آزمایشی که اصل عدم قطعیت هایزنبرگ واقعی را تایید کرد!

2

ورنر هایزنبرگ، اصل مشهور خود را در سال ۱۹۲۷ پیشنهاد کرد، اما این اصل مشهور با چیزی که امروزه به عنوان اصل عدم قطعیت هایزنبرگ شناخته می شود، متفاوت است. در واقع اصل عدم قطعیت هایزنبرگ سال ۱۹۲۷، مربوط به خطا و اختلال ایجاد شده در طی فرآیند اندازه گیری بود؛ اما در طول سالها، اصل عدم قطعیت به عنوان عدم قطعیت ذاتی یا اصل شانس یا تصادف کوانتومی شناخته شده و به طور گسترده ای در قالب نظریات، مطالعه شده و از نظر آزمایشگاهی نیز، تایید شده است. حالا دانشمندان در پژوهش جدیدی، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ اولیه را مورد آزمون قرار داده اند. با دیپ لوک همراه باشید…

پس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ اولیه و اصلی چه بود؟ هایزنبرگ، پیش بینی کرد که یک حالت تعادلی بین خطا و اختلال وجود دارد. او پیشنهاد کرد زمانیکه یک میکروسکوپ پرتوی گاما، مکان یک الکترون را انداره گیری می کند، این اندازه گیری به ناچار، اندازه حرکت الکترون را مختل می کند. خطای اندازه گیری کوچکتر، باعث اختلال بزرگتری می شود و برعکس. این ایده، به طور کیفی توصیف شده بود، اما توصیف کمی آن هنوز تا امروز ارائه نشده بود. در آزمایش جدید، محققان حالت تعادلی مورد نظر هایزنبرگ را یافته و تایید کرده اند. در این پژوهش، خطاهای اندازه گیری، به طور هندسی، کمی می شوند.

در سال های اخیر، کمی سازی ایده ی اصلی هایزنبرگ، توجه زیادی را به خود جلب کرده و آزمایش های زیادی در این راستا انجام شده است؛ اما اعتبار فیزیکی برخی از بخش های این نظریه، چالش برانگیز بوده و جای بحث دارد. در سال های قبل، سه دانشمند به نام های بوش (Busch)، لاتی (Lahti) و ورنر (Werner)، رویکرد خلاقانه  ای پیشنهاد کردند که بسیار محسوس و قابل اعتماد است. این پژوهش جدید هم مبتنی بر همین نظریه است و در واقع آن را بهبود می بخشد. محققان این پژوهش می گویند: “ما چارچوب کاری بوش-لاتی-ورنر را بازنویسی کرده ایم و ارتباط تعادلی جدیدی بدست آورده ایم که آن را به کمک آزمایش، تایید کرده ایم”.

قبل از ادامه بهتر است با دو مفهوم مشاهده پذیرهای سازگار و ناسازگار در مکانیک کوانتومی آشنا شوید. اصولا مشاهده پذیرها در مکانیک کوانتومی، تنها مفاهیمی هستند که از دل دریای بیکران ریاضیات مکانیک کوانتومی می توانند به دنیای واقعی وارد شده، اندازه گیری و در واقع مشاهده شوند؛ مثلا مکان یک ذره (x)، اندازه حرکت، اسپین و غیره. این مشاهده پذیرها، به دو دسته ی ۱)سازگار و ۲)ناسازگار تقسیم می شوند. در مورد اول، دو مشاهده پذیر را می توان به طور همزمان، اندازه گیری و مشاهده کرد، اما در دسته ی دوم، اندازه گیری همزمان، امکان پذیر نیست. ریشه ی ریاضی این واقعیت به جابه جایی اپراتورهای هر یک از این مشاهده پذیرها بازمی گردد (که آن را در کلاس درس تخصصی مکانیک کوانتومی، بررسی خواهیم کرد). مثال دسته ی اول، انرژی و اندازه حرکت زاویه ای کل است و مثال دسته ی دوم، مکان و اندازه حرکت زاویه ای است، یعنی ما می توانیم انرژی و اندازه حرکت یک ذره را به طور همزمان اندازه گیری کنیم، در حالیکه در مورد مکان و اندازه حرکت، این امر، امکان پذیر نیست.

با تفاصیل بالا به موضوع پژوهش جدید باز می گردیم: دانشمندان برای تایید این حالت تعادلی، باید اندازه گیری انجام دهند. بنابر اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ، مشاهده پذیرهای ناسازگار مانند مکان و اندازه حرکت را نمی توان به طور همزمان اندازه گیری کرد؛ اما در عوض، دو مشاهده پذیر سازگار را می توان به طور همزمان، اندازه گیری کرد و سپس از آنها برای تخمین دو مشاهده پذیر ناسازگار استفاده کرد. با این روش، می توان خطا و اختلال ناشی از اندازه گیری را شبیه سازی نمود. نتایج آزمایشگاهی این حالت تعادلی را تایید می کنند و نشان می دهند کمترین دقت، زمانی بدست می آید که مشاهده پذیرهای ناسازگار اندازه گیری شوند. این پژوهش، درک عمیق تری از ایده ی اصلی هایزنبرگ در مورد اصل عدم قطعیت را بدست می دهد.

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۲ دیدگاه

  1. با سلام
    آیا منظور شما از اصل عدم قطعیت واقعی همان نظر اشتباه هایزنبرگ(که در قسمت چهارم به عنوان اشتباه بنیادین از آن یاد کردید) مبنی بر ارتباط عدم قطعیت به اندازه گیری است و پژوهشگران به این نتیجه رسیده اند اصل عدم قطعیت ناشی از اندازه گیری است ؟

    • ناهید سادات ریاحی

      نه اونجا منظور ما از اشتباه هایزنبرگ این بود که او فکر میکرد، عدم قطعیت ها ناشی از اندازه گیری ها هستند که گفتیم اشتباهه و عدم قطعیت ربطی به اندازه گیری نداره. اما اینجا ما داریم رابطه ی اندازه گیری رو با اختلال سیستم، بررسی می کنیم که در این مورد هایزنبرگ به درستی فکر میکرد که با اندازه گیری سیستم، ما اون سیستم رو مختل می کنیم، در واقع برهم نهی اون سیستم رو از بین می بریم. پس نتیجه ی مهم اینه که بفهمیم اندازه گیری روی عدم قطعیت ها تاثیری نداره، ولی باعث اختلال سیستم میشه.

ارسال نظر


*