست السببية المفهومة بشكل صحيح هي التي سقطت، وإنما الذي سقط فقط هو الفهم التقليدي لها المتمثل في تحديد هويتها بأنها هي نفسها الحتمية. لقد سعيت جاهداً لأوضح أن هذين المفهومين غير متطابقين، السببية في تعريفي هي الفرضية القائلة بأن الحالة الفيزيائية المعينة تعتمد على الأخرى، والبحث السببي يعني الكشف عن هذا الاعتماد. وهذا ما زال صحيحاً حتى في فيزياء الكم».
وهنا ننتقل من كلام ماكس بورن إلى الأبحاث العلمية الحديثة التي تصرح بأن الحتمية غير السببية، وبأن الحتمية لو كانت انهارت بميكانيكا الكم؛ فالسببية قائمة هناك، بل هي أولى مسلمات ميكانيكا الكم كما قال هذا البحث
(3).
"Causality in science is usually related to the cause-and-effect principle and is often naively misinterpreted as a restatement of determinism. From this point of view, it can be surprising that we take causality as the first axiom of Quantum Theory, which is popularly known as the theory of the uncertainty principle. However, in our precise formulation, causality only implies that communication in an operational probabilistic theory cannot occur from the output to the input".
الترجمة: «السببية في مجال العلوم دائماً ما تتعلق بمبدأ السبب والنتيجة، وكثيراً ما يُساء تفسيرها بطريقة ساذجة فيتم اعتبارها مرادفاً للحتمية. ومن خلال وجهة النظر هذه يمكن أن يكون من المستغرب أن نعتبر السببية هي البدهية أو المسلمة الأولى لنظرية الكم، والتي اشتهرت بأنها نظرية مبدأ عدم اليقين. لكن مع ذلك فإن السببية في صياغتنا الدقيقة تعني أن الاتصالات في نظرية تشغيلية احتمالية (مثل نظرية الكم) لا يمكن أن تحدث من الإخراج إلى الإدخال».
وهذا البحث(4 ) أيضاً لفريق العمل نفسه جعل السببية هي أولى المسلمات الخمس للنظرية الكمية:
"We derive Quantum Theory from purely informational principles. Five elementary axioms-causality".
الترجمة: «اشتققنا النظرية الكمية من مبادئ معلوماتية بحتة وهي خمس مسلمات أساسية الأولى هي: السببية....».
وهذه هي أحدث الأوراق(5 )
وهي ما زالت في مرحلة ما قبل الطبع وهي تؤكد الأمر نفسه الذي أكدته الأوراق السابقة.
وهناك ورقة أخرى( ) تقول بكل وضوح أن السببية فكرة منفصلة تماماً عن الحتمية وإن كان هناك روابط كثيرة بينهما، وتثبت ذلك بتقديم نموذج حتمي غير سببي، فتكون فيزياء الكم قدمت النموذج السببي غير الحتمي، وهذه الورقة قدمت العكس مما يثبت انفصال الفكرتين تماماً:
"Causality has often been confused with the notion of determinism. It is mandatory to separate the two notions in view of the debate about quantum foundations. Quantum theory provides an example of causal non-deterministic theory. Here we introduce a toy operational theory that is deterministic and non-causal, thus proving that the two notions of causality and determinism are totally independent".
الترجمة:
«السببية كثيراً ما يتم الخلط بينها وبين الحتمية. ومن الضروري الفصل بين المفهومين في ضوء النقاش حول أسس الكم. النظرية الكمية تقدم مثالاً للنظرية السببية غير الحتمية، ونحن هنا نقدم نموذجاً تقريبيّاً حتميّاً وغير سببي. مما يثبت أن مفهومي السببية والحتمية مستقلان تماماً».
إذاً فيزياء الكم لم تسقط السببية كما علا الضجيج بذلك كثيراً وإنما أسقطت الحتمية. ويمكن القول بأن الحتمية عكس السببية من باب أن تعلق الحتمية بالوقت أهم من تعلقها بعلاقة المؤثر بالنتيجة، فهي يمكنها الاستقلال عن علاقة المؤثر بالنتيجة لكن لا يمكنها الاستقلال عن التحديد في الزمن، في حين أن السببية تعلقها بعلاقة المؤثر والنتيجة هو التعلق الأساسي الذي لا يمكن الاستقلال عنه، وتعلقها بالوقت هو تعلق ثانوي يمكنها أن تستقل عنه.
و هذه ورقة علمية حديثة تضع نموذج سببي لميكانيكا الكم يجعل ما يجري في فيزياء الكم من عشوائية ظاهرة مفسرا سببيا على المستوى الأعمق للقوانين  و هو أنجح النماذج السببية الكمية التي وضعت حتى الآن كما يقول الدكتور جاك بينار

