همه چیز از ۵ سال پیش و با یک سوال شیمی آغاز شد! زمانیکه Bill Poirier در مورد رفتار کوانتومی ملکول های پیچیده تحقیق می کرد و به شواهدی درباره ی جهان های موازی دست یافت. با دیپ لوک همراه باشید…
نمیدانم قصه ی آلیس در سرزمین عجایب را خوانده اید یا نه. اگرچه به نظر می رسد این قصه، یک داستان علمی تخیلی است، اما باید بگویم جهان کوانتومی واقعی خودمان، بسیار عجیب تر از سرزمینی است که آلیس در آن گم شد! مکانیک کوانتومی، قلمروی عجیبی از واقعیت است. ذرات در این سطح اتمی و زیراتمی، می توانند در آن واحد در دو مکان ظاهر شوند. از آنجایی که رفتار این ذرات، با احتمال و ابهامات زیادی همراه است، دانشمندان فقط می توانند چیزی که از نظر ریاضی اتفاق می افتد را با تابع موج توصیف کنند.
شیمی دانانی مثل Poirier که استاد شیمی دانشگاه تگزاس است، برای درک بهتر واکنش های شیمیایی، منظره ی تازه ای را کشیدند. علیرغم عدم قطعیت موقعیت ذرات، مکانیک موجی کوانتوم به دانشمندان اجازه می دهد تا پیش بینی های دقیقی انجام دهند. قواعد انجام این کار به خوبی شناخته شده است. اما Poirier فهمید که راه کاملاً جدیدی برای رسم منظره ی کوانتومی وجود دارد! جهان های موازی باید جای امواج را بگیرند! این نظریه که “جهان های چندگانه ی تعاملی” نامیده می شود، درست مثل افسانه های علمی است! این نظریه برای اولین بار در سال ۲۰۱۰، منتشر شد و منجر به بحث های زیادی شد. Poirier می گوید: در سال ۲۰۱۳ در سمپوزیومی در وین، من طرح خود را طی یک سخنرانی ارائه کردم. هیچ کس اعتراضی نکرد و این واقعاً مرا شگفت زده کرد، چرا که نشان می داد ریاضیات من اشتباه نبود”.
در این نظریه، Poirier فرض کرد ذرات کوچک جهان های چندگانه، از طریق برهمکنش با خودشان نفوذ می کنند و برهمکنش آنها، پدیده های جالب مکانیک کوانتومی را رقم می زند. مثلاً ذراتی که در آن واحد در چند مکان هستند یا از فواصل دور باهم ارتباط برقرار می کنند. ابهامی در این نظریه وجود ندارد و در هر جهان، ذرات در موقعیت های معینی قرار دارند. اما این موقعیت ها از جهانی به جهانی دیگر تغییر می کنند و به همین دلیل است که یک ذره را در آن واحد در چند موقعیت می ببینیم. بعلاوه ارتباط کوانتومی ذرات خیلی دور، چیزی که اینشتین آن را حرکت شبه گونه نام گذاری کرد، واقعاً ناشی از برهمکنش جهان های نزدیک است!
خداحافظی با موج؟!
نظریه ی جهان های چندگانه ی تعاملی ثابت نمی کند که موج کوانتومی وجود ندارد یا جهان های چندگانه وجود دارد. با اینکه نظریه ی موجی در اکثر جنبه ها، کامل و با تجربه سازگار است، اما نظریه ی جهان های چندگانه، ریاضیات متفاوتی را استفاده کرده و پیش بینی های تجربی درستی هم می کند. در این مقیاس نانو، ذرات مثل اجسام بزرگتر رفتار نمی کنند، اجسام دنیای ماکروسکوپی، مانند هواپیما یا سیبی که از درخت روی سر نیوتون افتاد، مکان معلومی دارند. اما در عوض زمانیکه دانشمندان به یک ذره ی کوانتومی نگاه می کنند، مثل یک ذره رفتار می کند و زمانیکه به آن نگاه نمی کنند، مثل یک موج رفتار می کند! این ذره می تواند در آن واحد در چندجا باشد. اینشتین در این مورد، جمله ی مشهوری دارد: “دوست دارم فکر کنم ماه آنجاست، حتی اگر من به آن نگاه نکنم!”
