شگفتی های دنیای کوانتوم: در هم تنیدگی کوانتومی!

بیگ بنگ: وقتی از درهم تنیدگی کوانتومی سخن می گوییم، شاید شگفتی های دنیای فیزیک برایمان نمایان می شود. بعنوان مثال منظور از درهم تنیدگی کوانتومی”دو ذره فوتونی ” است که هرگز در یک زمان وجود نداشته اند” اما امکان برقراری ارتباط با یکدیگر را دارند. یعنی “ارتباط دو ذره فوتون از ورای زمان” یعنی مدتی پس از نابودی اولی، دومی به وجود آمده و هرگز همزمان در دنیا نبوده اند. اما داستان چیست؟

photons1

در هم تنیدگی کوانتومی یک پدیده قدیمی و رازآلود با این معنا است که برخی ذرات، مثل ذرات فوتون ها و الکترون ها، می توانند “یک بار” بر یکدیگر اثر متقابل بگذارند ولی همچنان حتی پس از جدایی، کیفیت هایی نظیر چرخش یا قطبی شدگی شان مشترک باشد و “با تغییر حالت یکی، دیگری نیز تغییر کند.”در مکانیک کوانتومی، درهم‌تنیدگی یکی از رفتارهای عجیب ذرات است که در آن قوانین فیزیک کلاسیک شکسته می‌شوند و رویدادهای ناممکن به وقوع می‌پیوندند. درهم‌تنیدگی که اینشتین از آن با عنوان “عمل شبح‌وار در یک فاصله” یاد می‌کند، پدیده‌یی است که در آن دو ذره به عنوان یک سیستم عمل می‌کنند حتی هنگامی که توسط فواصل عظیم از هم جدا شده باشند.

اما داستان درهم تنیدگی در سال ۱۹۳۵ میلادی شروع شد، زمانی که نکته فوق العاده عجیبی در مورد نظریه کوانتومی توجه آلبرت اینشتین را جلب کرد، نکته ای که چند سالی از فرمول بندی نوین نظریه کوانتومی می گذشت همچنان از نگاه تیزبین فیزیکدان ها پوشیده مانده بود. اینشتین دریافت که براساس نظریه کوانتومی باید مابین ذراتی که حداقل یکبار با یکدیگر برهم کنش داشته اند، نوعی ارتباط اسرارآمیز درونی برقرار شود، به گونه ای که اگر ویژگی های کوانتومی یکی از این ذرات را تغییر دهیم، مابقی آنها صرف نظر از اینکه در چه فاصله ای از ذره اول قرار گرفته اند- و مثلا یک متر با ذره مزبور فاصله دارند یا یک میلیارد سال نوری- بلافاصله و بطور آنی از این تغییر ، تاثیر می پذیرد!

این پیش بینی نظریه کوانتومی به حدی عجیب و غریب بود که حتی خود اینشتین هم که بنیان گذاران فیزیک کوانتومی بود به هیچ وجه نتوانست بپذیرد و آن را ناشی از ناکامل بودن نظریه کوانتومی می دانست چرا که او معتقد بود اساسا هیچ کنش و ارتباطی مابین ذرات جهان نمی توانست با سرعتی بیش از سرعت نور برقرار شود. به همین دلیل هم اینشتین در همان سال مقاله مشترکی با دو فیزیکدان دیگر به نام های بوریس پودولسکی و ناتان روزن منتشر کرد و در آن مقاله ضمن اعلام نظر خود مبنی بر وجود مشکل در نظریه کوانتومی، نظریه دیگری بنام « نظریه متغیرهای نهانی موضعی» بعنوان جایگزین نظریه کوانتومی ارائه داد. این نظریه به گونه ای تدیون شده بود که تمامی پیش بینی های نظریه کوانتومی را عینا البته بدون در نظر گرفتن رابطه آنی و لحظه ای بین ذرات ، نتیجه می داد.

