إنها حقيقة من حقائق الفيزياء والتجربة اليومية أن الأشياء تنهار. يذوب الجليد. المباني تنهار. أي شيء، إذا انتظرت لفترة كافية، سوف يختلط بنفسه وبمحيطه بشكل لا يمكن التعرف عليه.

ولكن ابتداءً من عام 2005، أدت سلسلة من الإنجازات إلى جعل مسيرة الموت هذه تبدو اختيارية. في الوضع الكمي الصحيح، فإن أي ترتيب للإلكترونات أو الذرات سيبقى في مكانه إلى الأبد - حتى الترتيبات غير المتساوية المفعمة بالنشاط. تتعارض هذه النتيجة مع الحكمة التقليدية القائلة بأن الظواهر الكمومية هي أشياء هشة، ولا يمكن ملاحظتها إلا في درجات حرارة منخفضة للغاية. كما أنها أحدثت ثغرة في أسس الديناميكا الحرارية، وهو فرع الفيزياء الموقر الذي يفسر ظواهر مثل الحرارة والإنتروبيا كعواقب حتمية للتفاعل بين أسراب هائلة من الجسيمات.

وجاءت النتائج بمثابة صدمة لعلماء الفيزياء مثل نورمان ياو، طالب دراسات عليا في ذلك الوقت وهو الآن أستاذ في جامعة هارفارد. يتذكر أنه كان يفكر: "الجحيم المقدس"، مستخدمًا كلمة أقوى من الجحيم. "إذا كان هذا صحيحًا في نظام متفاعل متعدد الجسيمات، فإن الميكانيكا الإحصائية تفشل. الديناميكا الحرارية تفشل."

وانتشرت فكرة الاستقرار الكمي الجديد الجذري. لقد ألهمت المنظرين لاستحضار مجموعة من المراحل الجديدة للمادة الكمومية، مثل البلورات الزمنية، وهي أنظمة تحافظ على سلوك متكرر إلى أجل غير مسمى دون امتصاص الطاقة. وقد شعر مهندسو الكم، الذين يكافحون تقلب الكيوبتات لبناء أجهزة كمبيوتر كمومية، بالشجاعة إزاء هذه الإشارة إلى أن معركتهم كانت قابلة للفوز.

“في الكمبيوتر الكمي، تحتاج إلى ذاكرة لظروفك الأولية؛ قال ياو: "وإلا فلن تتمكن من فعل أي شيء".

بلغ تراكم الأدلة ذروته في عام 2014 مع وجود دليل رياضي صارم على أن الأنماط الكمومية يمكن أن تستمر بالفعل إلى الأبد.

ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، بدأ الوعد بوجود هياكل كمومية مستقرة إلى الأبد في التذبذب. يمكن لمثل هذه الأنماط أن تدوم بالفعل لدهور، كما وجدت التجارب الرائدة. لكن الجدل محتدم حول ما إذا كانت تلك الدهور يمكن أن تمتد حقًا إلى الأبد، كما يعتقد العديد من الفيزيائيين. في سياق تشريح الطبيعة الأساسية للمصير الكمي، اكتشف الفيزيائيون المشاركون ظواهر كمومية غير معروفة سابقًا تهدد استقرار جحافل كبيرة من الجسيمات.

قال: "كنت تعتقد أنك تفهم [هذه الفكرة] جيدًا، والآن لا تفعل ذلك". فيديكا خيماني، عالم فيزياء في جامعة ستانفورد. "هذا ممتع. هناك لغز يجب حله مرة أخرى."

طعم الخلود

لقد التقط فيل أندرسون، الفيزيائي الذي سيصبح أسطورة في مجاله، إشارة مبكرة إلى الخلود الكمومي. في الخمسينيات من القرن الماضي، كان أندرسون في مختبرات بيل يدرس ما كان يُسمى حينها بالفيزياء المتطورة، ألا وهو سلوك الإلكترونات داخل أشباه الموصلات. وأثناء محاولته فهم بعض النتائج التجريبية المحيرة، وجد نفسه يفكر في مشكلة أكثر تجريدًا.

وتساءل أندرسون هل من الممكن احتجاز جسيم كمي واحد في مكانه؟

من السهل محاصرة جسم كلاسيكي، مثل كرة البلياردو. فقط قم بإحاطتها بالحواجز، مثل حواجز طاولة البلياردو. لكن الجسيمات الكمومية يمكن أن تنتقل مع تجاهل تام للحواجز من خلال "النفق" من خلالها. المشكلة هي أنهم لا يستطيعون السفر بعيدًا. يصبح حفر الأنفاق صعبًا - وهذا أمر غير مرجح بشكل كبير - كلما حاول الجسيم أن يذهب أبعد. تساءل أندرسون عن البيئة المحيطة التي يمكن أن تحتوي على فنان الهروب الكمي.