دانشمندان با چیزی که دقیقاً در این مقیاس کوچک اتفاق می افتد، توافق ندارند. اگرچه آنها با اطمینان نمی دانند چه چیزی اتفاق می افتد، اما حداقل می دانند چگونه رفتار موج مانند ذره ی کوانتومی را پیش بینی کنند. به همین دلیل، آنها از معادله ی شرودینگر استفاده می کنند، یک توصیف ریاضی که چگونگی حرکت موجی ذرات را در طول زمان توصیف می کند. اما پس از یافته ی جدید Poirier، نگاه جدیدی به وجود آمد.
اگرچه بعضی فیزیکدانان در مورد فلسفه ی مکانیک کوانتومی صحبت می کنند، اما شیمیدانی مانند Poirier، کمتر به فلسفه علاقه مند است و بیشتر به حل معادله ی موجی شرودینگر برای کمک به درک واکنش های شیمیایی علاقه دارد. Poirier می گوید: “در شیمی-فیزیک، ما به حل مسائل مقیاس های بزرگ و ملکول های پیچیده با بهترین دقت علاقه مندیم. ما به دنبال یافتن سرعت واکنش های شیمیایی، حالات کوانتومی مجاز یک ملکول و نشانه ی طیفی هر ملکول (برانگیختگی در اثر برهمکنش با نور) هستیم. برای پاسخ گفتن به این مدل سوالات، دقیقا به مکانیک کوانتوم نیاز داریم، اما حل مسائل مکانیک کوانتوم برای سیستم های بزرگ(بیشتر از ۳ ذره)، فوق العاده مشکل است. شیمیدانان از روش های سنتی مبتنی بر گرید برای حل تابع موج استفاده می کنند، اما ملکول های پیچیده تر، نیاز به محاسبات بسیار پیچیده تری دارند، مثلاً به ازای هر اتمی که به یک ملکول اضافه می شود، اعمال محاسباتی، ۱۰۰۰۰ بار بیشتر می شوند!
برای سرعت بخشیدن به محاسبات، شیمیدانان، از ایده ای مهندسانه استفاده می کنند، یعنی به نقاط گرید اجازه می دهند تا مثل یک مایع حرکت کرده و با موج کوانتومی جریان یابند. نقاط گرید، مسیرها را دنبال می کنند، درست مانند بازی بیس بال. شیمیدانان از این روش برای محاسبه ی حرکت موج کوانتومی یا همان هیدرودینامیک کوانتومی استفاده می کنند. Poirier می گوید: ” ایده ی کلیدی من این بود که بفهمم مسیرهای کوانتومی تمام چیزی هستند که ما نیاز داریم!” نیازی نیست موج کوانتومی چگونگی حرکت مسیرها را به شما بگوید، بلکه مسیرها خودشان این اطلاعات را به شما می دهند. بنابراین شما برای هیچ چیز دیگری به موج، نیاز نخواهید داشت. در نتیجه هر سوال علمی را که می توان با دانستن حرکت موج، پاسخ داد، با دانستن حرکت مسیرها هم می توان پاسخ داد. بنابراین موج کاملاً غیر ضروری به نظر می رسد و نهایتاً می توان آن را دور انداخت.
پنجره ای رو به سرزمین عجایب!
