فیزیکدان‌ها سعی می‌کنند با ترسیم نمودارهای کوانتومی که نشان‌دهنده ارتباطات علی و اطلاعات اکتسابی از ناظر هستند، تفسیری واقع گرایانه از مکانیک کوانتومی ایجاد کنند. بسیاری از فیزیکدانان هنگامی که با اثرات کوانتومی عجیب و غریب روبرو می‌شوند فقط به محاسبه احتمالات نتایج تجربی، با استفاده از تابع موج شرودینگر بسنده می‌کنند. اما آیا این رویکرد توضیح می‌دهد که چرا ذرات مانند امواج رفتار می‌کنند یا چگونه درهم تنیدگی در فواصل بزرگ حفظ می‌شود؟ یا ریاضیات فقط یک ابزار محاسباتی است که عدم درک اساسی ما از پدیده های کوانتومی را پنهان می‌کند؟ محققانی که بر روی مبانی فیزیک کار می‌کنند امیدوارند با ترسیم نمودارهای کوانتومی اجزای یک آزمایش، توضیح علی مکانیک کوانتومی را آشکار کنند. با دیپ لوک همراه باشید…
همه فیزیکدان‌ها موافق‌اند که معادله شرودینگر و نمایش‌های ریاضی مشابه، ابزارهای قدرتمندی برای پیش بینی نتایج اندازه‌گیری هستند. با این حال، اکثر فیزیکدان‌ها بر این باورند که اندازه‌گیری مربوط به چیزی است که بدون توجه به مشاهده، وجود دارد. دیوید اشمید (David Schmid) از مرکز بین‌المللی نظری فناوری‌های کوانتومی در لهستان می‌گوید:
آن‌ها به شدت واقع‌بین هستند و فکر می‌کنند دنیایی در بیرون وجود دارد. شاید تعجب آور به نظر نرسد، اما مشکل اینجاست که قضیه بل، که در سال ۱۹۶۴ توسط فیزیکدان جان استوارت بل (John Stewart Bell) مطرح شد، واقع‌گرایی موضعی (local realism) را رد کرد. قانون بل به این معنی است که یک ذره نمی‌تواند به صورت موضعی، متغیر پنهان را که نتایج اندازه‌گیری را تعیین می‌کند، با خود حمل کند.
بنابراین، چه چیزی باعث می‌شود که ذره به این شکل رفتار کند؟ اشمید و همکارانش در حال کار بر روی چارچوب ریاضی جدیدی هستند که امیدوارند به واقع گرایی کوانتومی منجر شود که به قضیه بل وفادار است و در عین حال برای شهود کلاسیکی ما نیز جذاب است. اشمید این اثر را در بیستمین کنفرانس اروپایی مبانی فیزیک که پاییز ۲۰۲۱ میلادی و در پاریس برگزار شد، ارائه کرد.
چهارچوبی که اشمید و همکارانش در حال توسعه آن هستند را می‌توان به عنوان روشی برای تفسیر آزمایش‌های کوانتومی، مانند آزمایش بل درک کرد. آزمایش بل شامل درهم تنیدگی دو ذره و سپس توزیع آن‌ها به دو ناظر به نام های آلیس و باب است که با فاصله زیادی از هم جدا شده‌اند. آلیس برخی از ویژگی‌های ذره خود، مثل اسپین، را اندازه‌گیری می‌کند و باب نیز به طور مستقل، اسپین ذره خود را در جهت دیگری اندازه‌گیری می‌کند. نتایج این اندازه‌گیری‌‌ها، یک همبستگی را نشان می‌دهند که می‌توان آن را با معادله شرودینگر نیز نتیجه گرفت، اما این نتایج ریاضی حاصل از اندازه‌گیری باب یا آلیس، مفهوم خاصی را توضیح نمی‌دهد. اشمید می‌گوید:
معلوم نیست که آیا معادله موج، توضیح خوب و ساده‌ای از آنچه در حال وقوع است می‌دهد یا خیر.
توضیحات علمی مطلوب هستند، زیرا به ما اجازه می‌دهند بفهمیم که مداخلات چگونه منجر به تغییرات می‌شوند و همبستگی را از علیت متمایز می‌کنند. به عنوان مثال، دانستن اینکه مصرف یک دارو با بهبودی یک بیماری مرتبط است، به معنای علیت نیست، و همچنین به ما نمی‌آموزد که اگر دارو برای درمان بیماری دیگری استفاده شود، چه اتفاقی می‌افتد. اما استخراج یک توضیح معمولی از نحوه عملکرد دارو می‌تواند ما را قادر سازد به چنین سؤالاتی پاسخ دهیم.
فیزیکدانان و فیلسوفان چندین نوع توضیح علی برای فیزیک کوانتومی ارائه کرده‌اند. یکی از گزینه‌ها این است که فرض کنیم ذرات از طریق نوعی سیگنال با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. چیزی که آلبرت اینشتین آن را کنش شبح وار از راه دور نامید. احتمال دیگر یک چارچوب اَبَرمعین (superdeterministic) است که در آن تمام بخش‌های آزمایش، از جمله انتخاب‌های اندازه‌گیری آلیس و باب، توسط یک علت واحد که مدت‌ها پیش رخ داده، از پیش تعیین شده بودند. سایر تفاسیر کوانتومی شامل نظریه‌های چندجهانی (که در آن دنیا در هر اندازه‌گیری به دو مسیر تقسیم می‌شود) و مکانیک کوانتومی رابطه‌ای (که در آن دنیا به صورت ذهنی است و آلیس و باب دنیاهای متفاوتی را تجربه می‌کنند) هستند. اشمید می‌گوید:
هیچ‌کدام از این تفاسیر، اکثریت آرا را در میان فیزیکدان‌ها بدست نیاورده‌اند. دلیل این بی‌میلی آن است که این تفاسیر مستلزم پذیرش ایده‌ای جدید و متفاوت هستند که با تجربه روزمره ما از جهان، سازگار نیست. هر یک از این تفاسیر، زهری را برمی‌دارد و از شما می‌خواهد آن را بنوشید. آن زهر می‌تواند نقض نظریه نسبیت یا وجود بسیاری از جهان‌ها باشد. اشمید و همکارانش به دنبال جایگزینی دلپذیرتر هستند که یک واقع‌گرایی کوانتومی، شبیه به واقع‌گرایی کلاسیک، است.
رویکرد گروه پژوهشی این است که انواع جدیدی از ورودی‌ها و عملیات ریاضی را در توصیف آزمایش‌ها مجاز کند. برای مثال، توصیف رایج آزمون بل، یک ذره را با یک متغیر تصادفی کلاسیک، مثل ۰ یا ۱ نشان می‌دهد. آن متغیر به عنوان ورودی تابعی است که دستگاه‌های اندازه‌گیری را که آلیس و باب استفاده می‌کنند، توصیف می‌کند. اشمید و همکارانش متغیرهای تصادفی کلاسیک و توابع مرسوم را کنار می‌گذارند و جایگزینی آن‌ها را با سایر موجودات ریاضی پیشنهاد می‌کنند. این راهبرد، شبیه به پیشنهادات اخیر برای تعریف مدل‌های علی کوانتومی است. اما تاکنون هیچ اتفاق نظری در مورد اینکه موجودیت‌های ریاضی جایگزین چیست، وجود ندارد. اشمید می‌گوید:
ما هنوز پیشنهادهای دقیق ریاضی نداریم، اما چارچوبی برای توصیف دامنه احتمالات داریم. چارچوب پژوهشگران از روشی برای ترسیم نمودار آزمایش‌های کوانتومی می‌آید که شبیه به نحوه ترسیم مدارهای الکترونیک توسط مهندسان است. موجودیت‌های ریاضی، مثل ورودی‌ها و عملیات‌ها، با خطوط و جعبه‌ها نشان داده می‌شوند. این روش تصویری تمایز بین پیوندهای علّی که به صورت عمودی جهت گیری می‌شوند و استنتاج‌های ذهنی که به صورت افقی جهت گیری می‌شوند را واضح می‌کند. اولی ساختار علّی یک مدل واقع‌گرا را تشکیل می‌دهد، در حالی که دومی اطلاعاتی را که ناظرانی مانند آلیس و باب می‌توانند از اندازه‌گیری‌های خود به‌دست آورند، مجسم می‌کند.
الکسی گرینبام (Alexei Grinbaum) که فیلسوفی از CEA-Saclay در فرانسه است معتقد است ایده ترسیم نمودارهای کوانتومی دهه‌ها وجود داشته است. او تحت تاثیر تلاش اشمید و همکارانش برای گنجاندن روابط علی و یک تصویر واقع گرایانه در نمودارهایشان قرار گرفته است. اما وی این سوال را مطرح می‌کند که آیا این ترکیب پیچیده بینش جدیدی را آشکار خواهد کرد یا خیر. او معتقد است اگر نتیجه ساده نباشد، مردم آن را درک نکرده و در نهایت نمی‌پذیرند.
اشمید و همکارانش در تلاش هستند تا یک تصویر ساده شده را از نمودارهای خود استخراج کنند. آن‌ها تاکنون قواعد مبتنی بر نمودار را ابداع کرده‌اند که شبیه قواعد منطقی است که اساس واقع‌گرایی کلاسیکی است. همچنین آن‌ها نشان داده‌اند که چارچوبشان می‌تواند از محدودیت‌های اعمال شده بر روی واقع‌گرایی کوانتومی توسط آزمون بل و سایر قضایای به اصطلاح ممنوع، اجتناب کند. اشمید می‌گوید:
در پایان، ما امیدواریم که با نظریه‌ای باقی بمانیم که غیرکلاسیک است، اما هنوز دارای ویژگی‌های اساسی است که به شما امکان می‌دهد به روشی که می‌خواهید درباره جهان استدلال کنید.
- منبع : physics.aps.org
