ماكس بورن: الفيزيائي الذي جعل الواقع احتمالاً

في 4 ديسمبر 1926، جلس ألبرت أينشتاين (Albert Einstein) ليكتب إلى صديق عن الفيزياء الجديدة الغريبة القادمة من غوتينغن. اعترف قائلاً: "ميكانيكا الكم مثيرة للإعجاب بالتأكيد، لكن صوتاً داخلياً يخبرني أنها ليست الحقيقة بعد... على أية حال، أنا مقتنع بأن 'هو' لا يلعب النرد." كانت هذه العبارة، التي اختُصرت لاحقاً لتصبح الجملة الأكثر شهرة التي لم يكتبها أينشتاين تماماً، موجهة إلى الرجل الذي أدخل النرد للتو. كان اسمه ماكس بورن (Max Born)، وقبل خمسة أشهر كان قد نشر فكرة أن الدالة الموجية لا تخبرك بمكان الجسيم، بل فقط بمدى احتمالية العثور عليه هناك.

بريسلاو ورياضياتيو غوتينغن

وُلد بورن في 11 ديسمبر 1882 في بريسلاو، التي كانت حينها جزءاً من الإمبراطورية الألمانية والآن تقع في فروتسواف ببولندا، لعائلة يهودية ذات نزعة علمية قوية: كان والده، غوستاف جاكوب بورن (Gustav Jacob Born)، عالم تشريح وأستاذاً لعلم الأجنة في جامعة بريسلاو. أما والدته، مارغريت كوفمان (Margarethe Kauffmann)، فكانت تنحدر من عائلة صناعية سيليزية وتوفيت عندما كان في الرابعة من عمره.

بعد دراسته في مدرسة الملك فيلهلم الثانوية (König-Wilhelm-Gymnasium)، التحق بجامعة بريسلاو في عام 1901، وقضى فصلاً صيفياً في هايدلبرغ عام 1902 وآخر في زيورخ عام 1903 قبل أن ينتقل إلى غوتينغن في أبريل 1904. ذلك الانتقال قرر كل شيء. في غوتينغن، درس تحت إشراف فيليكس كلاين (Felix Klein)، وديفيد هيلبرت (David Hilbert)، وهيرمان مينكوفسكي (Hermann Minkowski) — أقوى هيئة تدريس للرياضيات في العالم — وتشرب طلاقة في الجبر التجريدي لم يكن يمتلكها معظم فيزيائيي جيله ببساطة. حازت أطروحته للدكتوراه عام 1906، حول استقرار الأسلاك المرنة، على جائزة كلية الفلسفة ودرجة "امتياز مع مرتبة الشرف" (magna cum laude).

المعهد

حصل على تأهيل التدريس في الفيزياء النظرية في غوتينغن عام 1909، وأصبح أستاذاً غير عادي في برلين عام 1914، وتولى كرسياً كاملاً في فرانكفورت عام 1919، وعاد في عام 1921 إلى غوتينغن كمدير لمعهد الفيزياء النظرية. على مدى السنوات الاثنتي عشرة التالية، كان ذلك المعهد مركز ثقل الفيزياء العالمية.

تبدو القائمة مضحكة تقريباً عند النظر إليها بأثر رجعي. شمل طلاب الدكتوراه لدى بورن روبرت أوبنهايمر (Robert Oppenheimer, 1927)، وماكس ديلبروك (Max Delbrück, 1930)، وماريا غوبرت ماير (Maria Goeppert Mayer, 1931)، وفيكتور فايسكوبف (Victor Weisskopf, 1931)؛ اثنان منهم فازا بجوائز نوبل وواحد أدار مختبر لوس ألاموس. وشمل مساعدوه فيرنر هايزنبرغ (Werner Heisenberg)، وفولفغانغ باولي (Wolfgang Pauli)، وإنريكو فيرمي (Enrico Fermi)، وإدوارد تيلر (Edward Teller)، ويوجين ويغنر (Eugene Wigner)، وباسكوال جوردان (Pascual Jordan)، وفريدريش هوند (Friedrich Hund)، وغيرهارد هيرتزبيرغ (Gerhard Herzberg)، وليون روزنفيلد (Léon Rosenfeld). أنتجت محادثة مع الكيميائي فريتز هابر (Fritz Haber) حول ما يحدث عندما تتفاعل المعادن مع الهالوجينات، في عام 1918، دورة بورن-هابر (Born–Haber cycle). لاحقاً، أدى العمل مع أوبنهايمر إلى إنتاج تقريب بورن-أوبنهايمر (Born–Oppenheimer approximation)، الذي لا يزال الأداة القياسية لمعالجة الجزيئات؛ ويظل تقريب بورن (Born approximation) أداة أساسية في نظرية التشتت.

ميكانيكا المصفوفات

في 9 يوليو 1925، سلم هايزنبرغ لبورن ورقة مليئة بصفوف غريبة من الأرقام يعتمد ضربها على الترتيب الذي تقوم به. أدرك بورن ما كان ينظر إليه: المصفوفات، اللغة الرياضية التي أتقنها في غوتينغن قبل عشرين عاماً، والتي اعتبرها معظم الفيزيائيين آنذاك تخصصاً غامضاً. مع باسكوال جوردان، ثم مع هايزنبرغ، قام بنسخ وتوسيع النظرية إلى أول صياغة كاملة لميكانيكا الكم، وصولاً إلى علاقة التبادل pq − qp = ih/2π — المعادلة التي تقول إن الموقع والزخم لا يمكن أن يكونا دقيقين معاً، والتي كُتبت قبل أن يعرف أي شخص ماذا تعني.