مفهوم جهان های چندگانه ی کوانتومی، آنقدرها هم جدید نیست. در سال های ۵۰ میلادی، یک دانشجوی لیسانس دانشگاه پرینستون که Hugh Everett نام داشت، توضیح مشابهی برای شگفتی مکانیک کوانتومی ارائه داد. نظریه ی جهان های چندگانه ی Everett، برپایه ی ریاضیات موجی کوانتوم است، بنابراین به روشنی معلوم نیست که این جهان ها از کجا آمده اند یا چگونه تعریف می شوند. به همین دلیل، منتقدان با این نظریه ی موافق نیستند. اما در رویکرد جهان های تعاملی Poirier، این جهان ها، درست از همان ابتدا با ریاضیات آغاز می شوند، بنابراین لازم نیست دانشمندان برای توضیح آن کار خاصی انجام دهند. Poirier می گوید: این نظریه به خوبی کار می کند چرا که مبتنی بر ریاضیات موجی نیست و از آن استفاده نمی کند. این جهان ها بر خلاف جهان های Everett، هیچ گاه چندشاخه یا ادغام نمی شوند، بلکه با هم در تعامل اند. در حالیکه جهان های Everett، قادر به تعامل نبودند. در واقع نظریه ی جهان های چندگانه ی تعاملی، بیشتر شبیه گروهی از پرندگان، رفتار می کند تا درختی با بی نهایت شاخه!
Poirier ، مکانیک کوانتوم را بدون تابع موجی بنا می کند، یعنی ساختاری درونی درست می کند و سپس به شما می فهماند که تنها به یک داربست نیاز دارید و از دید کاربردی، ریاضیات کمتر، به معنی سادگی بیشتر است. این نظریه همچنین سوالات جالبی را در مورد فلسفه ی فیزیک موجی و اینکه اگر شما به آن نیاز نداشته باشید، به چه معناست، مطرح می کند. مسیرهای کوانتومی شاید بیشتر از یک ابزار محاسباتی باشند. آنها واقعاً توضیح می دهند که در سطوح کوانتومی چه می گذرد.
“مردم برای مدتی طولانی، در مورد اینکه تابع موج از نظر فلسفی چه معنایی دارد و اینکه چطور باید آن را تفسیر کرد، بحث کرده اند. اما حالا فهمیده ایم ممکن است تابع موج، راه کاملاً اشتباهی باشد. سوال بسیار اساسی تر این است که “حتی آیا تابع موج وجود دارد؟ و اگر نه، چه چیزی جای آن را می گیرد؟” در حال حاضر ما نمی توانیم به طور روشن بگوییم که تابع موج وجود ندارد. تنها چیزی که می دانیم این است که وجود آن لازم نیست، چرا که ما روش ریاضی ساده تری را یافته ایم که تمام اطلاعات لازم را به ما میدهد و چیزی که از این ریاضیات بدست می آید، جهان های موازی است.
Poirier می گوید: در جهان فیزیکی کلاسیکی ما آدم ها، هرچیزی از لحاظ سرعت و موقعیت در حالت معلوم و معینی است. به هواپیماها یا سیب هایی که از درخت (روی سر نیوتون مرحوم) می افتند، فکر کنید. ما به راحتی می توانیم جایی که اشیا هستند و جایی که خواهند رفت را محاسبه کنند. اما در مکانیک کوانتومی، دانشمندان مجبورند تسلیم شوند! آنها می توانند بفهمند ذرات کجا هستند یا کجا خواهند رفت، اما نه هر دو را! مسیر کلاسیکی با ویژگی های ذره ای معینش، جای خود را به تابع موج احتمال می دهد، یعنی دنیای عدم قطعیت ها! اما به شما مژده می دهم که در نظریه ی جهان های چندگانه ی تعاملی، حداقل بعضی از مفاهیم کلاسیکی، بازگردانده می شوند. مثلاً ذرات کوانتومی واقعاً ویژگی های معینی داشته و مسیرهای کوانتومی معینی را دنبال می کنند.
در حقیقت، خود رفتار کوانتومی را می توان به عنوان شاهد ذرات معینی از جهان های دیگر دانست. این افراطی ترین و جالب ترین بخش این نظریه است. حالا ما به جای یک موج، از مسیر استفاده می کنیم. باید بپرسیم این مسیرها واقعاً از نظر فیزیکی، به چه معناست. تنها تفسیر ملموس این است: هر مسیر به منزله ی یک جهان متفاوت است! در این جهان ها، هیچ چیزی، موج مانند یا نامعین نیست. هرچیزی، دقیق و معلوم است. در واقع رفتارها و عدم قطعیت های کوانتومی از تغییر طول این جهان ها،ناشی می شوند. عدم قطعیت در موقعیت ذره را می توان به عنوان برهمکنش بین اینجهان ها درنظر گرفت.