Several research groups, including mine, are still exploring a range of alternative quantum causal theories. But the new model by Allen and colleagues is the first to meet all requirements of a quantum causal model,

https://physics.aps.org/articles/v10/86

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.7.031021

و أما الفراغ الكمومي  الذي تغني الملاحدة كثيرا بقدراته العظيمة  و جعلوه قادرا على إنشاء أكوان كثيرة بشكل عفوي و بدون سبب. هو في الحقيقة أمر مشكوك فيه علميا ..
فقد كان الدليل على وجود طاقة فى الفراغ  هو قانون عدم الدقة لهيزنبيرج لكن الحقيقة هى أن قانون عدم الدقة هو فقط علاقة الحركة بالموضع أما علاقة الزمن بالطاقة فليست قانونا ثابتا مثل نظيرتها (الحركة والموضع) وذلك لأن الزمن ليس مشغل (operator) فى ميكانيكا الكم وإنما هو مقياس أو عامل متغير( parameter ) وبالفعل تم تقديم نماذج  يمكن تحديد الطاقة فيها بدقة كاملة وهذا يخرق علاقة عدم الدقة فى الزمن والطاقة ويسقطها كقانون .

http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.122.1649

و تأثير كازمير الذى يعد أهم دليل  " تجريبي " على وجود طاقة الفراغ يمكن تفسيره بطرق أخرى بدون طاقة الفراغ فهو ليس دليلا على وجودها وليس هناك أى دليل  تجريبي على وجودها
http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.72.021301
و ما قاله هذا البحث عن تأثير كازمير Casimir effect
ينطبق أيضا علي Lamb shift و Hawking radiation
أما الجسيمات الافتراضية التي تتولد من  طاقة الفراغ فهي في الحقيقة مجرد أدة حسابية تعيش داخل عالم الرياضيات و ليست ظاهرة فيزيائية تتواجد في العالم الواقعي كما يقول هذا البحث

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10701-007-9176-y?LI=true

The calculational tool represented by Feynman diagrams suggests an often abused picture according to which “real particles interact by exchanging virtual particles”. Many physicists, especially nonexperts, take this picture literally, as something that really and objectively happens in nature. In fact, I have never seen a popular text on particle physics in which this picture was not presented as something that really happens. Therefore, this picture of quantum interactions as processes in which virtual particles exchange is one of the most abused myths, not only in quantum physics, but in physics in general. Indeed, there is a consensus among experts for foundations of QFT that such a picture should not be taken literally. The fundamental principles of quantum theory do not even contain a notion of a “virtual” state. The notion of a “virtual particle” originates only from a specific mathematical method of calculation, called perturbative expansion. In fact, perturbative expansion represented by Feynman diagrams can be introduced even in classical physics [52, 53], but nobody attempts to verbalize these classical Feynman diagrams in terms of classical “virtual” processes. So why such a verbalization is tolerated in quantum physics? The main reason is the fact that the standard interpretation of quantum theory does not offer a clear “canonical” ontological picture of the actual processes in nature, but only provides the probabilities for the final results of measurement outcomes. In the absence of such a “canonical” picture, physicists take the liberty to introduce various auxiliary intuitive pictures that sometimes help them think about otherwise abstract quantum formalism. Such auxiliary pictures, by themselves, are not a sin. However, a potential problem occurs when one forgets why such a picture has been introduced in the first place and starts to think on it too literally