اما براستی کدامیک از این دو نظریه قابل پذیرش بودند؟ نظریه مطرح شده در مقاله مشترک اینشتین- پودولسکی – روزن که بطور مخفف مقاله EPR نامیده می شود یا نظریه کوانتومی- که اروین شرودینگر ، فیزیکدان برجسته اتریشی اصطلاحا آن را « در هم تنیدگی کوانتومی» نامیده بود- دلالت داشت؟ در این مطالعه، پارادوکس EPR فرموله شد، آزمایشی فکری که در تلاش بود ناکامل بودن تئوری مکانیک کوانتومی را نشان دهد. در این مقاله آمده بود:”بنابراین ما مجبوریم چنین نتیجه گیری کنیم که توصیف مکانیک کوانتومی از واقعیت فیزیکی توابع موج، غیرکامل می باشد.”

با این حال نه تنها واژه درهم تنیدگی توسط این سه دانشمند ساخته و پیشنهاد نشده بود بلکه ایشان خواص ویژه این وضعیت را نیز تعمیم نداده بودند. پس از انتشار مقاله EPR، اروین شرودینگر برای نخستین بار در نامه‌ای که برای اینشتین می نویسد از واژه درهم‌تنیدگی برای توصیف بستگی دو ذره که موقتا با یکدیگر در اندرکنش بوده و سپس جدا شده اند استفاده کرد. شرودینگر اهمیت EPR را در آن میدید که انحراف مکانیک کوانتومی از موازین ذهن کلاسیک نشان می داد. وی همچون اینشتین با مفهوم درهم تنیدگی مخالف بود چرا که آشکارا نظریه نسبیت را که در آن سرعت نور، بیشینه سرعت انتقال اطلاعات بود را به چالش می کشید. اینشتین بعدها درهم تنیدگی را تاثیر از فاصله شبح وار نامید و به این ترتیب آن را به سخره گرفت.

کلید پاسخ این سوال مهم را یک فیزیکدان ایرلندی به نام جان بل در سال ۱۹۶۴ میلادی پیدا کرد. جان بل توانست رابطه ای ریاضی را که بعدها به نام « نامساوی بل » شهرت یافت، پیدا کند. که می توانست مابین پیش بینی های این دو نظریه رقیب یعنی نظریه کوانتومی و نظریه متغیرهای نهانی موضعی را در آزمایشات خاصی نشان دهد. براین اساس اگر فیزیکدان ها موفق می شدند در آزمایشات خود، نقض نامساوی بل را مشاهده کنند، این به معنای صحت نظریه کوانتومی و وجود پدید اسرار آمیز در هم تنیدگی کوانتومی بود و در غیر این صورت، حق با اینشتین بود و هیچ ارتباطی با سرعتی فراتر از سرعت نور مابین ذرات وجود نداشت.

eG93djUwMTI=_o_alain-aspect-einstein-et-les-rvolutions-quantiquesآلن اسپکت با آزمایش تاریخی خود در سال ۱۹۸۲ وجود درهم تنیدگی کوانتومی و ارتباط اسرارآمیز درونی مابین ذرات کوانتومی را بطور تجربی نشان داد.

این مناقشه طولانی سرانجام در سال ۱۹۷۲ با پیروزی نظریه کوانتومی به پایان رسید. در این سال، دو فیزیکدان به نامهای استوارت فریدمن و جان کلاورز در دانشگاه برکلی آمریکا موفق شدند با اندازه گیری قطبش فوتون هایی که قبلا با یکدیگر برهم کنش داشته اند، نقض نامساوی بل و در نتیجه وجود پدیده اسرارآمیز در هم تنیدگی کوانتومی برای اولین بار به طور تجربی مشاهده کنند. ده سال بعد از آزمایش فریدمن – کلاورز، در سال ۱۹۸۲ یک فیزیکدان فرانسوی بنام آلن اسپکت با افزایش دقت این آزمایش، وجود پدیده در هم تنیدگی کوانتومی را باز هم با قطعیت بالاتری تایید کرد. در سال ۲۰۰۸ نیز فیزکدانان دانشگاه ژنو در سوئیس به رهبری نیکولاس گیسین با انجام آزمایشی توانستند صراحتا نشان دهند که ارتباط مابین ذرات در هم تنیده حداقل با سرعتی ده هزار برابر سریعتر از سرعت نور صورت می گیرد!

