حقیقت از دید کوانتوم، واقعاً چیست؟؟!!-قسمت اول

2

از زمانی که نظریه ی جنجالی کوانتوم در اوایل سال ۱۹۰۰ اختراع شد، در مورد شگفتی های آن صحبت های بسیاری شده است. در این مقاله در مورد یکی از چالش های مهم، یعنی ماهیت واقعیت، بحث خواهیم کرد. با دیپ لوک همراه باشید…

چگونه کوانتوم به ذرات و اتم ها اجازه می دهد تا در آن واحد در راستاهای مختلف حرکت کنند، مثلاً به طور همزمان هم در جهت عقربه های ساعت بچرخند و هم در خلاف جهت عقربه های ساعت؟ اینکه تنها در مورد شگفتی این وقایع صحبت کنیم، کافی نیست، بهتر است برای اثبات درستی این صحبت ها آزمایش هایی طراحی کنیم، چرا که در غیر اینصورت کار علمی انجام نداده ایم بلکه تنها بعضی مفاهیم عجیب را روی تخته سیاه توضیح داده ایم.

حقیقت از دید کوانتوم، واقعاً چیست؟

اجازه دهید به قلب مکانیک کوانتوم سفر کنیم: یعنی تابع موج. تابع موج یک تابع ریاضی است که بدون هیچ گونه اثباتی وارد نظریه کوانتوم شده است. در واقع تابع موج را به عنوان یک اصل موضوعه یا پیش فرض مکانیک کوانتوم در نظر میگیریم و آن را بدون هیچ اثباتی می پذیریم. اما تابع موج چیست؟ تابعی که فرض می کنیم تمام اطلاعات را در مورد ذره در دل آن نهفته است. روی کاغذ، تابع موج تنها یک ابزار ریاضی است که فیزیکدانان آن را با علامت یونانی ψ نشان می دهند و آن را برای توصیف رفتار کوانتومی یک ذره استفاده می کنند. یعنی تابع موج به آنها اجازه می دهد تا احتمال مشاهده ی یک الکترون را در موقعیتی مشخص، یا شانس هایی که اسپین آن به سمت بالا یا پایین باشد را محاسبه کنند. اما ریاضیات دقیقا مشخص نمی کند که تابع موج واقعا چیست؟! آیا یک ماهیت فیزیکی است؟ یا تنها یک ابزار محاسباتی برای کنترل جهالت بیننده در مورد جهان است؟ بررای پاسخ به این سوال بهتر است تا با آزمایش هایی ماهیت تابع موج را آشکار کنیم: حقیقیت اسرارآمیزی که در قلب شگفتی های مکانیک کوانتوم است.

آزمایش های بسیاری برای پاسخ به این سوال انجام شده، اما هنوز پاسخ قطعی و روشنی معلوم نشده است. در هر حال محققان بسیار خوشبین هستند که پاسخ این سوال در آینده ی نزدیکی پیدا خواهد شد. آیا یک ذره واقعاً می تواند در آن واحد در چند مکان باشد؟ آیا جهان به طور پیوسته خودش را به جهان های موازی تقسیم می کند و هر کدام از ما با نسخه های دیگرمان در آنها حضور خواهیم داشت؟؟ آیا چنین چیزهایی واقعاً وجود دارند؟ این ها نمونه هایی از سوالاتی هستند که هر کسی زمانی از خودش پرسیده است. حقیقت واقعاً چیست؟

بحث بر سر ماهیت واقعیت به فهم فیزیکدانان در روزهای اولیه ی تولد نظریه ی کوانتوم بازمی گردد، زمانیکه معلوم شد ذره و موج، دو روی یک سکه اند. مثال بسیار معروف در این مورد، آزمایش دو شکاف است که الکترون ها از منبعی تابیده می شوند و در مقابل این منبع سدی با دو شکاف قرار دارد. به نظر می رسد که الکترون از هر دو شکاف گذشته است و دقیقاً مثل کاری که یک موج نوری، یک الگوی تداخلی نواری را نشان می دهد. در سال ۱۹۲۶، فیزیکدان اتریشی، اروین شرودینگر تابع موج را برای توصیف چنین رفتاری اختراع کرد، اما نه او و نه هیچ کس دیگری نتوانست چیزی در مورد ماهیت تابع موج بگوید.