(الأداة الحسابية الممثلة في مخططات فاينمان تقترح صورة غالباً ما يساء فهمها على أنها (جسيمات حقيقية تتفاعل من خلال تبادل جسيمات افتراضية). العديد من الفيزيائيين، وخاصة غير الخبراء منهم، يأخذون هذه الصورة حرفيّاً، كأنها شيء حقيقي يحصل في الطبيعة بالفعل. في الحقيقة أنا لم أرَ كتاباً من الكتب المختصة بتقديم علم فيزياء الجسيمات للجماهير من غير المتخصصين، إلا وقدم هذه الصورة على أنها شيء حقيقي يحصل في الواقع. لذلك فإن صورة التفاعلات الكمومية التي تبدو فيها على أنها عملية يحصل فيها تبادل للجسيمات الافتراضية هي واحدة من أسوأ الخرافات ليس فقط في فيزياء الكم وإنما في الفيزياء كلها. في الواقع هناك إجماع بين الخبراء بأسس نظرية المجال الكمومية على أن هذه الصورة لا ينبغي أن تؤخذ حرفيّاً. المبادئ الأساسية للفيزياء الكمومية لا تحتوي حتى على مفهوم الحالة «الافتراضية». مفهوم «الجسيمات الافتراضية» ينشأ فقط من اتباع أسلوب رياضي معين في الحساب. يسمى التوسع الاضطرابي. في الحقيقة التوسع الاضطرابي المُمثل في مخططات فاينمان يمكن حتى إدخاله في الفيزياء الكلاسيكية (52، 53) لكن لا أحد يحاول أن يعبر عن مخططات فاينمان الكلاسيكية هذه بمصطلح، العمليات «الافتراضية» الكلاسيكية. فلماذا إذاً يسمح بهذا التعبير في فيزياء الكم؟ السبب الرئيس هو أن التفسير الأساسي لنظرية الكم لا يوفر صورة وجودية واضحة للعمليات التي تحدث في الطبيعة بالفعل، وإنما يوفر فقط احتمالات عن النتيجة النهائية لنتائج القياس. في غياب مثل هذه الصورة، الفيزيائيون يسمحون لأنفسهم أن يقدموا الصور البدهية المساعدة والتي تساعدهم على التفكير بخلاف تلك الطريقة الرسمية البحتة في فيزياء الكم. هذه الصور المساعدة في حد ذاتها ليست خطيئة. لكن تحدث المشكلات عندما ينسى المرء لماذا تم تقديم هذه الصورة في المقام الأول ويبدأ في التفكير في هذه الصورة بشكل حرفي جداً)
____________________________________
(1) Born, M. (1949). Natural philosophy of cause and chance - The Waynflete lectures 1948 – p. 4.
(2) Born, M. (1949). Natural philosophy of cause and chance - The Waynflete lectures 1948 – p. 9.
(3) Chiribella, G., D'Ariano, G. M., & Perinotti, P. (2012, March). Informational axioms for quantum theory. In FOUNDATIONS OF PROBABILITY AND PHYSICS-6 (Vol. 1424, No. 1, pp. 270-281). AIP Publishing.
(4) Chiribella, G., D’Ariano, G. M., & Perinotti, P. (2011). Informational derivation of quantum theory. Physical Review A, 84(1), 012311.
(5) Chiribella, Giulio, Giacomo Mauro D'Ariano, and Paolo Perinotti. "Quantum from principles." arXiv preprint arXiv:1506.00398 (2015).