قاعدة بورن

في يوليو 1926، نشر التفسير الذي يحمل اسمه. كان إرفين شرودنغر (Erwin Schrödinger) قد أنتج معادلة موجية؛ ولم يستطع أحد أن يقول مما تتكون الموجة. اقترح بورن أن ψ*ψ هي كثافة احتمالية — وأن ميكانيكا الكم لا تتنبأ بالنتائج بل باحتمالات النتائج. كانت تلك اللحظة التي توقفت فيها الفيزياء عن كونها حتمية. كل شيء تلا ذلك، من معنى مبدأ عدم اليقين إلى مشكلة القياس وصولاً إلى قرن من الجدل، يمر عبر تلك الورقة الواحدة. لم يقبلها أينشتاين قط، وأصبحت مراسلاتهما، التي امتدت من 1916 إلى 1955، أشهر خلاف في العلوم الحديثة.

كان موقف بورن الفلسفي متسقاً مع فيزيائه. كتب: "أعتقد أن أفكاراً مثل اليقين المطلق، والدقة المطلقة، والحقيقة النهائية، وما إلى ذلك، هي من نسج الخيال التي لا ينبغي السماح بها في أي مجال من مجالات العلوم."

انعدام الجنسية

في يناير 1933، تولى النازيون السلطة، وتم إيقاف بورن، ذو الأصول اليهودية رغم تعميده اللوثري عام 1914 كجزء من الاندماج، عن كرسيه في غوتينغن. ذهب إلى كلية سانت جون، كامبريدج (1933–35)، ثم إلى المعهد الهندي للعلوم في بنغالور (1935–36)، ثم إلى إدنبرة، حيث شغل كرسي تايت من 1936 إلى 1952. في نوفمبر 1935، ألغت ألمانيا جنسيته، مما جعله عديم الجنسية؛ ثم ألغت غوتينغن الدكتوراه التي كانت قد منحتها له بامتياز في عام 1906. أصبح مواطناً بريطانياً بالتجنس في 31 أغسطس 1939 — قبل يوم واحد من غزو ألمانيا لبولندا.

لماذا يُدعى ماكس عبقرياً

كانت موهبة بورن المميزة هي الترجمة بين لغتين لم يتم تقديمهما بعد: الرياضيات البحتة والحدس الفيزيائي. عندما أحضر له هايزنبرغ مجموعة من المصفوفات غير المألوفة، كان بورن مؤهلاً بشكل فريد لرؤية أنها مصفوفات، وأن الضرب غير التبادلي لم يكن إحراجاً بل هو الفيزياء بحد ذاتها. ثم جاء الفعل الأصعب، وهو الجرأة التفسيرية بدلاً من التقنية: اقتراح أن مربع الدالة الموجية هو احتمال يعني التخلي عن الافتراض، غير المنكسر منذ نيوتن، بأن الوصف الكامل للنظام يحدد مستقبله. فعل ذلك بمفرده، في ورقة واحدة. اعترفت لجنة نوبل بذلك في النهاية، حيث كرمته عام 1954 "لبحوثه الأساسية في ميكانيكا الكم، وخاصة لتفسيره الإحصائي للدالة الموجية".

تبدأ الحالة المعاكسة بذلك التاريخ. انتظر ثمانية وعشرين عاماً، بينما أخذ هايزنبرغ جائزة عام 1932 وحده عن ميكانيكا المصفوفات التي بنياها معاً — أعرب هايزنبرغ لاحقاً عن أسفه لعدم مشاركة الفضل — وبينما حصد جيل من طلابه ومساعديه الأوسمة أولاً. يمكن للمشكك أن يجادل بأن إنجاز بورن المميز كان تفسيراً لمعادلة شخص آخر، وأن عمل المصفوفات كان رؤية هايزنبرغ بترميز بورن، وأن دوره الأكثر ديمومة كان مؤسسياً: فقد جمع وأدار الغرفة التي حدثت فيها ميكانيكا الكم. لكن هذا أيضاً وصف لموهبة نادرة ومحددة — معرفة أي رياضيات تتطلبها فيزياء جديدة، والاستعداد لقول ما تعنيه الرياضيات عندما لا يزال الجميع يحسبون.

الإرث

فاز أيضاً بميدالية ماكس بلانك (Max Planck Medal) عام 1948 وميدالية هيوز (Hughes Medal) عام 1950، وانتُخب زميلاً للجمعية الملكية في إدنبرة عام 1937 وللجمعية الملكية في مارس 1939، وتقاسم جائزة نوبل مع والتر بوث (Walther Bothe). في عام 1952، تقاعد في باد بيرمونت في ألمانيا الغربية، عائداً إلى البلد الذي جعله عديم الجنسية، وتوفي في غوتينغن في 5 يناير 1970، عن عمر يناهز السابعة والثمانين. قدم أحفاده خاتمة غير متوقعة: حفيدته، من خلال ابنته إيرين، كانت المغنية والممثلة أوليفيا نيوتن-جون (Olivia Newton-John). لكن القاعدة هي النصب التذكاري. كل عملية حسابية في نظرية الكم الحديثة تنتهي بها.