واكتشف أن السر يكمن في لصق الجسيم في مشهد كمي «مضطرب»، مليء بالقمم والوديان. سيكون لكل موقع ارتفاع عشوائي، يمثل طاقة عشوائية. وفي المادة الحقيقية، قد يأتي هذا الاضطراب من الشوائب مثل الذرات المفقودة أو ذرات العناصر المختلفة.

وخلص أندرسون إلى أنه مع ما يكفي من الفوضى، لن يتمكن الجسيم من النفق بعيدًا أبدًا. ومن أجل حفر النفق، يحتاج الجسيم إلى العثور على موقع يتمتع بطاقة مماثلة (أو على ارتفاع مماثل) للموقع الذي بدأ فيه. والمزيد من الفوضى يجعل مثل هذه المواقع أكثر ندرة. ومن خلال النظر إلى أبعد من ذلك في المشهد الطبيعي، قد يتمكن الجسيم من استكشاف المواقع المرشحة في مقطع لائق. يمكن أن يكون هذا المعدل سريعًا جدًا في الأبعاد "الأعلى" مثل المستويات ثنائية الأبعاد والطوب ثلاثي الأبعاد، حيث يتوفر للجسيم المزيد من الخيارات المتاحة له. لكن الصعوبة الهائلة في الوصول إلى تلك المواقع سترتفع دائمًا بشكل أسرع، مما يجعل حفر الأنفاق اقتراحًا غير مرجح.

وقال أندرسون إن حفر الأنفاق لم يكن كافيا ورقة 1958. إن المناظر الطبيعية المضطربة من أي بعد من شأنها أن "تحدد" الجسيم. ظل العمل غير مقروء لسنوات، على الرغم من أنه سيساعده في النهاية على تأمين حصة من الكتاب 1977 جائزة نوبل في الفيزياء.

في حين أن تأملات أندرسون كانت مستوحاة من الإلكترونات الموجودة في أشباه الموصلات، إلا أن تأطيره يكشف أنه كان يفكر بشكل أكثر تجريدًا. وكان الشذوذ الذي حفزه هو المقاومة الغامضة بين الإلكترونات لعملية تعرف باسم الحرارية. لقد سعى إلى أن يفهم بشكل أعمق متى يسخن النظام أو لا يسخن. ولم يكن أول فيزيائي يدرس هذه الظاهرة، لكن الأسئلة التي أثارها في عمله ستأسر خيال جيل لاحق من علماء الفيزياء.

قال: "لقد كان قبل 50 عامًا من وقته". ديفيد هيوز، عالم فيزياء في جامعة برينستون.

في اللغة اليومية، يعتبر التحوّل الحراري هو الميل الطبيعي للأنظمة للاختلاط. تفقد مجموعة البطاقات الجديدة ترتيبها الأصلي بسرعة. تتحول القلعة الرملية إلى كتلة مبللة من الرمال. في الديناميكا الحرارية، هذا الاتجاه هو نتيجة مباشرة للإحصاءات. هناك فقط عدد قليل من الطرق التي يمكن ترتيبها وعدد هائل من الطرق التي يمكن خلطها، لذلك من المرجح جدًا أن ينتهي الأمر بنظام مرتب في البداية مختلطًا.

السمة الرئيسية للتسخين الحراري هي أن أي أنماط أولية يتم محوها عن طريق الخلط. على سبيل المثال، فإن أي نقطة ساخنة أولية أو تركيز للطاقة ينتشر إلى الخارج حتى لا يكون هناك أي انتشار آخر ممكنًا. عند هذه النقطة، يصبح النظام مستقرًا ويتوقف عن التغير بشكل ملحوظ، وهو السيناريو الذي يشير إليه الفيزيائيون بالتوازن الحراري.

إذا نظرنا إلى الماضي، يرى الفيزيائيون أن عمل أندرسون يحتوي على بذور التمرد ضد الحرارة. لقد أظهر أن المناظر الطبيعية المضطربة يمكن أن تحبس جسيمًا واحدًا. أصبح السؤال الرئيسي: هل يمكن تحديد موقع العديد من الجسيمات؟ إذا ظلت الجسيمات عالقة في مكانها، فلن تنتشر الطاقة، ولن يصبح النظام حراريًا أبدًا. وعلى عكس عملية التسخين الحراري، فإن التوطين سيمثل نوعًا جديدًا تمامًا من الاستقرار، وطريقة غير متوقعة لاستمرار أنماط الطاقة الكمومية إلى الأبد.

