اینشتین،حافظ گربه ی شرودینگر؛ امیدهای تازه ای برای اتحاد مکانیک کوانتوم و گرانش

امسال نظریه ی فضا-زمان اینشتین صدمین سال تولد خود را جشن می گیرد. نظریه ای انقلابی که حالا دانشمندان دریافتند می تواند پدیده ی اسرارآمیز دیگری را نیز توضیح دهد. با دیپ لوک همراه باشید…

محققان در یک همکاری بین المللی از دانشگاه های وین، هاروارد و کویینزلند دریافتند که این نظریه ی مشهور می تواند تبدیل رفتار کوانتومی به رفتار کلاسیکی و هر روزه ی ما را توضیح دهد. نتایج پژوهش آنها در ژورنال Nature Physics منتشر شد.

اینشتین در سال ۱۹۱۵، نسبیت عام را فرمول بندی کرد، نظریه ای که درک ما را از گرانش به طور بنیادی تغییر داد. او گرانش را به عنوان انحنای فضا-زمان معرفی کرد. نظریه ی اینشتین پیش بینی می کند که جریان زمان به وسیله ی جرم تغییر می کند. این اثر که به عنوان اتساع زمان گرانشی شناخته می شود باعث می شود که زمان در نزدیکی یک جسم سنگین، کُند شود. این پدیده، تمام روزها و تمام چیزهای اطراف ما را تحت تاثیر قرار می دهد، مثلاًیک شرکت را در نظر بگیرید: افرادی که در طبقه ی همکف کار می کنند، نسبت به همکارانشان در طبقه های بالاتر، دیرتر پیر می شوند! (یعنی زمان برایشان آهسته تر می گذرد) اما نیازی نیست برای جوان ماندن، به فکر کار کردن در طبقه ی همکف باشید! چرا که این اثر بسیار کوچک و در حدود ۱۰ نانوثانیه در سال است! البته همین اثر بسیار ظریف هم در بسیاری از آزمایش ها و با ساعت های بسیار دقیق تایید شده است. اما حالا محققان در این پژوهش جدید دریافته اند که کُندشدن زمان، می تواند پدیده ی جالب دیگری را نیز توضیح دهد: تبدیل رفتار کوانتومی به رفتار کلاسیکی و ماکروسکوپی.

گرانش چگونه رفتار کوانتومی را سرکوب می کند؟

نظریه ی کوانتوم، مهم ترین کشف بشر در آغاز قرن بیستم، نشان می دهد که اجزای بنیادی سازنده ی طبیعت، رفتار مبهم و اسرارآمیزی دارند. یک نمونه از این رفتارهای اسرارآمیز کوانتومی در ماجرای گربه ی شرودینگر پیش می آید: گربه ای که نه مرده است و نه زنده، بلکه در حالت مخلوطی از این دو است! اما چنین رفتاری تنها به صورت آزمایشگاهی و با ذرات کوچک تایید شده و هیچگاه در مورد یک گربه ی واقعی مشاهده نشده است. بنابراین دانشمندان نتیجه گرفتند که بعضی چیزها باید باعث سرکوب رفتارهای کوانتومی در مقیاس های بزرگتر و ماکروسکوپی شوند. یکی از این چیزها می تواند برهمکنش با ذرات اطراف باشد.

تیم محققان دریافتند که اتساع زمانی، نقش مهمی را در انتقال و از بین رفتن اثرات کوانتومی ایفا می کند. آنها محاسبه کردند زمانیکه اجزای سازنده، بزرگتر شده و تبدیل به اجسام ترکیبی، مانند ملکول ها و در نهایت ساختارهای بزرگتری مانند میکروب ها یا ذرات گرد و غبار می شوند، اتساع زمانی روی زمین می تواند باعث از بین رفتن رفتار کوانتومی آنها شود. اجزای سازنده ی کوچک، حتی وقتی اشیای بزرگتر را می سازند، به صورت بسیار ناچیزی نامنظم هستند، اما این بی نظمی با اتساع زمانی، تحت تاثیر قرار می گیرد: یعنی روی زمین، کُند می شود و در ارتفاعات بالاتر، سرعت می گیرد. محققان نشان داده اند که این اثر، تداخل کوانتومی را از بین می برد و بنابراین اشیای بزرگتر را وادار به رفتار ماکروسکوپی می کند.

نسل بعدی آزمایش های کوانتومی

بسیار عجیب است که گرانش می تواند هر نقشی را در مکانیک کوانتومی بازی کند. گرانش معمولاً در مقیاس های نجومی مطالعه می شود، اما به نظر می رسد که طبیعت کوانتومی، کوچکترین ذرات روی زمین را هم تغییر می دهد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که با احتساب اتساع زمانی، چطور ذرات بزرگتر، رفتار کوانتومی خود را به علت ترکیبشان از دست می دهند. این پیش بینی را باید آزمایش ها در آینده ای نزدیک تایید کنند که مسلما امیدهای تازه ای را برای اتحاد مکانیک کوانتوم و گرانش یعنی دو نظریه ی بزرگ قرن ۲۱ بدست می دهد.

منبع: phys.org