اما شگفتی های پدیده در هم تنیدگی کوانتومی به همین جا ختم نمی شود چرا که برخی فیزیکدان ها معتقدند که این ارتباط آنی و درونی اسرارآمیز نه تنها در فواصل مکانی بلکه حتی مابین لحظات مختلف در بعد زمان هم مابین گذشته و آینده عمل می کند و این به معنای ارتباط آنی دو لحظه مختلف زمانی با همدیگر است! علاوه بر این، امروزه فیزکدان ها حتی کاربردهای حیرت انگیز متعددی را نیز برای این پدیده اسرارآمیز پیدا کرده اند، کاربردهای نظیر مخابرات کوانتومی، کامپیوترهای فوق سریع کوانتومی ، رمز نگاری غیر قابل نفوذ کوانتومی و غیره… کابردهایی که براساس پدیده حیرت انگیز در هم تنیدگی کوانتومی، فناوری بشر را در قرن بیست و یکم دگرگون خواهد کرد.

مطالعه بیشتر در : Quantum entanglement , EPR paradox

image_pdfimage_print
(61 نفر , میانگین : 4٫79 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=9657

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲۱ پاسخ‌ها

  1. ali گفت:

    ده هزار برابر سریعتر از سرعت نور یعنی به جای ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه ۳ میلیارد کیلومتر بر ثانیه یعنی حدودا فاصله بین خورشید تا اورانوس ( یه خورده هم بیشتر ! ) در عرض یک ثانیه طی بشه ! .

  2. m گفت:

    هر یک از ایندو فوتون میتوانند در دو طرف افق کیهانی نیز حضور داشته و بطور آنی در ارتباط باشند! پس سر یک دو راهی قرار میگیریم. یعنی سرعتی فراتر از سرعت نور وجود دارد یا فضا (زمانی) وجود ندارد! یعنی نکند که اساسا جدا دانستن ذرات جهان از هم یک توهم است! با پذیرش دومی، پی میبریم که واقعیت نداریم و واقعیت چیزی ماورای فضازمان است. چیزی که خود فضازمان را نیز افریده است و به تعریف و تولید آنها میپردازد. آن حقیقت اصیل میتواند مثلا خدا باشد که همه ی کیهان ما را افریده و لذا کیهان ما در برابر وجود او وجود ندارد. و تنها اوست که باید وجود داشته باشد. این دیدگاه، هولوگرام بودن جهان رو پیش میکشه و به نوعی ثبات سرعت نور هم نگه میداره! یعنی اگه بپذیریم که این spooky action”ارتباط شبح وار” بمعنی انتقال اطلاعات نیست بلکه ارتباطی بدون نیاز به مکان و حتی زمان است….. بهر حال هر چی هست احتمالا زیر سر ماهیت فضا زمانه؛ خلاصه یه کاسه ای باید زیر نیم کاسَش باشه. اما بازوان ستبر فیزیک ما (نسبیت عام و کوانتوم) تا وقتی متحد نشن؛ در برابر وزنه ی بس عظیم فضازمان همچنان درمانده و ملولند. یا شایدم ایندو نظریات درستی نباشن، لازمه یه نظریه ابر غول بیاد وسط!!!

  3. ali گفت:

    به نظر من همین در هم تنیدگی کوانتومی ثابت میکنه که تا الی الابد ( بی نهایت سال دیگه ) علم خیلی خیلی خیلی … پیشرفت میکنه ولی محاله ممکنه هیچ فرمول و قاعده و قانون کلی در مورد جهان هستی کشف بشه . وقتی خدا تاس میندازه یعنی یه ذره از ۱۰ میلیارد سال پیش مربوط میشه و ارتباط پیدا میکنه به مثلا یه ذره موجود در ۱۰ میلیارد سال بعد ( !!! ) و اتفاقا هرچی علم جلوتر میره و به قوانین بنیادی تر دست پیدا میکنه این قوانین حاکم بر دانش (( احتمالات )) و مسائل مربوط به اون داره پررنگ تر و پررنگ تر میشه و دیگه واقعا نمیشه در مورد هیچ چیزی با قاطعیت و به طور یقینی صحبت کرد ! . کما اینکه اصل عدم قطعیت ورنر هایزنبرگ هم داره همین رو میگه . ولی این مسئله رو میشه تا بی نهایت تعمیم داد و اونجاست که قضیه خیلی خیلی خیلی … جالب و حقیقتا عجیب غریب میشه !! . این مثالی رو که یکی از فبزیک دان های کوانتوم زده به اندازه سر سوزن از این بی نهایت شگفتی و عجیب و غریب بودن رو بیان میکنه که : مثلا این لیوان آبی رو که ما داریم میخوریم همون آبی بوده که از گلوی ناپلئون بناپارت پایین رفته !!! .

  4. محمد گفت:

    سلام یه سوال دارم که فک کنم مربوطه به این بحث
    سرعت اثر کردن نیروی گرانش چقدره ؟

    • میلاداسکندردوست میلاداسکندردوست گفت:

      با سلام
      برد نیروی گرانش ،بینهایت است و سرعت اثرکردن این نیرو طبق امواج گرانشی ،سرعت نور می باشد.همانطور که اینشتین گفته اگر به عنوان مثال خورشید را برداریم،تاثیرگرانشی ان بلافاصله نخواهد بودو با سرعت نور این تاثیر را بر منظومه شمسی و زمین خواهد گذاشت.

  5. محمود گفت:

    درهم تنیدگی در زمان بسیار عجیب تر از مکان است و سوال های فراوانی را به دنبال خواهد داشت. ای کاش راجع به این موضوع نیز مطلبی می گذاشتید.

    • میلاداسکندردوست میلاداسکندردوست گفت:

      با سلام خدمت شما
      درهم تنیدگی کوانتومی ،این اعجاب کوانتوم که اثبات می کند طبیعت از ماورای طبیعت و تخیل نیز پیشی گرفته و عجیب تر است در ورای فضا-زمان روی می دند،بصورت انی.چیزی بنام درهم تنیدگی زمان و در هم تنیدگی مکان معنی ندارد.

  6. وحید گفت:

    خدا کنه یه دانشمند جدید بیاد و مارا از این همه سر در گمی نجات بده من که کلا دپرسم .

  7. immortal213 گفت:

    خب این تصدیق کننده ذرات بینهایت دکتر حسابی نیست؟؟؟

  8. سعید گفت:

    سلام خسته نباشید
    شما در این پست تاریچه در هم تنیدگی رو توضیح دادین لطفا یک پست در رابطه با توضیح درهم تنیدگی بزارین

  9. محمد گفت:

    فیزیک مدرن برای بیان یک حقیقت مجهول ترین وپیچیده تر زبان را انتخاب کرده.

  10. Sifter گفت:

    برام سواله که آیا میشه گفت این ارتباط بین دو ماهیت فیزیکی از طریق یک بعد فراتر انجام میشه؟

  11. وحید گفت:

    ایا نمیشه به این نتیجه گیری برسیم که بنا به قاعده اندازه گیری واختلال واصل عدم قطیعت اگه ما درکل جهان فقط دوچیز خوب وبد داشته باشیم انگاه یک نیرو باعث اختلال میشه که دراین صورت ماهمیشه مجبوریم یک نتیجه احتمالاتی راقبول کنیم یعنی قطعیت ویقین کامل حاصل نمیشه واگه بشه اصول درست زیرسوال میره…یعنی یک نیروی بزرگ داره این هستی رو باقطعیت کامل اداره میکنه که برای ما مفهومی احتمالاتی داره…..یا اینکه هرچقد جلومیریم احتمالاتم بیشترمیشه….میشه نتیجه گرفت فقط یک قدرت واحده که میتونه این همه احتمالات فرابشری رو کنترل کنه…یک قدرت تفکراتی درست…

  12. حبیب گفت:

    اول باید دید ایا این فقط مربوط به قطبیت و چرخشه یا در چیزهای دیگه ای هم اثر داره بعد باید دید ایا وقتی ذره ی دوم با یک ذره ی سوم واکنش می کنه ایا ذره ی اول هم به ذره ی سوم اثر می گذاره یا نه یعنی این ثر به شکل یک پل منتقا میشه یا نه

  13. امیر گفت:

    ذره که نابود نمیشه فقط تغیر حالت میده. میشه توضیح بدین لطفا؟

    • behrad rezaee گفت:

      طبق فرمول معروف اینشتین E=mc^2 جرم و انرژی هم ارز و قابل تبدیل به هم اند و میتوان گفت دیگر قانون پایستگی جرم یا قانون پایستگی انرژی به تنهایی معنا ندارد و در عوض قانون پایستگی جرم-انرژی وجود دارد

  14. علي رضا ميهن دوست گفت:

    سلام
    من بعده مطاله زیاد فهمیدم که علم کوانتوم حالا حالا حا قابل دسرسی نیست
    اگه وارد علم کوانتوم بشیم میفهمیم که به ما داره میفهمونه که ما میتوانیم در زمان ومکان سفر کنیم یعنی ما میتوانیم سرعتی درست کنیم که خیلی بیشتر از سرعت نور هست و میتواند مارو انقدر ریز کند (ریز تر از یک ملکول) که ما وارد یک مکان وزمانی بشیم که هیچ چیز برامون وجود نداشته باشه و اگر این عمل اتفاق بیوفته ما انسان ها عبدی و جاودانه میشیم ولی در زمان و مکان نامعلوم (یعنی در همه زمان ها و مکان ها وجود داریم ولی چون سرعتمون انقد زیاده که قابل رعیت نیستیم )
    دسرسی به همچین سرعتی شاید الان قابل دسرسی نباشد ولی در اینده خواهد شد
    اگر به علم کوانتوم دسرسی پیداکنیم میتوانیم به زمان سفر کنیم .

  15. ali گفت:

    سلام ممنون از مطلب خوبتون

  16. ارين گفت:

    نمیدونم چقدر دیدگاهم درسته
    ولی معتقدم
    ما نمیتونیم هرگز درک درستی از رفتار چیزی یا شیئی یا ذره ای داشته باشیم که خودمون از اون درست نشده ایم
    همه میدونیم که فوتون ذره ایست بدون جرم
    و باقیه ذرات در تمام عالم از ریسمان های انرژی بگیر تا ذره بنیادی و بزرگ تر از اون ها الکترون ها و بزرگ تر اتم ها و بزرگ تر موکلول ها و انسان ها و … همه و همه جرم داریم
    دارااای جرم هستیم
    مغز ما از تیرلیاردها الکترون جرم دارم تشکیل شده چطور میتونه درک درستی از فوتون بی جرم که سرعتش نور به ما بده ؟
    خب فوتون دچار درهمتندگی میشه یک فوتون در همین لحظه قطبشش تغیر میکنه و این تغیر انی در ١٢ میلیارد سال نوری فاصله به فوتونی دیگه در یک لحظه انتقال پیدا میکنه
    اما ما این تغیر رو الان شاید حس نکنیم
    برای حس اون باید ١٢ میلیارد سال با سرعت نور حرکت کنیم( که هر دیقه طی مسافت با سرعت نور برفرض این که بتونیم یک هفته برای ما طول میکشه دیگه ١٢ ملیارد سال حرکت با سرعت نور شاید ترلیارد ها سال برای اطرافیان ما که حرکت عادی دارند بگذره )
    حرکت کنیم تا اون تغیر رو ببینیم
    اما دو فتون در همون لحطه به طور انی تغیر کردند
    به نظر من چون ما دارای جرم هستیم و در نتیجه مادی محسوب میشیم نمیتونیم درک درستی از دنیای غیر ماده که فتون ها هستند رفتارشون سرعت انتقالشون زمان چجوری براشون میگذره و … داشته باشیم

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *