آیا اصولی عمیقتر از عدم قطعیت و عدم موضعیت وجود دارند؟

چهارشنبه ٢۱ تیر ۱۳٩۱
٢:٥٠ ‎ب.ظ
پرویز برومندنژاد

آلبرت اینشتین در سال ۱۹۲۶ نوشت: «مکانیک کوآنتوم بسیار باشکوه است. اما ندایى درونى به من مى گوید کوآنتوم هنوز مفهومى واقعى نیست.» پس از سال ها که نظریه کوآنتوم به بلوغ رسیده است، آن ندا آرام تر شده است، اما هیچ گاه خاموش نشده بود. در بطن همخوانى ستایش آمیز از نظریه کوآنتوم همیشه زمزمه اى مبهم به گوش رسیده است. نظریه کوآنتوم در واپسین سال هاى قرن نوزدهم متولد شد و خیلى زود به یکى از ستون هاى فیزیک جدید بدل شد. این نظریه با دقتى باورنکردنى رفتار عجیب و غریب و دور از انتظار ذرات بسیار ریزى همچون اتم ها، الکترون ها و سایر موجودات جهان زیر میکروسکوپى را توصیف مى کند. اما موفقیت مکانیک کوآنتوم به قیمت مشقت بسیار حاصل شده است. کارکرد معادلات مکانیک کوآنتوم بسیار خوب است اما به نظر مى رسد که کاملاً بى معنى هستند. بدون توجه به اینکه چه نظرى در مورد مکانیک کوآنتوم داشته باشیم، این معادله ها رفتار ذرات را به شیوه اى که در تضاد با شهود ما باشند، مجاز مى شمارد. براى مثال چنین ذراتى مى توانند در وضعیت «برهم نهى» باشند. یعنى این ذرات مى توانند در آن واحد داراى دو خاصیت مجزاى کاملاً منحصر به فرد باشند. براى مثال ریاضیات نظریه کوآنتوم مى گوید یک اتم مى تواند تا زمانى که اختلالى ایجاد نشده و کسى آن را مشاهده نکرده است، در آن واحد هم در سمت راست جعبه و هم در سمت چپ جعبه باشد. این ایده امروز تقریباً همانقدر محل بحث است که ۸۰ سال پیش بود؛ زمانى که اروین شرودینگر برهم نهى را با مثال گربه اى نیمه مرده- نیمه زنده توصیف کرد. نکته در این است که مکانیک کوآنتوم معنى «وجود داشتن» را تغییر مى دهد. در دنیاى کلاسیک هر جسمى واقعیت محض دارد: حتى یک ابر گاز را مى توان به خوبى به صورت توپ هاى کوچک سخت بیلیارد تصور کرد که هرکدام از این توپ ها سرعت و موقعیت کاملاً تعریف شده اى دارند. به نظر مى رسد که نظریه کوآنتوم آن واقعیت محض را متزلزل مى کند. در حقیقت اصل مشهور عدم قطعیت که مستقیماً از ریاضیات نظریه کوآنتوم سربرآورده است، مى گوید موقعیت و اندازه حرکت ذره تعریف نشده است و کسب اطلاع در مورد یکى به معنى از دست دادن اطلاعات در مورد دیگرى است. فیزیکدانان کوآنتوم که با این عدم قطعیت سروکار دارند، مى گویند «وجود دارد»- در مورد اجسام بنیادى که موضوع معادلات نظریه کوآنتوم است- به این معنى نیست که اینها حقیقتاً ذره نیستند که واقعیت خارجى داشته باشند بلکه «احتمال موج» هستند که فقط زمانى که ناظر اندازه گیرى را انجام مى دهد، قابلیت تبدیل شدن به واقعیت را مى یابند. این مفهوم که از آن با عنوان تعبیر کپنهاگ یاد مى شود، وقتى معنا مى یابد که بپذیرید واقعیت، موج احتمال است و نه اجسام محض. با این همه هنوز هم نمى توان مفهوم عجیب دیگر نظریه کوآنتوم یعنى: عدم موضعیت را به طور کامل شرح داد. در سال ۱۹۳۵ اینشتین طرحى را ارائه کرد که هنوز هم در تضاد با عقل سلیم است. در آزمایش ذهنى وى دو ذره از یکدیگر جدا شده و به دو سوى مختلف کهکشان مى روند. اما این دو ذره «درهم تنیده» هستند (یعنى به لحاظ مکانیک کوآنتوم مستقل از هم نیستند) و به همین دلیل هر ذره آناً «احساس» مى کند که براى همزادش چه روى داده است. یکى را اندازه بگیرید، آنگاه دیگرى نیز آناً اندازه گیرى شده است؛ انگار همزادان به طریقى مرموز به رغم فاصله بسیار زیاد فضایى به طور آنى با یکدیگر ارتباط برقرار مى کنند. این «عدم موضعیت» یکى از نتایج ریاضیات نظرى کوآنتوم است و در آزمایشگاه نیز اندازه گیرى شده است. این کنش وهمناک آشکارا فاصله و جریان زمان را نادیده مى انگارد. در نظریه، این ذرات مى توانند پس از آنکه درهم تنیدگى آنان سنجیده شده است، درهم تنیده بمانند. در یک سطح مى توان گفت که عجیب و غریب بودن نظریه کوآنتوم مسئله اى ایجاد نمى کند. چارچوب ریاضیات نظریه سالم و بى عیب است و تمام این پدیده هاى عجیب را به خوبى توصیف مى کند. چه مشکلى پیش مى آید اگر ما انسان ها نتوانیم واقعیت فیزیکى متناسب با معادلات خود را تصور کنیم؟ به نظر بسیارى دیگر ناتوانى ما در درک نظریه کوآنتوم، بیانگر آن است که هنوز حقایق عمیق ترى باقى مانده است که باید آنها را درک کنیم. بعضى از فیزیکدانان معتقد به این ظرز تفکـر به شدت سرگرم طراحى آزمایش هایى هستند که مى تواند به بطن شگفتى نظریه کوآنتوم راه یابد. آنان به آرامى سرگرم آزمایشند تا دریابند که چرا برهم نهى کوآنتومى «فرو مى پاشد». این محققان ممکن است در این آزمایش ها به درک نقش اندازه گیرى در نظریه کوآنتوم نائل آیند و همراه با آن پى ببرند که چرا رفتار اجسام بزرگ با رفتار اجسام کوچک تفاوت دارد. دیگران نیز در جست وجوى راهى براى آزمودن تفسیرهاى مختلف از پدیده هاى شگفت نظریه کوآنتوم هستند. از جمله این پدیده ها مى توان به «جهان هاى چندگانه» اشاره کرد که مفاهیمى چون برهم نهى، درهم تنیدگى و سایر پدیده هاى کوانتومى را با وجود جهان هاى موازى توضیح مى دهد. دانشمندان امیدوارند تا از دستاوردهاى چنین تلاش هایى به ناخشنودى اى که منجر شد اینشتین بگوید: «خدا تاس نمى اندازد» غلبه کنند.


موضوعات مرتبط:
برچسب‌ها: ترفندها , دانستنی ها
تمامی حقوق این وب سایت متعلق به 💻بینهایت💻 است. || پرویز برومند نژاد