ما شاهدی برای اینکه یک “من” یا “شما” ی دیگر حاضر است، نداریم. من نمی توانم بگویم کدام یک از آن جهان ها وجود دارند یا ندارند. طبق این نظریه، ما تنها با جهان هایی می توانیم مستقیماً تعامل کنیم که بسیار نزدیک به جهان خودمان هستند و البته به جز در مقیاس کوانتومی، به سختی می توانیم آنها را جدا از خودمان بدانیم. اما فعلاً هیچ شاهد مستقیمی در این مورد نداریم.
گفتگو۱۶ دیدگاه
با سلام و احترام و تشکر از زحمت های شما. به نظر میرسد در متن به جای کلمه ی Grid از واژه ی “گراید” استفاده کرده اید که درست نیست و کلمه ی “گرید” درست است البته معادل فارسی آن “شبکه بندی” یا “مش بندی” هم کاربرد دارد.
سپاسگزارم دوست خوبم. بله کاملاً درست میفرمایید، عذرخواهی می کنم، ناشی از خستگی بوده. به هر حال اصلاح شد
خیلی خوب ….امیدوارم مطالب و مقالات همیشه بروز باشه عالی ….. بسیار تشکر
سپاسگزارم دوست خوبم از لطفتون. قطعا دیپ لوک روز به روز با قدرت بیشتری به کارش ادامه میده…
ناهید سادات ریاحی سلام من علاقمند به مبحث مکانیک کوانتوم هستم. مبحث اصلی که در رشته مکانیک دنبال می کنم حل تمام مسایل مهندسی مکانیک با مکانیک پدیداری به جای مکانیک تحلیلی رایج در دانشگاه است.
امیدوارم دیپ لوک براتون مفید واقع بشه
سلام لطفا نظرتونو در رابطه با نظریه زیست محوری رابرت لانزا در خصوص زندگی پس از مرگ بفرمایید
پروفسور لانزا طبق تفسیر چندجهانی مکانیک کوانتومی، نظریه ی خودش رو میده، از اونجایی که دانشمندان هنوز بر سر پذیرفتن یکی از تفسیرهای مکانیک کوانتومی، به اجماع نرسیدن، نمیشه این نظریه رو هم قطعی دونست (البته طبق قواعد کوانتومی منظورمه)
اگر سه بعد و زمان رو ابعادی بدونیم که محدود به اون هستیم باز نمیتونیم جهانی که در اون ساکن هستیم رو توصیف کنیم چه برسه جهان های دیگه. وجود یک ذره در یک زمان واحد در دو یا چند جهان پذیرفتنی نمیتونه باشه ، چرا که هر جهان نیازی به ماده جهان دیگری نداره و اصلا شاید متریال جهان دیگه ماده نباشه ، از طرفی کشش و تنش زمانی یا انقباظ و انبساط زمانی در این جهانی که در اون ساکن هستیم یکسان نیست چه برسه به یکسان بودن گذر زمان در جهان های متفاوت. من اینچنین میتونم پذیرای جهان های دیگه باشم که هر جهان سیستم بسته شیمی فیزیکی خودش رو داشته باشه و بدون هر گونه تعامل تصاودفی یا اتفاقی با جهان دیگر باشه. مگر اینکه پارامتر هایی از دو جهان شبیه هم باشن که باز تبادل به شکل تصادفی نخواهد بود و موجودات هوشمند عامل این تبادل ممکن هست باشن. اما جهان های بیشماری وجود دارند و هیچ جهانی شکل خاصی نداره. برای هیچ جهانی نمیشه شکلی رو متصور شد. همچنین برای جهانی که در اون ساکن هستیم ، نظریه کیک کشمشی هم در حد کشمش فقط شیرین. جهان قطعا بدون شکل هست و فقط رفتار میشه براش متصور شد ، رفتاری که در قبال حرکت یک موشک با سرعت بی نهایت و سوخت بی نهایت ( فرض محال ) این جهان داره چیه ؟ ایا یه شکل این جهان بستگی داره ؟ به انتهای جهان بستگی داره ؟ اصلا جهان انتها نداره و شکل نداره ولی در قبال این موشک و مسیری که طی میکنه رفتار داره و این بسته بودن جهان رو اثبات میکنه . و هر جهانی رفتار خودش رو داره و نه شکل خودش رو. برای این جهان ها تعریف موقعیت مکانی اشتباه هست زیرا که هیچ جهانی برای وجود نیاز به مکان نداره. و در عدم هم میتوانند ایجاد شوند. ( و گفتیم آفریده شو ، پس آفریده شد ) ، زیبایی این خلقت به همین معجزات زیباست .
