كيف يمكن لأي إلكترون أن يكون جُسَيماً وموجة؟

تشارلي سيمونز، لوس ألتوس هيلز، كاليفورنيا

الإلكترون Electron عبارة عن جُسيم صغير ذي شحنة سالبة يدور حول نواة الذرة. كان ذلك واضحاً منذ أن اكتشفه الفيزيائي البريطاني جيه. جيه. طومسون J. J. Thomson في عام 1897. ولكن بعد مرور 30 عاماً، حقق ابنه جورج اكتشافاً آخر؛ فعند إرسال إلكترونات عبر فيلم رقيق من المعدن، وجد أنها أنشأت نمطاً من التداخل، كما لو أنها موجات، وليس جسيمات. ومثل والده، حصل جورج على جائزة نوبل عن عمله، ولكن «ثنائية الجسيم-الموجة» – التي تظهرها جميع الجسيمات، بما في ذلك فوتونات الضوء – ما زالت تثير الجدل. فهناك مدرستان فكريتان، تقول الأولى: إن الجسيمات تغير طبيعتها اعتماداً على ما يحدث لها. في بعض التجارب، تصبح مثل الموجات، في حالات أخرى تشبه الجسيمات. وتقول الثانية: إنها أشياء غريبة تحمل دائماً مزيجاً من سمات تشبه الموجات والجسيمات، ولكنها تكشف فقط عن جوانبها التي تشبه الموجات في بعض التجارب، وجوانبها التي تشبه الجسيمات في تجارب أخرى.
إذاً، أيهما هو؟ في عام 2012 نشر فريقان من الباحثين – أحدهما في فرنسا والآخر في إنجلترا بصورة منفصلة نتائج تجارب قادرة على الاختيار بين الاحتمالين. ببساطة، سمحوا للفوتونات بالدخول إلى جهاز من شأنه أن يكشف عن طبيعتها التي تشبه الموجات أو الجسيمات – لكن الباحثين استطاعوا تبديل كل من سمات الفوتونات التي خضعت للفحص. كانت النتائج متوافقة مع أغرب احتمال: أنها موجات وجسيمات كل الوقت، ولا تتغير فقط من كونها واحدة إلى أخرى اعتماداً على ما يجري لها.
هذا مذهل؛ وهذا هو السبب وراء اقتراح العديد من المنظرين عدم التفكير في الإلكترونات والفوتونات وما شابه ذلك باستخدام مصطلحات عادية. فهي في النهاية أعضاء في العالم الكمّي، ولا تشبه أي شيء مألوف.