وقال: "معرفة ما إذا كانت عملية التسخين الحراري هي شيء عالمي سيحدث في نظام مغلق، أو ما إذا كان من الممكن أن تنهار تمامًا". ميسم باركشلي، عالم فيزياء في جامعة ميريلاند، "هو أحد أهم الأسئلة الأساسية في الفيزياء."

ومع ذلك، فإن الإجابة على هذا السؤال تتطلب حل مشكلة جعلت عمل أندرسون الحائز على جائزة نوبل يبدو وكأنه عملية إحماء. القضية الأساسية هي أن مجموعات الجسيمات يمكن أن تؤثر على بعضها البعض بطرق معقدة للغاية. ثبت أن تفسير هذه التفاعلات معقد للغاية لدرجة أنه قد انقضى ما يقرب من 50 عامًا بين ورقة أندرسون عام 1958 والمحاولات الجادة الأولى لفهم التوطين في الأنظمة متعددة الجسيمات، وهو ما يسميه الفيزيائيون توطين الأجسام المتعددة.

وكانت الإجابة غير المعقولة التي ظهرت بعد نصف قرن من الزمان هي أن التسخين الحراري ليس حتميا دائما. وفي تحدٍ لعملية التسخين الحراري، بدا أن توطين العديد من الأجسام ممكن.

قال: "إنه يخالف قوانين الديناميكا الحرارية". فويتسيك دي روك، فيزيائي في جامعة KU Leuven في بلجيكا. "هذا يعني أن الفوضى لا تنتصر دائمًا."

صعود توطين العديد من الجسم

جاء الجزء الثاني من عمل أندرسون في عام 2005، عندما دينيس باسكو, إيجور ألينر و بوريس ألتشولرنشر علماء الفيزياء الذين ينتمون إلى جامعتي برينستون وكولومبيا، ورقة بحثية تاريخية من شأنها أن تجعل الأحرف الأولى من أسمائهم معروفة على الفور للباحثين في هذا المجال. في هذا البحث، درست BAA ما إذا كانت الشوائب الذرية في المعدن يمكنها تحديد موضع الإلكترونات، واحتجازها بالقرب من الذرات وتحويل المادة الموصلة إلى عازل.

In صفحات 88 من الرياضيات الكثيفة التي تشتمل على 173 معادلة مرقمة و24 شكلًا (باستثناء الملاحق)، أظهرت BAA أن المادة الفوضوية يمكنها بالفعل إيقاف مجموعات من الإلكترونات في مساراتها، تمامًا كما أظهر أندرسون أنها تستطيع إيقاف جسيم واحد. أطلق عملهم بشكل فعال دراسة توطين العديد من الأجسام، أو MBL.

قال الخماني: “لقد كانت حقاً جولة قوة”. "لقد أظهروا أن MBL مستقر في جميع الأبعاد." وكان العمل أيضا لا يمكن اختراقه. لقد صدقها الباحثون لكنهم لم يفهموها جيدًا بما يكفي للبناء عليها. وقال: "لا يمكن لأحد أن يقوم بحساب BAA غيرهم". جيد بيكسلي، فيزيائي المادة المكثفة في جامعة روتجرز.

لكن النتائج التي توصلت إليها BAA أرسلت موجات عبر حرم جامعة برينستون. أخبر باسكو صديقه فاديم أوغانيسيان، الذي ناقش الأمر مع مستشاره ديفيد هيوز. كان الاثنان يشغلان بالفعل عمليات محاكاة حاسوبية من شأنها أن تسمح لهما باختبار أفكار BAA بشكل مباشر أكثر في سياق أكثر تجريدًا للحرارة.

في عمليات المحاكاة التي أجراها، أنشأ هيوز وأوجانيسيان سلاسل من الجسيمات الكمومية التي يمكن أن تشير إلى الأعلى أو الأسفل، ويمكن أن تقلب جيرانها. عندما أضافوا المزيد والمزيد من الفوضى، وفقًا لوصفة التوطين، رأوا علامات على أن سلاسل الجسيمات كانت تتحول من سيناريو التسخين الحراري (حيث، على سبيل المثال، الجسيم المتقلب بسرعة من شأنه أن ينشر طاقته ويبدأ في قلب جيرانه) إلى ما يقرب من السيناريو الموضعي (حيث يحتفظ الجسيم بطاقته). بدا الانتقال من التحول الحراري إلى التوطين عند مستوى معين من الاضطراب أشبه بالانتقالات بين أطوار المادة، مثل السائل والجليد، والتي تحدث عند درجة حرارة معينة.

