این مطلب برای کسانی است که تازه به فیزیک علاقه مند شده اند ...
این مطلب برای کسانی است که تازه به فیزیک علاقه مند شده اند و در مورد مباحثی است که باید پیش از


ورود به فیزیک مدرن بخوانند:

مکانیک


و پیش نیاز های اساسی فیزیک  مباحثی از از هندسه است که برای درک بهتر از فیزیک به آنها نیازمندیم. در آینده

با مطالب پایه ی فیزیک خواهم آمد.

نوشته شده توسط پژوهشگران جوان فیزیک نوین در سه شنبه بیست و پنجم تیر 1387 ساعت 14:33 | لینک ثابت |

آيا اصل هايى عميق تر از عدم قطعيت و عدم موضعيت وجود دارد؟

چارلز سيف

آلبرت اينشتين در سال ۱۹۲۶ نوشت: «مكانيك كوآنتوم بسيار باشكوه است. اما ندايى درونى به من مى گويد كوآنتوم هنوز مفهومى واقعى نيست.» پس از سال ها كه نظريه كوآنتوم به بلوغ رسيده است، آن ندا آرام تر شده است، اما هيچ گاه خاموش نشده بود. در بطن همخوانى ستايش آميز از نظريه كوآنتوم هميشه زمزمه اى مبهم به گوش رسيده است. نظريه كوآنتوم در واپسين سال هاى قرن نوزدهم متولد شد و خيلى زود به يكى از ستون هاى فيزيك جديد بدل شد. اين نظريه با دقتى باورنكردنى رفتار عجيب و غريب و دور از انتظار ذرات بسيار ريزى همچون اتم ها، الكترون ها و ساير موجودات جهان زير ميكروسكوپى را توصيف مى كند. اما موفقيت مكانيك كوآنتوم به قيمت مشقت بسيار حاصل شده است. كاركرد معادلات مكانيك كوآنتوم بسيار خوب است اما به نظر مى رسد كه كاملاً بى معنى هستند. بدون توجه به اينكه چه نظرى در مورد مكانيك كوآنتوم داشته باشيم، اين معادله ها رفتار ذرات را به شيوه اى كه در تضاد با شهود ما باشند، مجاز مى شمارد. براى مثال چنين ذراتى مى توانند در وضعيت «برهم نهى» باشند. يعنى اين ذرات مى توانند در آن واحد داراى دو خاصيت مجزاى كاملاً منحصر به فرد باشند. براى مثال رياضيات نظريه كوآنتوم مى گويد يك اتم مى تواند تا زمانى كه اختلالى ايجاد نشده و كسى آن را مشاهده نكرده است، در آن واحد هم در سمت راست جعبه و هم در سمت چپ جعبه باشد. اين ايده امروز تقريباً همانقدر محل بحث است كه ۸۰ سال پيش بود؛ زمانى كه اروين شرودينگر برهم نهى را با مثال گربه اى نيمه مرده- نيمه زنده توصيف كرد. نكته در اين است كه مكانيك كوآنتوم معنى «وجود داشتن» را تغيير مى دهد. در دنياى كلاسيك هر جسمى واقعيت محض دارد: حتى يك ابر گاز را مى توان به خوبى به صورت توپ هاى كوچك سخت بيليارد تصور كرد كه هركدام از اين توپ ها سرعت و موقعيت كاملاً تعريف شده اى دارند. به نظر مى رسد كه نظريه كوآنتوم آن واقعيت محض را متزلزل مى كند. در حقيقت اصل مشهور عدم قطعيت كه مستقيماً از رياضيات نظريه كوآنتوم سربرآورده است، مى گويد موقعيت و اندازه حركت ذره تعريف نشده است و كسب اطلاع در مورد يكى به معنى از دست دادن اطلاعات در مورد ديگرى است. فيزيكدانان كوآنتوم كه با اين عدم قطعيت سروكار دارند، مى گويند «وجود دارد»- در مورد