عجایب دنیای کوانتوم – وابستگی کوانتومی – قسمت اول

وابستگی کوانتومی - 01

وابستگی کوانتومی (Quantum Entanglement)

پارادوکس EPR – قسمت اول

فرض کنید انفجاری رخ می‌دهد و دو الکترون در جهات مخالف و تقریباً نزدیک به سرعت نور، پرتاب می‌شوند. از آنجایی که الکترون‌ها می‌توانند دور خود بچرخند یا اسپین داشته باشند، فرض کنید که اسپین آن‌ها به هم وابسته باشد. یعنی اگر یکی از الکترون‌ها جهت محور چرخشش به سمت بالا باشد، جهت چرخش الکترون دیگر به سمت پائین خواهد بود، به گونه‌ای که مجموع اسپین‌ها برابر صفر است.
حال قبل از اینکه اندازه‌گیری انجام دهیم، نمی‌دانیم که هر یک از الکترون‌ها در چه جهتی در حال چرخش هستند.
سال‌های متمادی صبر کنید. در این زمان الکترون‌ها چندین سال نوری از هم فاصله گرفته‌اند. حال اگر اسپین یکی از الکترون‌ها را اندازه‌ بگیریم و مشاهده کنیم که اسپین آن به سمت بالاست، سپس فوراً درمی‌یابیم که اسپین الکترون دیگر به سمت پایین است و برعکس.
در واقع این حقیقت که یکی از الکترون‌ها اسپینش به سمت بالاست، الکترون دیگر را مجبور می‌کند که اسپینی به سمت پایین اختیار کند. یعنی می‌توانیم فوراً در مورد الکترونی با فاصله چندین سال نوری اطلاع حاصل کنیم.
پس این‌طور به‌نظر می‌رسد که سرعت انتقال اطلاعات بسیار سریع‌تر از سرعت نور است که در تناقض آشکار با نسبیت خاص اینشتین است.
در سال ۱۹۳۵، اینشتین و همکارانش بوریس پودولسکی و ناتان روزن آزمایشی ترتیب دادند که به پارادوکس EPR نامگذاری شد. هدف از انجام این آزمایش نشان‌دادن احمقانه بودن نظریه کوانتوم بود.
با استفاده از دلایل هوشمندانه، اینشتین موفق شد نشان دهد که با انجام دادن اندازه‌گیری موفقیت‌آمیز بر روی یکی از جفت‌ها می‌توان اصل عدم قطعیت را زیر سوال برد. مهم‌تر از این، او نشان داد که مکانیک کوانتومی از آنچه که قبلاً تصور می‌شد بسیار عجیب‌تر بود.
تا آن زمان فیزیک‌دانان عقیده داشتند که جهان مفهومی محلی است و تحولات در یک بخش از جهان، تنها به صورت محلی از منبع خود منتشر می‌شوند. اینشتین نشان داد که مکانیک کوانتومی ضرورتاً غیر محلی است و تحولات ناشی از یک منبع می‌تواند در یک لحظه بخش‌های دوردست عالم را نیز متأثر کند.
اینشتین آن را «تأثیر شبح‌وار از فاصله دور» نامید که البته گمان می‌کرد نامعقول و بی‌معنی است. بنابراین طبق این مسئله اینشتین اندیشید که پس نظریه کوانتوم باید بسیار بی‌معنی و اشتباه باشد.
متخصصین مکانیک کوانتومی توانستند پارادوکس EPR را با این فرض حل کنند که اگر تجهیزات ما تنها به اندازه کافی حساس بودند، واقعاً می‌توانستند جهت چرخش الکترون‌ها را تعیین کنند. وجود ظاهری عدم قطعیت به دلیل نا کارآمدی تجهیزات ما و امری تخیلی است.
آنها مفهومی را به عنوان متغیر نهانی معرفی کردند، به این معنی که یک نظریه نهانی زیرکوانتومی وجود دارد که در آن هیچ عدم قطعیتی نیست و بر اساس متغیرهای جدیدی به نام پرتوهای نهانی بنا شده است.
در سال ۱۹۶۴، زمانی‌ که فیزیک‌دانی به نام جان بِل، پارادوکس EPR و متغیرهای نهانی را در معرض تست قرار داد، خیلی چیزها آشکار شد. او نشان داد که در آزمایش EPR، وابستگی عددی بین اسپین‌های دو الکترون به نظریه مورد استفاده بستگی دارد.
اگر نظریه متغیرهای نهانی، همان‌طور که برخی عقیده داشتند درست باشد، اسپین‌ها به یک روش به هم وابسته هستند و اگر مکانیک کوانتومی درست باشد، اسپین‌ها به روش دیگری به هم وابسته خواهند بود.
به بیان دیگر، مکانیک کوانتومی (اساس تمام فیزیک اتمی مدرن)، با استناد به تنها یک آزمایش دچار فراز و نشیب می‌شد.
اما آزمایش‌ها به طور قطع ثابت کردند که اینشتین اشتباه می‌کرده است. مکانیک کوانتومی با تمام غیر قابل پیش‌بینی‌ بودنش دوباره پیروز شد. (یک بار هم اینشتین به خاطر مسئله گربه شرودینگر شکست خودش را در برابر مکانیک کوانتومی اعلام کرده بود)