هل يمكن أن تكون MBL مؤهلة كمرحلة من نوع ما؟ تتمتع المراحل بمكانة خاصة في الفيزياء. لديهم أيضا تعريف خاص. والأهم من ذلك، أن مرحلة المادة يجب أن تكون مستقرة لفترة زمنية طويلة بلا حدود، ولنظام كبير بلا حدود. إذا كان هناك بالفعل انتقال بين المعالجة الحرارية والتوطين، وإذا حدث التوطين إلى أجل غير مسمى لأنظمة لا حصر لها، فربما يمكن اعتبار هذين النوعين من الاستقرار بمثابة مراحل في حد ذاتها.

لم يتمكن أوغانيسيان وهيوز من محاكاة سلاسل طويلة لا متناهية لفترات طويلة بلا حدود (كان بإمكانهما محاكاة حوالي اثني عشر جسيمًا)، لذلك لم يندهشا عندما رأوا علامات غير كاملة للتمركز. ولكن عندما جعلوا سلاسلهم أطول، أصبح الانتقال إلى التوطين أكثر دقة. أول أعمالهم، نشرت في عام 2006، أثار الاحتمال المثير للاهتمام وهو أنه بالنسبة للسلاسل الطويلة غير المحدودة مع ما يكفي من الفوضى، يمكن أن توجد مرحلة محلية.

ولعل الأهم من ذلك هو أن عمليات المحاكاة التي قاموا بها كانت سهلة الفهم. قال بيكسلي: "لقد قام ديفيد بالحساب حتى يتمكن أي شخص من القيام بذلك".

دعمت الدراسات العددية اللاحقة فكرة أن المناظر الطبيعية الوعرة يمكن أن تحدد موقع الطاقة، وبدأ الفيزيائيون في النظر في الآثار المترتبة على ذلك. طوفان من الطاقة، غالبًا ما يكون على شكل حرارة، يمسح المراحل الدقيقة من المادة الكمومية. ولكن إذا تمكنت القمم المتعرجة بما فيه الكفاية من إيقاف انتشار الطاقة، فقد تتمكن الهياكل الكمومية من البقاء فعليًا عند أي درجة حرارة. وقال: "أنت قادر على الحصول على الظواهر التي نربطها بالفعل ولا نفهمها إلا عند درجة حرارة الصفر". أنوشيا شاندران، عالم فيزياء في جامعة بوسطن درس MBL كطالب دراسات عليا في جامعة برينستون.

كانت إحدى الهياكل الكمومية البارزة التي نشأت من MBL عبارة عن نمط زمني. اقلب أحد طرفي سلسلة من الجسيمات بمعدل معين، ويمكن للسلسلة بأكملها أن تتقلب بين شكلين دون امتصاص أي من الطاقة الناتجة عن التقليب. هؤلاء "بلورات الوقت"كانت مرحلة غريبة من عدم توازن المادة، والتي لم تكن ممكنة إلا لأن المشهد المضطرب بدرجة كافية يمنع أي ترتيب يمكن تصوره للجسيمات من الوصول إلى التوازن الحراري.

قال خيماني، الذي جاء عبر برينستون في هذا الوقت تقريبًا، وسيستمر في لعب دور رائد في فهم وإنشاء بلورات الوقت: "لا يوجد نظير". "هذا تحول نموذجي كامل."

القطعة الأخيرة من اللغز النظري سقطت في مكانها الصحيح في عام 2014، عندما جون إمبري، عالم الفيزياء الرياضية في جامعة فيرجينيا، أظهر أنه إذا تمكنت من ربط سلسلة طويلة لا نهائية من الجسيمات مع ما يكفي من الفوضى، سيبقى أي تكوين مترجمًا. وعلى الرغم من قدرة الجسيمات على التفاعل مع جيرانها، فإنها ستستمر بشكل فردي في القيام بأشياءها الخاصة إلى الأبد.

إن هذا الدليل الرياضي الصارم، والذي نادرًا ما يكون مثله في الفيزياء، كان نتيجة خمس سنوات من الجهد. لقد ضمن ذلك أن التوطين كان ممكنًا، مما عزز مكانته كمرحلة. قال إمبري: "عندما تقوم بحجة رياضية، عليك أن تأخذ في الاعتبار كل الاحتمالات". "هذا جزء من الجمال."

وفي الوقت نفسه تقريبًا، كان الفيزيائيون الذين لديهم مختبرات متخصصة في التعامل مع الذرات الباردة يؤكدون أن الجسيمات الحقيقية تتصرف بنفس الطريقة التي تتصرف بها الجسيمات الرقمية. أعداد متواضعة من الذرات التي تفصلها جبال من الضوء تنتشر بوتيرة جليدية، سواء عندما مرتبة في خطوط 1D وعندما مصفوفة في شبكات ثنائية الأبعاد.

