قضیه بل چیست؟

بیگ بنگ: یکی از عجیب ترین عناصر فیزیک، اصل درهم تنیدگی کوانتومی است که بر اساس آن، دو ذره ی ظاهراً مستقل به صورت عجیبی با یکدیگر پیوند می خورند. این رفتار که به تفصیل توسط آلبرت اینشتین و نیلز بور مورد بحث و بررسی قرار گرفت، “عملی شبح وار در یک فاصله” نامگذاری شد. با این حال، فیزیکدانی به نام جان استوارت بل، راهی برای تشخیص وقوع یا عدم وقوع این رویداد ارائه کرد.

bellبه گزارش بیگ بنگ، قضیه بل توسط فیزیکدان ایرلندی به نام جان استوارت بل (۱۹۹۰-۱۹۲۸) بعنوان ابزاری برای آزمودن پیوستگی ذرات از طریق درهم تنیدگی کوانتومی طراحی شد. بر طبق این قضیه، هیچ نظریۀ متغیر پنهانی نمی تواند از پس ِ تمامی پیش بینی های مکانیک کوانتومی بر آید. بل این قضیه را با ایجاد نامعادلات بل تایید کرد؛ آزمایش ها حاکی از آن است که نامعادلات بل در سیستم فیزیک کوانتومی نقض می شوند. لذا باید برخی مفاد نظریه متغیرهای پنهان محلی اشتباه باشند.

در شرایطی که شما دو ذره با نام های A و B دارید و ذره ها در اثر درهم تنیدگی کوانتومی به یکدیگر وصل شده‌اند، ویژگی‌های A و B پیوندی با هم خواهند داشت. برای مثال، شاید اسپین(چرخش) ذره A معادل یک دوم و اسپین ذره B معادل منفی یک دوم باشد و یا بالعکس. فیزیک کوانتومی به ما می گوید که تا زمانیکه که اندازه گیری صورت نگرفته باشد، این ذرات در حالات احتمالی منطبق بر هم و روی هم قرار می گیرند. اسپین ذره A معادل ۱/۲ و ۱/۲- است. به مقاله ما در خصوص گربه شرودینگر نگاهی بیندازید تا بینش تان قدری افزایش یابد. این مثال ویژه با ذرات A و B، شکل متفاوتی از آزمایش فکری اینشتین-پودولسکی-روزن به نام پارادوکس EPR میباشد.

با این حال، به محض اینکه اسپین A را اندازه گیری کنید، یقیناً مقدار ذره B را بدون نیاز به اندازه گیری مستقیم آن خواهید فهمید. برای مثال، اگر مقدار ذره A برابر با ۱/۲ باشد، مقدار ذره B باید ۱/۲- باشد و بالعکس. معمایی که قضیه بل دارد این است که این اطلاعات چگونه از ذره A به ذره B انتقال می یابد. جان استوارت بل قضیه بل را در مقاله سال ۱۹۶۴ خود موسوم به “بررسی پارادوکس اینشتین-پودولسکی-روزن” مطرح کرد. او در تحلیل هایش، فرمولی تحت عنوان نامعادلات بل بدست آورد که اظهاراتی احتمالی دربارۀ تعداد دفعات درهم تنیدگی اسپین ذره A و ذره B بود.

bell2آزمایشات فیزیک کوانتومی به نقض نامعادلات بل می پردازد، یعنی می باید یکی از فرضیه های اصلی نادرست باشد و تنها دو فرضیه وجود داشت که در تناسب با قضیه بود. یکی از فرضیه ها “واقعیت فیزیکی” یا “موضعیت(Locality)” رد می شد. برای درک هرچه بهتر این موضوع، به آزمایش توصیف شده در فوق برگردید. شما اسپین ذره A را اندازه می گیرید. در کل، دو شرایط پیش می آید: یا ذره B دارای اسپین مخالف است یا ذره B در حالت منطبق قرار دارد. اگر ذره B سریعاً تحت تاثیر اندازه گیری ذره A قرار گرفته باشد، فرضیه موضعیت نقض می گردد. به عبارت دیگر، پیامی بصورت آنی از ذره A به ذره B فرستاده می شود، گرچه امکان تفکیک آنها در فاصله ای بسیار زیاد وجود دارد.