ادامه دارد ….

image_pdfimage_print
(33 نفر , میانگین : 4٫52 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=398
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۵ پاسخ‌ها

  1. حامد گفت:

    چی باعث میشه که اسپینهای دو الکترون به هم وابسته بشن؟

  2. ش.مهرستا گفت:

    خب به گمانم این شیوه ی توضیح دادن یک نقص داره و یک جای کار ایراد داره. آیا اگر یک کیسه فقط دو گلوله با رنگ سبز و آبی داشته باشه و من چشم بسته هر یک رو در یک کیسه قرار بدم و دو کیسه رو به فاصله ی صد سال نوری از هم دور کنم و بعد دست ببرم داخل کیسه ای که پیش منه و متوجه بشم که گلوله ی سبزرنگ در کیسه س؛ معنیش میشه این که اطلاعات مربوط به رنگ گلوله ی دیگه با سرعت فراتر از نور به من رسیده؟! اینطور به نظر نمیاد مگر اینکه اگر قادر باشم رنگ گلوله ی خودم رو تغییر بدم؛ رنگ گلوله ی دیگر هم تغییر بکنه. مثلاً اگر بتونم گلوله ی سبز داخل کیسه ی خودم رو تبدیل به قرمز بکنم؛ اون وقت رنگ گلوله ی دیگه باید به صورت آنی تبدیل به سبز بشه. اما اشکال این فرضیه اینجاست که خب در این صورت من چطور می تونم متوجه درستی فرضیه بشم؟ (البته چنانچه این مسئله در فواصل کوتاهتری مثلاً در آزمایشگاه تحقیق شده و به اثبات رسیده باشه؛ که بحثی نیست.) اما در هر حال منظور اصلی مخلص اینه که شیوه ی توضیح درهم تنیدگی کوانتومی بدین صورتی که در مقاله اومده؛ دقیق به نظر نمی رسه. سپاسگزارم از سایت سرشار ازدانشتون..

  3. دانشجو گفت:

    بنظر چند نکته باید اصلاح شود:

    اشکال ۱- “هدف از انجام این آزمایش نشان‌دادن احمقانه بودن نظریه کوانتوم بود.”
    اشکال ۲- “… بنابراین طبق این مسئله اینشتین اندیشید که پس نظریه کوانتوم باید بسیار بی‌معنی و اشتباه باشد.”
    تصحیح :
    هدف این بود که نشان دهند که نظریه کوانتوم یک تئوری است که توصیفی کاملی از یک واقیعت فیزیکی را ارائه نمیدهد نه اینکه احمقانه باشد چون اینشتین با صحت نتایج آماری آن آشنا بود.

    اشکال ۳- “(یک بار هم اینشتین به خاطر مسئله گربه شرودینگر شکست خودش را در برابر مکانیک کوانتومی اعلام کرده بود)”

    تصحصح:
    بحث Murray Gell-Mann را در مورد گربه شرودینگر و مشکل واهمدوسی این موضوع را در کتابش The quark and the jaguar دنبال کنید.

    لطف کنید حتماً منابع مورد استفاده را ذکر کنید.

پاسخ دهید

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