مع رجحان الأدلة التجريبية والرياضية والعددية، بدا أن MBL مقدر له أن يدخل مجمع التحولات الطورية إلى جانب المغناطيسية والموصلية الفائقة. توقع الفيزيائيون أن مجموعة واسعة من الأنظمة المختلفة ذات الأبعاد المختلفة يمكن أن تتجاهل بشكل صارخ مصيرها الديناميكي الحراري المفترض.

وفي عام 2022، منحت الجمعية الفيزيائية الأمريكية ألتشولر وهيوز وألينر هذه الجائزة المرموقة جائزة لارس أونساجر، سمي على اسم الفيزيائي الرياضي الذي أثبت أن أ نموذج الرسوم المتحركة التقطت المرحلة الانتقالية عندما أصبحت المادة ممغنطة.

ولكن حتى قبل توزيع الجوائز، بدأت فكرة الهياكل الدائمة إلى ما لا نهاية في الانهيار.

بداية التذبذب

حدثت الهزة الأولى بعد حوالي عام ونصف من إثبات إمبري.

تذكر أنه يُعتقد أن الانتقال من المعالجة الحرارية إلى التوطين يتم مثل التحولات بين المراحل المألوفة للمادة. فعندما تتمغنط المعادن، على سبيل المثال، تتغير خصائص معينة بمعدلات معينة، يتم وصفها بمعادلات محسوبة بدقة. القيم المحددة في هذه المعادلات لها أسس معينة، مثل 2 بوصة x².

من أجل حدوث تحول طوري حقيقي في بعد واحد، أثبت علماء الرياضيات أن اثنين من هذه الأسس يجب أن يكونا أكبر من 2. لكن عمليات محاكاة MBL وجدت أنهما 1، وهو خلاف كبير. في طبعة ما قبل النشر لا تزال غير منشورة وقد أظهر أوغانيسيان وشاندران، الذي نُشر في عام 2015، بالتعاون مع كريستوفر لومان من جامعة بوسطن، أن عدم التطابق لم يكن مجرد أثر جانبي تافه لدراسة السلاسل القصيرة، بدلًا من السلاسل اللانهائية. بدا شيئًا أكثر جوهرية بعيدًا.

قال هوس: "لقد بحثوا الأمر بعناية". "لكننا لم نتمكن من معرفة ما هو الخطأ."

ووقعت سلسلة من الصدمات الأكبر خلال السنوات القليلة التالية. تخيل نوع المناظر الطبيعية الجبلية التي قد تؤدي إلى MBL. الآن قم بتوسيع هذا المشهد إلى اللانهاية في كل الاتجاهات. إذا قمت باستكشاف ما يكفي منها بشكل عشوائي، فمن المحتم أن تصطدم في مرحلة ما برقعة مسطحة ممتدة.

يمكن للجسيمات الموجودة في المنطقة المسطحة أن تجد بسهولة حالات ذات طاقة مماثلة للنفق، لذلك تختلط وتسخن. في مثل هذه المنطقة، تكثر حالات الطاقة، مما يزيد من احتمالات أن يتلامس جسيم في الجبال المجاورة ويصبح حراريًا بنفسه، كما يقول دي روك من جامعة لوفين وجامعة كاليفورنيا. فرانسوا هوفينيرزالذي كان آنذاك في جامعة باريس دوفين في فرنسا. وبالتالي، يمكن للمنطقة المسطحة أن تكون بمثابة مصدر للطاقة الحرارية.

ولكن هل يمكن لمثل هذه الرقعة الصغيرة أن تطيح بالنظام بأكمله؟ بدا السيناريو بديهيًا معقولًا مثل حوض استحمام ساخن في دنفر تسبب في انهيارات في فيل وبريكنريدج وتيلورايد. ولم يقبلها الفيزيائيون على الفور. عندما أثار دي روك وهوفينيرز هذا الاحتمال في المؤتمرات، أثارت محادثاتهما نوبات غضب من الجمهور.

قال دي روك: "لقد كانت مفاجأة كبيرة". "الكثير من الناس في البداية لم يصدقونا."

في سلسلة من الأوراق تبدأ في 2016عرض دي روك وهوفينيرز والمتعاونون معهم قضيتهم في عملية تُعرف الآن باسم الانهيار الجليدي. لقد جادلوا بأن ما يبدأ كقطرة من الجسيمات الحرارية، على عكس حوض الاستحمام الساخن، يمكن أن يتساقط في المحيط.

وقال إمبري: "لديك حمام حراري، وهو يقوم بتجنيد المواقع المجاورة في الحمام الحراري". "إنها تصبح أقوى وأقوى وتجذب المزيد والمزيد من المواقع. هذا هو الانهيار الجليدي."

