آیا ما توانایی انتخاب آزاد داریم یا تصمیماتمان از قبل قابل پیش‌بینی است؟ آیا واقعیت فیزیکی، موضعی است، یا کاری که در زمان حال و در اینجا انجام می‌دهیم تاثیری آنی بر اتفاقات در دیگر نقاط عالم دارد؟ تلاش در جهت پاسخ به این پرسش‌های جنجالی به صورت نابرابری‌های بل ظاهر شده است. مشخص شده است که انتخاب آزاد و رئالیسم موضعی در آزمایش‌ها قابل اندازه‌گیری و مقایسه هستند. نتایج حاصل، باعث بروز ویژگی‌هایی شگرف از طبیعت در شکل بنیادین و کلی آن می‌شود که حتی از مرزهای مکانیک کوانتوم نیز فراتر است. با دیپ لوک همراه باشید…
علیت، موضعی و انتخاب آزاد با چند فرمول ساده که به نابرابری‌های بل معروفند به یکدیگر مرتبط می‌شوند. آزمایش‌های پیچیده دهه‌های اخیر در حوزه اپتیک کوانتومی به شکلی قطعی، نارسایی این نابرابری‌ها را ثابت کرده است. امروز فیزیکدانان در یک دو راهی قرار دارند: آیا باید تصویر دنیایی را ترسیم کنیم که در آن فرضیات موجود در مورد آزادی انتخاب آزمایشگر زیر سوال می‌رود، یا این که از اساس فرضیات مربوط به رویکرد موضعی مربوط به آزمایش‌ها را رد کنیم؟ دانشمندان موسسه فیزیک هسته‌ای آکادمی علوم لهستان در کراکوف (Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences in Cracow-IFJ PAN)، دانشگاه بریتیش سیتی در شهر لندن (the British City University of London-CLU) و دانشگاه فنی هسن مرکزی آلمان در شهر گیسن (the German Technische Hochschule Mittelhessen in Giessen-THM) با این مسئله مواجه شده‌اند. نتایج تحقیقات آن‌ها، که خود به تنهایی از مرزهای فیزیک عبور می‌کند، در مجله معتبر PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) منتشر و مورد بحث قرار گرفته است. نویسنده اول این مقاله دکتر پاول بلاسیاک (Pawel Blasiak) در این مورد می‌گوید:
واقع گرایی یک مفهوم فیزیکی است که به وسیله آن ما جهان را به صورت روابط علت و معلولی توصیف می‌کنیم. رویکرد موضعی نیز به این موضوع اشاره دارد که کنش‌ها نمی‌توانند به صورتی آنی منتشر و در همه جا حس شوند. بنابراین اگر واقعیت فیزیکی با ملزومات واقع‌گرایی موضعی همراه باشد، نتایج آزمایش تنها می‌تواند تحت تاثیر همسایگی نزدیک به خود باشد و نسبت به تاثیر حوادث در فواصل بسیار دور (مانند کهکشانی در دوردست) ایزوله است.
انتخاب آزاد یا حق انتخاب، که به ظاهر یک مفهوم معمولی در فلسفه است، می‌تواند شکل یک مسئله فیزیکی یا ریاضیاتی به خود بگیرد. در این نگاه، حق انتخاب، همان متغیرهایی هستند که پارامترهای آزمایش ما را توصیف می‌کنند، پارامترها نیز همان چیزهایی هستند که در حین آزمایش اندازه‌گیری می‌شوند و در واقع هدف آزمایش را برآورده می‌کنند. فرض ما این است که بدون توجه به اتفاقات گذشته، می‌توان این متغیرها را آزادنه انتخاب کرد.
به عنوان بخشی از این دیدگاه که واقع گرایی موضعی و انتخاب آزاد را حاکم بر جهان می‌داند، می توان نابرابری‌های بل را اثبات و برای تایید درستی‌شان آزمایشی طراحی کرد. در ادامه ایده اصلی این آزمایش شرح داده می‌شود. آلیس و باب در دو آزمایشگاه که در دو انتهای یک کهکشان قرار دارند، مستقر هستند. یک روز هرکدام از آن‌ها یک جعبه دریافت می‌کند. آن‌ها جعبه‌ها را در یک نقطه مشخص از میز خود قرار می‌دهند و با دقت آن را باز می‌کنند. به محض باز کردن جعبه یک سکه چرخان به بیرون پرتاب شده و در این زمان هرکدام از آزمایشگران با کف دست، سکه را بر روی میز فشار می‌دهد تا ثابت شده و یک روی سکه مشخص شود. آلیس و باب شیر یا خط بودن سکه را در جایی ثبت می‌کنند. به زودی تعدادی جعبه دیگر نیز از راه می‌رسد. پس از مدتی این دو نفر یک لیست بلند از سکه‌های مشاهده و ثبت شده دارند که در آن شیر یا خط بودن هرکدام را یادداشت کرده‌اند. هیچ مورد غیرمعمولی نیز در این لیست مشاهده نشده و سکه‌ها به صورت کاملا تصادفی، شیر یا خط را نشان کرده‌اند.