آزمایش دو شکاف

تفسیر کپنهاگی نظریه ی کوانتوم که در سال ۱۹۲۰ توسط فیزیکدانان مشهوری چون نیلز بور و ورنر هایزنبرگ توسعه یافت، بیان می کند که تابع موج، چیزی بیشتر از یک ابزار ریاضی برای پیش بینی نتایج مشاهدات نیست و شما نمی توانید اکثر فیزیکدانان را به خاطر دنبال کردن این طرز فکر که “خفه شو و محاسبه کن”سرزنش کنید، چرا که همین کار منجر به پیشرفت های فوق العاده ای در فیزیک هسته ای، فیزیک اتمی و شیمی کوانتومی شده است.

اما هنوز عده ای از فیزیکدانان به مفاهیم پایه ای و ماهیت واقعیت فکر می کردند. در سال ۱۹۳۰، آلبرت اینشتین تفسیر کپنهاگی را رد کرد. در واقع تفسیر کپنهاگی به دو ذره اجازه می دهد تا رفتار موج گونه داشته باشند، و با اندازه گیری موقعیت یک ذره، موقعیت ذره ی دیگر در فاصله ای دورتر نیز تعیین می شود. اینشتین ترجیح داد تا به جای پذیرفتن چنین حالت شبح واری، فرض کند که تابع موج کامل نیست و در واقع ما علم ما از واقعیت ناقص است. در واقع او پیشنهاد داد که شاید متغیرهایی  مخفی وجود داشته باشند که نظریه ی کوانتوم هنوز قادر به اندازه گیری آنها نیست.

آزمایش ها نشان دادند که این حالت شبح وار، کاملاً واقعی است، با این حال تفسیرهای مختلف دانشمندان هنوز ادامه داشت. این تفاسیر به دو مکتب تقسیم شدند. عده ای که با اینشتین موافق بودند که تابع موج جهالت ما را نشان می دهد مکتب معرفت شناسی و عده ای که تابع موج را یک واقعیت می دانند مکتب هستی شناسی نام دارد.

برای روشن شدن تفاوت ها بهتر است نگاهی به آزمایش متفکرانه ای که شرودینگر در سال ۱۹۳۵ در نامه ای به اینشتین نوشت، بیندازیم. منظورم همان آزمایش مشهور گربه ی شرودینگر است. گربه ای را در یک جعبه ی فولادی بسته تصور کنید و فرض کنید که درون این جعبه نمونه ای از یک ماده ی رادیواکتیو قرار دارد که احتمال تابش محصولات مرگبار آن طی یک ساعت، ۵۰ درصد است. از آنجایی که تجزیه ی ماده ی رادیواکتیو یک رویداد کوانتومی است، شرودینگر معتقد بود که  طبق قوانین نظریه ی کوانتوم، در پایان یک ساعت، تابع موج داخل جعبه باید مخلوطی مساوی از گربه ی زنده و گربه ی مرده باشد!

گربه شرودینگر

 

 

گربه شرودینگر.png 2

در مکتب معرفت شناسی، گربه ی داخل جعبه یا زنده است یا مرده و ما نمیدانیم در واقع کدام امر محقق شده است، زیرا جعبه بسته است. اما مکتب هستی شناسی می گوید: تا زمانی که در جعبه باز نشود، گربه هم مرده است و هم زنده! این جایی است که بحث بالا می گیرد.کدام تفسیر نظریه ی کوانتوم درست است؟ این یک پرسش بسیار متفکرانه است چرا که تفاوت بین دو مکتب، بسیار ظریف است. در قسمت بعدی این مقاله، ادامه ی این بحث و نظریات جالب تری را مانند جهان های موازی را هم بررسی خواهیم کرد.

منبع:nature

نظر شما چیست؟ شما با کدام مکتب موافق اید؟ آیا کوانتوم کامل است و تصویر کاملی از واقعیت به دست می دهد؟

ترجیح می دهید کدام موضوع زیربنایی کوانتوم را به صورت فیلم، زیر نویس کنیم؟

 

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

ارسال نظر


*