سلام دوست عزیزم ، این همه تحقیق و پژوهش کردند به این مسأله پی بردند کما اینکه این مطلب خیلی وقت پیش اثبات شده ،ولی میخوام توجهتون رو به یه چیز جالبی سوق بدم که حتی اگر کسی یکمی اهل تفکر باشه اینو میپذیره و اگر هم بپذیره ایمانش به خدا و وجودش بیشتر میشه ، فقط در اولین سوره قران و اولین کلام قران توجه کنید و نیازی نیس راه دوری بریم، ایه ای که هممون هرروز سرنماز بر سر زبون میاریم ، بله درسته الحمدلله رب العالمین ، کلمه عالمین رو اگر معادل فارسیش رو توجه کنیم میشه جهان ها ، عالم ها … بله خدای عزیزمون هزارو چهارصد سال پیش این معادله رو حل کرد و ماازون غافل بودیم بااینکه هرروزهم این مطلبو بزبون میاریم و چه اثباتی ازین بالاتر که خدا این کلمرو بهمون تو قران بگه ،،، پس هس این یک و دوم حدیثی که امام باقر به یکی از اصحابش که گفت و تو تصور میکنی که همین جهان و همین عالم و همین عالم وجود دارد بلکه هزار هزار جهان و هزار هزار ادم در ماقبل و مابعد این جهان وجود دارد ، توجه کنید که کلمه هزار هزار منظور عدد نبوده بلکه منظور ازون زیادیه اون مطلبه و بدلیل اینکه امامان در عصر خودشون به زبون قابل فهم مردمشون صحبت میکردن ،،، عذرخواهم که زیاد شد امیدوارم مطلبی که گفتم مفید برا دوستان عزیزم واقع شده باشه و تشکر از شما ناهیدخانوم بخاطر این مطلب زیبا .
سلام وقت بخیر
از مطالب ارایه شده استفاده کردم و راه کار جدید دیدن ذرات و تشکیل امواج و حرکات آنها را بدون ابزار محاسباتی موجی کوانتمی که با هزینه کمتر در جلوی چشمان کسانیکه در این زمینه می اندشند جالب هست اما لطف کنید این ابزار ریاضیاتی ارایه شده جدید آقای Poirier را در این پست یا به ایمیل برایم ارسال نمایید متشکر
با سلام
از نظز زمانی آیا جهان های موازی دارای اختلاف زمانی هستند ؟
با سلام و درود و سپاس از سایت خوب مفید شما،سئوالی
آیا مقالات یا کتاب هایی در مورد کوانتوم میتوانید معرفی
بفرمائید که کاربرد روانشناسی داشته باشد.ممنونم از
همکاری شما
سلام یک سوال داشتم آیا نظربه پنروز و همروف نظریه تقلیل ارک ار که میگن در واقع تو مغز همون میکروتوبول داره تقلیل سطح کوانتوم رو نشون میده در ساختار میکروتوبول با این نظریه همخوانی داره ؟ یعنی این مسیر تو نورون داره کل فعالیت زیر کوانتومی نورون رو نشون میده ؟
آیا بهتر نیست بگوئیم عدم قطعیت ناشی از تغییر گذشته یک ذره است ؟
بهتره بجای این نظر بیایم بین گذشته و حال و اینده تفاوت قائل نشیمو وبیرون از توهم زمان بهش نگاه کنیم