وكان السؤال الحاسم هو ما إذا كان الانهيار الجليدي سيكتسب زخما أم سيفقده. ومع كل خطوة، سيصبح الحمام الحراري بالفعل مخزنًا أكبر وأفضل للطاقة. لكن كل خطوة جعلت تدفئة الموقع التالي أكثر صعوبة. وكما ذكرنا بتوطين الجسيم الواحد الذي اقترحه أندرسون، فقد تحول النقاش إلى سباق بين تأثيرين: تحسن الحمام مقابل صعوبة نموه بشكل أكبر.

جادل دي روك وهوفينيرز بأن الانهيارات الجليدية ستنتصر في البعدين والثلاثة أبعاد، لأنها تخزن حالات الطاقة بسرعة لا تصدق - بمعدلات تتعلق بمساحة النمو السريع (في البعد الثنائي) أو الحجم (في الثلاثي الأبعاد). لقد توصل معظم الفيزيائيين إلى قبول فكرة أن الانهيارات الجليدية في هذه المناظر الطبيعية لا يمكن إيقافها، مما يجعل MBL احتمالًا بعيدًا في الصفائح أو الطوب.

لكن إمكانية وجود MBL في سلاسل أحادية البعد ظلت قائمة، لأن الانهيار الجليدي الذي يجتاح الخط يؤدي إلى تراكم حالات الطاقة بشكل أبطأ. وفي الواقع، فإن الحمام الحراري يصبح أكثر قوة بنفس المعدل الذي ترتفع به صعوبة النمو. لقد كانت رابطة عنق. قد تستمر الانهيارات الجليدية في البعد الواحد، أو قد تتوقف.

وفي الوقت نفسه، أصبح فيزيائيون آخرون متشككين في إمكانية وجود MBL حتى في سلسلة أحادية الأبعاد. في عام 1، قام فريق من خبراء الفوضى السلوفينيين بما في ذلك توماز بروسن أعادت تحليل البيانات الرقمية القديمة وسلطت الضوء على حقيقة أنه مع ازدياد الطبيعة الجبلية، تباطأت عملية المعالجة الحرارية بشكل كبير ولكن لم تتوقف تماما - حقيقة مزعجة اعتبرها باحثو MBL قطعة أثرية من عمليات المحاكاة صغيرة الحجم. أناتولي بولكوفنيكوف من جامعة بوسطن و يجفف سيلس، الذي يعمل حاليًا في جامعة نيويورك ومعهد فلاتيرون، من بين باحثين آخرين استنتاجات مماثلة. تحدت حججهم بشكل مباشر الجاذبية المركزية لـ MBL: الوعد بالحياة الأبدية لقلعة رملية كمومية.

قال تشاندران: "على مستوى المنظرين الذين يتحدثون عن MBL، هناك نظام صادق مع الله حيث لا يمثل [زمن التسخين الحراري] عمر الكون فحسب، ولا يمكننا رؤيته. لا، إنها حقًا لا نهائية."

تلا ذلك نقاش حاد، سواء في الأدبيات الأكاديمية أو في المناقشات الخاصة. أمضى Sels and Huse ساعات على Zoom خلال ذروة الوباء. لقد تحدثوا فيما بينهم في بعض الأحيان، لكن كل منهم ينسب للآخر رؤى مثمرة. إن خصوصيات وعموميات هذا الجدل تقنية للغاية، ولا يستطيع حتى الباحثون المشاركون التعبير بشكل كامل عن جميع وجهات النظر. لكن في نهاية المطاف، ترجع اختلافاتهم إلى أن كل معسكر يقوم بتخمين متعلم مختلف - متعلم للغاية - بشأن ما ستراه إذا تمكنت من مشاهدة سلسلة من الجزيئات تنقلب إلى الأبد.

لا يزال الجانبان يختلفان حول ما إذا كانت مرحلة MBL حقيقية موجودة في بُعد واحد، ولكن إحدى النتائج الملموسة لهذا الصدام هي أنها دفعت الباحثين إلى التدقيق في التأثير الذي قد تحدثه الانهيارات الجليدية على البداية المفترضة لـ MBL.

وقال هيوز إن المجموعات المتشككة "كانت لديها بعض النقاط الجيدة للغاية، لكنها بالغت فيها قليلاً". "لقد حفزتنا حقًا."

قام Huse، بالتعاون مع فريق من خبراء MBL بما في ذلك خيماني، بإعداد طريقة لمحاكاة تأثير الانهيار الجليدي على السلاسل القصيرة دون إثارة الانهيار فعليًا. (لم يشهد أحد انهيارًا جليديًا، حتى رقميًا، لأنه للحصول على بقعة مسطحة كبيرة بما يكفي، قد تحتاج إلى سلسلة طويلة من مليارات الجسيمات، وفقًا لتقديرات سيلز، ويدرس الباحثون عادةً سلاسل مكونة من حوالي 12). أعلى.