اجسام بنيادى كه موضوع معادلات نظريه كوآنتوم است- به اين معنى نيست كه اينها حقيقتاً ذره نيستند كه واقعيت خارجى داشته باشند بلكه «احتمال موج» هستند كه فقط زمانى كه ناظر اندازه گيرى را انجام مى دهد، قابليت تبديل شدن به واقعيت را مى يابند. اين مفهوم كه از آن با عنوان تعبير كپنهاگ ياد مى شود، وقتى معنا مى يابد كه بپذيريد واقعيت، موج احتمال است و نه اجسام محض. با اين همه هنوز هم نمى توان مفهوم عجيب ديگر نظريه كوآنتوم يعنى: عدم موضعيت را به طور كامل شرح داد. در سال ۱۹۳۵ اينشتين طرحى را ارائه كرد كه هنوز هم در تضاد با عقل سليم است. در آزمايش ذهنى وى دو ذره از يكديگر جدا شده و به دو سوى مختلف كهكشان مى روند. اما اين دو ذره «درهم تنيده» هستند (يعنى به لحاظ مكانيك كوآنتوم مستقل از هم نيستند) و به همين دليل هر ذره آناً «احساس» مى كند كه براى همزادش چه روى داده است. يكى را اندازه بگيريد، آنگاه ديگرى نيز آناً اندازه گيرى شده است؛ انگار همزادان به طريقى مرموز به رغم فاصله بسيار زياد فضايى به طور آنى با يكديگر ارتباط برقرار مى كنند. اين «عدم موضعيت» يكى از نتايج رياضيات نظرى كوآنتوم است و در آزمايشگاه نيز اندازه گيرى شده است. اين كنش وهمناك آشكارا فاصله و جريان زمان را ناديده مى انگارد. در نظريه، اين ذرات مى توانند پس از آنكه درهم تنيدگى آنان سنجيده شده است، درهم تنيده بمانند. در يك سطح مى توان گفت كه عجيب و غريب بودن نظريه كوآنتوم مسئله اى ايجاد نمى كند. چارچوب رياضيات نظريه سالم و بى عيب است و تمام اين پديده هاى عجيب را به خوبى توصيف مى كند. چه مشكلى پيش مى آيد اگر ما انسان ها نتوانيم واقعيت فيزيكى متناسب با معادلات خود را تصور كنيم؟ تاكنون روش اين بود كه براى به دست آوردن تفسير مكانيك كوآنتوم مى گفتند: «ساكت شو و محاسبه كن» اما به نظر بسيارى ديگر ناتوانى ما در درك نظريه كوآنتوم، بيانگر آن است كه هنوز حقايق عميق ترى باقى مانده است كه بايد آنها را درك كنيم. بعضى از فيزيكدانان گروه دوم به شدت سرگرم طراحى آزمايش هايى هستند كه مى تواند به بطن شگفتى نظريه كوآنتوم راه يابد. آنان به آرامى سرگرم آزمايشند تا دريابند كه چرا برهم نهى كوآنتومى «فرو مى پاشد». اين محققان ممكن است در اين آزمايش ها به درك نقش اندازه گيرى در نظريه كوآنتوم نائل آيند و همراه با آن پى ببرند كه چرا رفتار اجسام بزرگ با رفتار اجسام كوچك تفاوت دارد. ديگران نيز در جست وجوى راهى براى آزمودن تفسيرهاى مختلف از پديده هاى شگفت نظريه كوآنتوم هستند. از جمله اين پديده ها مى توان به «جهان هاى چندگانه» اشاره كرد كه مفاهيمى چون برهم نهى، درهم تنيدگى و ساير پديده هاى كوانتومى را با وجود جهان هاى موازى توضيح مى دهد. دانشمندان اميدوارند تا از دستاوردهاى چنين تلاش هايى به ناخشنودى اى كه منجر شد اينشتين بگويد: «خدا تاس نمى اندازد» غلبه كنند.

شرق آنلاين