موضوع زمانی جذاب می‌شود که این دو نفر در یک کنفرانس علمی بین‌کهکشانی همدیگر را ملاقات می‌کنند. پس از مقایسه نتایج مشخص می‌شود که برای هر مشاهده یکسان (دو جعبه همسان برای هر آزمایشگر)، به ازای هر سکه شیر برای آلیس یک سکه خط برای باب و برعکس ظاهر شده است. بنابراین آن‌ها فرض کردند که این اتفاق تصادفی نبوده و رابطه مشاهده شده باید مربوط به علتی پنهان در گذشته هر دو جعبه که از منبعی یکسان می‌آید باشد. احتمالا فرستنده مرموز جعبه‌ها، ساختاری را طراحی کرده است که چگونگی رفتار سکه‌ها در هنگام فرود بر روی میز را سازمان دهد. در این صورت آلیس و باب می‌توانستند این ساختار را حدس زده و به عنوان یک کشف مهم معرفی کنند. در نهایت اما متاسفانه تلاششان بی‌فایده بود.
آلیس و باب ناامیدانه به «جان» که یک فیزیکدان نظری است مراجعه و از او کمک می‌خواهند. جان ابتدا از آن‌ها در مورد فرض‌های اولیه‌ای که در آزمایش به عنوان موارد صحیح و قطعی در نظر گرفته بودند می‌پرسد. آلیس پاسخ می‌دهد: «ما معتقدیم روابطی که مشاهده می‌کنیم باید به وسیله زنجیره‌ای از علت و معلول‌های وابسته به زمان قابل تفسیر و توجیه باشند». باب در ادامه توضیح می‌دهد: «همچنین ما فکر می‌کنیم که هیچ علتی اگر منشا آن فاصله زیادی از آزمایشگاه ما داشته باشد نمی‌تواند به صورت آنی بر روی آزمایش ما اثر بگذارد». هردوی آن‌ها تاکید می‌کنند که شیوه قرار دادن جعبه بر روی میز را کاملا دلخواه انتخاب می‌کنند و اطمینان دارند زمان و چگونگی ثابت شدن سکه‌ها برروی میز کاملا به اراده آن‌ها بستگی داشته و در این زمینه آزادی عمل دارند. در کمال تعجب جان به آن‌ها می‌گوید که فرضیات آن‌ها با روابط همبستگی مشاهده شده سنخیتی ندارد.
در واقع نابرابری‌های بل در سال ۱۹۶۴ و به وسیله فیزیکدان ایرلندی جان استوارت بل (John Stewart Bell) کشف شدند. او با تاثیر از مسئله معروف اینشتین، بوریس پودولسکی (Boris Podolsky) و ناتان روزن (Nathan Rosen) در سال ۱۹۳۵ با عنوان «کنش شبح‌وار از راه دور (spooky-action-at-a-distance)» این نابرابری‌ها را تدوین کرد. در آزمایش‌های فیزیکی، که نقش سکه‌ها را فوتون بازی می‌کند و شیر یا خط بودن، جهت قطبش مشاهده شده در جهات مختلف است، این نابرابری‌ها شکسته می‌شوند. بنابراین فیزیک معاصر با یک دوراهی بنیادین روبروست: آیا بهتر است ایده واقع‌گرایی در فیزیک را کنار بگذاریم یا اینکه مفهوم انتخاب آزادی که برای دانشمندان قائلیم را زیر سوال ببریم؟ تعداد اندکی از فیزیکدانان مایل به زیر سوال بردن واقع‌گرایی هستند. واقع‌گرایی که در حقیقت پیش زمینه‌ای است برای علیت، وقوع حوادث بر روی پیکان زمانی را تضمین می‌کند. در نهایت اینکه یا مفروضات واقع‌گرایی موضعی دچار نقص است یا فرض وجود انتخاب آزاد برای آزمایشگران ایراد اساسی دارد. دکتر بلاسیاک این سوال را مطرح می‌کند که:
این موضوع که واقعیت باعث شکسته شدن نابرابری‌های بل می‌شود ما را به سمت پرسش‌های فریبنده‌ای می‌برد. برای مثال در صورت حفظ رویکرد موضعی چند بار لازم است که فرض انتخاب آزاد را بشکنیم تا بتوانیم همبستگی‌های مشاهده شده در آزمایش‌ها را توصیف (و یا احیانا دوباره تولید) کنیم؟ به ازای هر اندازه‌گیری، بیش‌تر اوقات یا فقط برخی مواقع؟ به همین ترتیب، با فرض حفظ انتخاب آزاد چندبار باید رویکرد موضعی را نادیده بگیریم؟
تحقیقات گروه لهستانی-بریتانیایی-آلمانی پاسخ شگفت‌انگیزی به این سوال داد. مشخص شد که برای توصیف همبستگی‌های مشاهده شده، اگر هر کدام از مفروضات (انتخاب آزاد یا واقع‌گرایی موضعی) را قطعی در نظر بگیریم لازم است فرض دیگر را به دفعات نادیده گرفته و رد کنیم. این تعداد برای هر دو فرض دقیقا به یک اندازه است. به عبارت دیگر تفاوتی ندارد کدام فرض را قطعی در نظر بگیریم، حتما فرض دیگر به یک اندازه شکسته می‌شود. برای مثال اگر با فرض درستی انتخاب آزاد لازم باشد که ده بار واقع‌گرایی را رد کنیم، با فرض درستی واقع‌گرایی نیز لازم است ده بار انتخاب آزاد را نادیده بگیریم. بنابر دلایلی (ناشناخته)، طیبعت در بنیادی‌ترین شکل خود به هیچ‌کدام از دو فرض انتخاب آزاد و واقع‌گرایی موضعی علاقه‌ای ندارد.
دانشمندان توانسته‌اند فرمولی را بدست آورند که تعداد دفعاتی را که لازم است آلیس و باب هر کدام از فرضیات (انتخاب آزاد یا واقع‌گرایی موضعی) را بشکنند تا بتوانند همبستگی‌ها را توجیه کنند محاسبه کنند. این فرمول نه تنها در مکانیک کوانتومی که در دیگر حوزه‌های علم نیز صادق است. به صورت خاص، مشخص شد که مکانیزم‌های مکانیک کوانتومی ما را مجبور می‌کند که در صورت وجود حداکثر میزان درهم‌تنیدگی میان فوتون‌ها، به ازای هر آزمایش، واقع‌گرایی موضعی یا انتخاب آزاد (بسته به فرض ابتدایی آزمایشگر) شکسته می‌شود. دکتر بلاسیاک تاکید می‌کند:
جالب‌ترین موضوع این است که قضیه بل اصلا یک بیان کوانتومی نبوده، بلکه یک نظریه در علم احتمالات است؛ بنابراین نتایج این آزمایشات دارای کلیتی جهان‌شمول هستند. قضایایی که ما اثبات کردیم نیز تنها به مکانیک کوانتومی محدود نمی‌شوند، بلکه این قابلیت را دارند که به هر موقعیتی که دارای سامانه‌های جداگانه ولی همبسته هستند اعمال شوند.
پروفسور امانوئل پاتوس(Emmanuel Pothos) از دانشگاه بریتیش سیتی می‌گوید:
جدای از حساسیت بالایی که در فیزیک وجود دارد، شکستن واقع‌گرایی موضعی یا انتخاب آزاد لزوما اتفاقی دراماتیک و عجیب و غرییب نیست. در مطالعاتی که بر روی رفتارهای انسانی انجام می‌گیرد کافی است آلیس چیزی را در گوش باب زمزمه کند تا باعث از بین رفتن واقع گرایی موضعی شود.
مثالی دیگر را پروفسور کریستوف گالوس (Christoph Gallus) اقتصاددان دانشگاه فنی هسن آلمان مطرح می‌کند:
اگر آلیس و باب بازیگرانی در بازار سهام باشند، انتخاب‌هایشان به سادگی و به وسیله اطلاعات منتشر شده در مورد بازار، همبسته می‌شود.
جهان‌شمول بودن وابستگی‌های کشف شده، در را به روی کاربردهای عملی زیادی باز می‌کند؛ از جمله مطالعه بر روی مکانیسم جریان انتقال اطلاعات در سامانه‌های پیچیده. لازم به تاکید است که خاصیت جهان‌شمول چنین یافته‌هایی ناشی از طبیعت کلی همان پرسشی است که در ابتدا و در مورد همبستگی‌های مشاهده شده پرسیدیم. این کلیت و جهان‌شمول بودن قابل تعمیم به تمام شاخه‌های مختلف علم است.
منبع: phys.org
