الفيزيائي بوب كوكي: “إقناع الأطفال بميكانيكا الكم أسهل من إقناع البالغين” | الفيزياء
بيريد الفيزيائي والموسيقي البلجيكي البروفيسور بوب كوكي، 55 عامًا، تدريس فيزياء الكم لجمهور كبير. أصبحت النظرية المليئة بالمفارقات التي تصف العالم المجهري عنصرًا أساسيًا في الخيال العلمي، من Marvel رجل النمل إلى الحائز على جائزة الأوسكار المتعددة كل شيء في كل مكان ذات مرة. من المعروف أن هذا الأمر غريب، وفي المملكة المتحدة، يقتصر هذا الموضوع في الغالب على الطلاب الجامعيين المتخصصين في الفيزياء لأنه يتطلب التعامل مع الرياضيات المعقدة. لكن كوكي، وهو أستاذ سابق في جامعة أكسفورد، ابتكر إطارًا خاليًا من الرياضيات باستخدام الرسوم البيانية للمبتدئين، الموضحة في الكم في الصوركتابه مع الدكتور ستيفانو جوجيوسو الذي نُشر في وقت سابق من هذا العام. وخلال الصيف، أجروا تجربة تعليمية، حيث قاموا بتدريس الطريقة التصويرية لأطفال المدارس في المملكة المتحدة ــ الذين تغلبوا بعد ذلك على متوسط درجات الامتحانات لطلاب الدراسات العليا في الفيزياء في جامعة أكسفورد.
فيزياء الكم معروفة بأنها مقصور على فئة معينة. لماذا يجب أن يرغب معظم الناس في دراستها؟
فكر في الذكاء الاصطناعي. فكر كيف أصبح العالم قاسياً الآن. شركات بمليارات الدولارات مسؤولة عن ثورة يمكن أن تسيطر على العالم ولا أحد يفهم ماذا يفعلون. كنت أستاذًا في جامعة أكسفورد لمدة 20 عامًا والآن أعمل في الصناعة مع شركة Quantinuum، في بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية [machines designed to exploit subatomic physics to one day outperform conventional computers]. نريد أن يفهم الناس ما نقوم به منذ البداية، قبل أن تصبح التكنولوجيا ضخمة. نريد أن نجعل الجذعية [science, technology, engineering and mathematics] أكثر شمولا، وجعل الكم أكثر شمولا. إنه أمر غير بديهي تمامًا، لكن في مجال الصناعة يمكنني الآن القيام بهذه التجربة التعليمية.
شملت تجربتك التعليمية 54 تلميذاً تتراوح أعمارهم بين 15 و17 عامًا، تم اختيارهم عشوائيًا من حولهم 1000 متقدم، من 36 مدرسة في المملكة المتحدة – معظمهم من المدارس الحكومية. قضى المراهقون ساعتين أسبوعيًا في الفصول الدراسية عبر الإنترنت، وبعد ثمانية أسابيع تم تقديم اختبار لهم باستخدام أسئلة من اختبار فيزياء الكم للدراسات العليا بجامعة أكسفورد. أكثر من 80% من التلاميذ نجح وحصل حوالي نصفه على امتياز. هل تفاجأت بنجاحهم؟
في مرحلة ما، كنت سأقوم بإلغاء الأمر برمته لأنني اعتقدت أنه سيكون كارثة كاملة. أردنا في الأصل أن يتفاعل الأطفال مع بعضهم البعض على وسائل التواصل الاجتماعي أو يتواصلوا عبر الإنترنت، لكن ذلك لم يكن مسموحًا به بسبب المبادئ التوجيهية الأخلاقية للتجربة. فكرت، ما هو نوع الخبرة التعليمية، إذا كنتم لا تستطيعون التحدث مع بعضكم البعض؟
هذا هو جيل كوفيد: لم يضع أي منهم كاميراته [for the online classes]لذلك كنا ننظر إلى شاشة سوداء. ولم يطرح أي منهم أسئلة باستخدام أصواتهم، بل قاموا فقط بالكتابة. لقد كان تحديًا تعليميًا صعبًا بكل المقاييس. لقد رأينا أيضًا مشكلة احترام الذات لدى الطلاب. لكن غالبية الأطفال أعجبوا بإعلاننا أنك لا تحتاج إلى خلفية رياضية معقدة. كانت الرياضيات عائقًا أمام الأطفال الذين أرادوا الوصول إلى هذه المعرفة.
وبعدها رجعنا الارقام لقد كان أداؤهم أفضل بكثير مما نراه من طلاب المستوى الجامعي. تم وضع علامة على الامتحانات على أنها عمياء، لذلك لا نعرف عدد الأشخاص الذين جاءوا بهدف متابعة برنامج Stem. نحن نقوم بمعالجة تلك البيانات الآن.