وصلت المجموعتان مماثل الاستنتاجات في عام 2021: يتطلب التحول إلى MBL، إذا كان موجودًا، مناظر طبيعية جبلية أكثر بكثير مما كان يعتقده الباحثون. مع مستوى الصلابة الذي كان يُعتقد سابقًا أنه يؤدي إلى MBL، فإن التسخين الحراري سوف يتباطأ، لكنه لن يتوقف. ولمنح رجال الثلج الكمومي فرصة القتال ضد الانهيارات الجليدية، يجب أن تكون المناظر الطبيعية أكثر اضطرابًا مما توقعه هيوز ورفاقه. وجدت مجموعة هيوز في البداية أن الجبال يجب أن تكون أكثر وعورة بمرتين على الأقل. وقد أدى عمل سيلز إلى رفع هذا الرقم إلى ما لا يقل عن ستة أضعاف وعورة، مما يجعل الجبال أشبه بجبال الهيمالايا منها بجبال روكي. ربما لا يزال نظام MBL يحدث في تلك الظروف المتطرفة، لكن النظرية التي تم بناؤها حول التحول الأقل وعورة كانت تعاني بالفعل من مشاكل.

وقال هيوز: "لقد قبلنا الأمر بشكل كامل، ولم ننظر إلى تفاصيله الدقيقة".

في أعمال عام 2021، أعاد الباحثون كتابة وتوسيع مخطط طور MBL للسلاسل أحادية الأبعاد. في الأراضي المسطحة الشبيهة بولاية كنساس، تسخن الجسيمات بسرعة. في جبال روكي، أعاد الباحثون تصنيف "مرحلة" MBL على أنها "نظام ما قبل الحرارة". هذا هو النظام المستقر الذي اكتشفه BAA، ومحاكاة برينستون، والتجارب الذرية. لكن الآن توصل الباحثون إلى أنه إذا انتظر المرء وقتًا طويلًا جدًا - حرفيًا مليارات السنين لبعض الإعدادات - فإن الجسيمات التي تفصلها جبال الروكي سوف تختلط في الواقع وتسخن.

وراء جبال الروكي تقع جبال الهيمالايا. ما يحدث هناك يبقى سؤالا مفتوحا. إن سيلس وبروسين مقتنعان بأن الطاقة سوف تنتشر وأن التسخين الحراري سيحدث في النهاية، حتى لو استغرق الأمر دهورًا. يستمر Huse وشركاؤه في الاعتقاد بأن MBL الأصلي قد بدأ.

من أهم أسباب إيمانهم بـ MBL هو دليل 2014. من بين ركائز الأدلة العديدة التي تدعم وجود MBL الحقيقي، فإن دليل إمبري هو الدليل الأخير. وبعد مسيرته المهنية في تطوير أدوات رياضية مخصصة لهذا النوع من المسائل، فإنه يقف إلى جانبها.

وقال: "ليس من غير المألوف في الرياضيات أن يكون هناك خطأ في البرهان، ولكن أعتقد أنني أعرف ما أفعله".

لكن هذا الدليل يقسم الفيزيائيين، لأن الفيزيائيين لا يفهمونه. ليس بسبب عدم المحاولة. ذات مرة، طلب لومان من إمبري أن يعلمه هو وحفنة من الباحثين الدليل على مدار أسبوع في إيطاليا، لكنهم لم يتمكنوا من اتباع الخطوات بالتفصيل. هذا ليس مفاجئًا تمامًا، لأن الفيزيائيين عادةً ما يستخدمون الرياضيات بطريقة أسرع وأكثر مرونة من علماء الرياضيات. لا تعتمد حجة إمبري على أي مستوى محدد من الصلابة في المشهد الطبيعي، لذا فإن المراجعات الأخيرة لمخطط طور MBL لا تقوضها بأي حال من الأحوال. لتحديد ما إذا كانت MBL موجودة بالفعل، سيحتاج الباحثون إلى بذل جهد كبير وإما العثور على مشكلة في الإثبات أو التحقق من كل سطر.

وهذه الجهود جارية. يقول سيلز ومعاونوه إنهم يضعون اللمسات الأخيرة على حجة من شأنها أن تتعارض مع حجة إمبري. في هذه الأثناء، أمضى دي روك وهوفينيرز، علماء الرياضيات الذين اكتشفوا خطر الانهيارات الجليدية، عامين في محاولة لإعادة كتابة دليل إمبري في شكل يسهل الوصول إليه. يقول دي روك إنهم وضعوا جميع العناصر الرئيسية في مكانها الصحيح، ويبدو المنطق ثابتًا حتى الآن.