كيف توصلت إلى طريقة “التصوير الكمي” هذه؟ هل كانت تستهدف في الأصل الأطفال والمبتدئين؟
أنا شخص بصري للغاية. أنا لست مجرد عالم فيزياء الكم، أنا فنان وموسيقي. في الواقع، السبب الوحيد الذي جعلني أدرس فيزياء الكم هو أنني أردت دعم مسيرتي الموسيقية – أصدرت فرقة بلاك تيش، وهي فرقتي لموسيقى الروك والميتال والإلكترونيكا، ألبومين هذا العام. حصلت على وظيفة في قسم علوم الكمبيوتر بجامعة أكسفورد في التسعينيات وأخبرني زميلي الكبير سامسون أبرامسكي أننا بحاجة إلى لغة برمجة عالية المستوى [future] أجهزة الكمبيوتر الكمومية. بالنسبة للحوسبة العادية، فأنت تبرمج باستخدام الأصفار والآحاد، لكن معظم الناس لا يفهمون كيفية القيام بذلك. لكن الجميع يفهم كيفية استخدام iPhone. أردنا ما يعادل واجهة iPhone لبرمجة الكمبيوتر الكمي. لذلك، قمت أنا وأبرامسكي بنشر شكلية جديدة لميكانيكا الكم في عام 2004، بناءً على “نظرية الفئة”. [a well-established branch of mathematics that uses diagrams to describe collections of objects].
ثم قمت بتطويره على مر السنين مع آخرين، وكتبت كتابًا عنه للفيزيائيين في عام 2017 مع أليكس كيسنجر. لكن أسوأ الأشخاص الذين يمكن تدريسهم هم علماء الفيزياء النظرية. لديهم الكثير لنتعلمه. قال نصف الأشخاص الرئيسيين في مجال الحوسبة الكمومية: “أنت تفعل أشياء بصور سخيفة، وهذا لا يمكن أن يكون مفيدًا، فهو بسيط للغاية!” وقال النصف الآخر: “نظرية التصنيف صعبة للغاية، وهذا لا يمكن أن يكون مفيدًا، فهو معقد للغاية!” لقد استغرق الأمر سنوات للتخلص من وصمة العار بأن هذا الأمر معقد للغاية. لذا كتبت هذا الكتاب الجديد مع ستيفانو، الذي قام بالتقاط كل الصور، خصيصًا لإجراء هذه التجربة، لإثبات أن هذا سهل للغاية، ويمكن للأطفال القيام به والتفوق على طلاب الدراسات العليا في أكسفورد.
نسمع الكثير من الأشياء الغريبة والرائعة عن فيزياء الكم: قطة في صندوق يمكن أن تكون ميتة وحية في نفس الوقت، حتى تنظر إليها؛ يمكن للجسيمات أن تتواجد في مكانين في وقت واحد، ما لم يتم قياس موضعها؛ يمكن “نقل” المعلومات بين الأنظمة الكمومية. كيف يمكنك نقل هذه العمليات باستخدام الصور فقط؟
انه سهل. الأمر كله عبارة عن رسم دوائر كمومية: صناديق متصلة بواسطة أسلاك [to demonstrate quantum phenomena]. النقل الآني هو مجرد تحريك الصناديق على طول السلك. يتم تمثيل القياسات بواسطة صناديق تسمى “العناكب” والتي لها العديد من الأرجل أو الأسلاك البارزة. الجسيم الكمي الذي يمكن أن يكون في مكانين في وقت واحد قبل أن يتم قياسه، يتم رسمه على شكل ساقين تدخلان في العنكبوت – يمثل جسم العنكبوت القياس – وهناك ساق واحدة تخرج من الجانب الآخر، وهذه هي النتيجة.
ما هو أملك في التصويرية الكمومية في المستقبل؟
لقد اتصل بي أشخاص في الحكومتين الأسترالية واليونانية، في إداراتهم التعليمية، مهتمين بتنفيذ ذلك. أنا أيضًا متحمس لنقل هذا إلى أفريقيا. إنها الأيام الأولى، لكننا نخطط لشيء ما هناك.
لقد بدأت برغبة في تغيير الطريقة التي يتم بها فهم ميكانيكا الكم، وإقناع الأطفال أسهل من إقناع البالغين. ليس لديهم أي تصورات مسبقة. لذلك ربما سيحمله الجيل القادم إلى الأمام. وكما قال ماكس بلانك، أحد مؤسسي فيزياء الكم، ذات مرة: “إن العلم يتقدم بجنازة واحدة في كل مرة”.
اكتشاف المزيد من شبكة الريان
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