قال دي روك: “MBL، أعتقد أنه موجود”. ولكن "نحن ندرس الرياضيات هنا، لذا فإن أي مشكلة صغيرة يمكن أن تعرقل الأمر برمته".

ما وراء الملائكة الكم

في الكون الذي نعيش فيه، والذي سوف يسخن في حد ذاته خلال عدد غير مفهوم من السنوات، فإن الدوام دائمًا ما يكون ضربًا من الوهم. مانهاتن تغرق تحت ثقلها 1.6 سم لكل عقد. سوف تندمج القارات خلال 250 مليون سنة تقريبًا. وبينما هو اسطورة نظرًا لأن قيعان النوافذ الزجاجية الملونة في العصور الوسطى قد زادت سماكتها قليلاً على مر القرون، يعتقد الفيزيائيون أن الزجاج يتدفق على مدى فترة زمنية غير معروفة، من المحتمل أن يكون عدة مليارات من السنين أو أكثر.

إذا ثبت أن نظام MBL غير مستقر، فسيكون النظام الموضعي متعدد الأجسام على الأقل متينًا مثل أي من هذه الأمثلة. وكذلك الأمر بالنسبة للظواهر الكمومية التي تعتمد على حالات MBL. على سبيل المثال، قد تفقد البلورات الزمنية تسمياتها المدرسية باعتبارها "أطوار المادة"، لكنها ستظل قادرة على الاستمرار في العمل لفترة أطول بكثير من أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تحاكيها (أو البشر الذين يشغلون أجهزة الكمبيوتر، على سبيل المثال). هذا يهم). يهتم العديد من الأكاديميين بشدة بالاحتمال الرياضي للتغلب على مسألة الحراريات باعتبارها سؤالًا أكاديميًا جميلاً. لكن في هذه الأيام، لا يفقد معظمهم الكثير من النوم بسبب ذلك.

قال شاندران: "ربما كانت الملائكة ترقص دائمًا على رأس الدبوس".

بدلًا من ذلك، استمتع شاندران وآخرون بفرصة اكتشاف ظاهرة جديدة مسببة للحرارة، وهي ظاهرة قد يلاحظها الفيزيائيون بالفعل في الأنظمة الصغيرة.

وبالعودة إلى عام 2018، شرعت هي ومعاونها فيليب كراولي في فهم السبب الذي يجعل السلاسل الصغيرة تبدو وكأنها تسخن ببطء على الرغم من أنها كانت صغيرة جدًا بحيث لا يمكن ظهور بقع مسطحة عليها. قرر الثنائي أن مجموعات من الجسيمات كانت محظوظة في بعض الأحيان وتقترض الطاقة من مجموعة مجاورة بالكمية المحددة التي تحتاجها للتحول إلى تكوين جديد. أطلقوا على هذه المصادفات اسم "الرنين" ولاحظوا كيف أنها تميل إلى الانتشار من مجموعة إلى أخرى، مما يؤدي إلى تسخين طويل الأمد في أنظمة صغيرة جدًا بحيث لا تتحمل الانهيارات الجليدية. في عام 2020، أظهروا أن الرنين يمكن أن يفسر عدم تطابق الأس لعام 2015 و العديد من الميزات مريب التي ظهرت في التجارب العددية، وهي رؤى ساعدت Huse وشركاه على تحديث مخطط المرحلة للسلاسل القصيرة في عام 2021.

اليوم، يعتقد الفيزيائيون أن الرنين يزعزع استقرار السلاسل المتواضعة ذات الاضطراب على مستوى جبال روكي، في حين أن الانهيارات الثلجية تزعزع استقرار السلاسل الأطول عند مستويات أعلى من الاضطراب.

وبينما يقوم تشاندران وآخرون بتحسين عمليات المحاكاة والتجارب الخاصة بهم واستكشاف سلاسل أطول وأكثر وعورة، فإنهم يتساءلون عما قد يكمن أيضًا في جبال الهيمالايا وخارجها.

وقال هيوز: "يبدو أن هناك فيزياء أخرى تجري هناك". "سيكون ذلك أجمل بالنسبة لي. أحب العثور على أشياء جديدة."

ملاحظة المحرر: حصل عدد قليل من الباحثين الذين يظهرون في هذه المقالة على تمويل من مؤسسة سيمونز، التي تمول أيضًا هذه المجلة المستقلة تحريريًا. ليس لقرارات تمويل مؤسسة سيمونز أي تأثير على تغطيتنا. مزيد من التفاصيل المتاحة هنا.