یعنی مکانیک کوانتومی در این حالت ویژگی‌های غیر موضعیت(non-locality) را به تصویر می کشد. اگر این پیام لحظه‌ای (مثل غیر موضعیت) اتفاق نیفتد، تنها گزینه دیگر این خواهد بود که ذره B در حالت برهم نهی(Superposition)* قرار دارد. پس اندازه گیری اسپین ذره B باید بطور کامل مستقل از اندازه گیری ذره A باشد. لذا نامساوی های بل نشان دهنده درصد زمانی هستند که اسپین های A و B باید در آن همبستگی داشته باشند.

آزمایش ها به دفعات نشان داده‌اند که نامساوی های بل نقض می شوند. متداول ترین تفسیر از نتیجه فوق این است که پیام میان A و B لحظه‌ای است. بنابراین، مکانیک کوانتوم، عامل غیر موضعیت را به تصویر می کشد. توجه: غیر موضعیت در مکانیک کوانتوم فقط به اطلاعات مشخصی مربوط می شود که میان دو ذره به صورت در هم تنیده اند( حالت اسپین ذره در مثال فوق). اندازه گیری A نمی تواند بلافاصله برای انتقال هر نوع اطلاعات دیگری به B در فواصل بسیار زیاد مورد استفاده قرار گیرد. در صورت مشاهده B، هیچکس نمی تواند بطور مستقل ادعا کند که A اندازه گیری شد یا خیر. بنا بر تفسیرهای گوناگون ارائه شده از جانب فیزیکدان های برجسته، برقراری ارتباط سریع تر از سرعت نور نیز در این حالت مقدور نخواهد بود.

• به لحاظ ریاضی به دلیل خطی بودن جواب‌های خالص معادله شرودینگر ما می‌توانیم با جمع هر حالت دلخواه از حالت‌های خالص دوباره به یک جواب ِ حالت خالص دست پیدا کنیم. این جواب‌ها عمود برهم خواهند بود و این جواب خود یک جواب معادله شرودینگر است که به آن حالت برهم نهی کوانتومی می‌گویند.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: physics.about.com

image_pdfimage_print
(23 نفر , میانگین : 4٫65 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=60783
منصور نقی لو

منصور نقی لو

نویسنده این مطلب: منصور نقی لو، کارشناسی مترجمی زبان انگلیسی علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فرگشت، اکتساب زبان اول، یادگیری زبان دوم و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲ پاسخ‌ها

  1. رحیم حیدری چ. گفت:

    باسلام
    درمورد نحوه انتقال اطلاعات به بدیل اتم(در کسری از ثانیه و هزارن کیلومتر آنسوتر)، نمی شود هیچ نظریه ای را قبول کرد مگر آنکه در آن فضا به صورت یکدست فرض شود. یعنی انگار کل هستی، در داخل ماده ای شناور است که درموردش کمتر می دانیم. مانند انتقال انرژی در اجسام جامد..
    شک ندارم که این نظر قبلا چندین بار عنوان شدهو نقایص خودشو داره ولی فعلا بهتر از این چیزی نداریم.
    پاینده باشید
    حیدری

  2. حسین گفت:

    بنظر من حق با اینشتین بود ،
    البته تا اونجا هم که من اطلاع دارم ، بور یا هر مدافع کوانتوم هیچوقت نتونست پاسخ پارادوکس EPR رو بده ، درواقع همون دو لنگه دستکش که در جعبه هایی باشند ، از هم جدا شوند ، شما هیچ راهی ندارید که بدون اندازه گیری یکی از جعبه ها بتوانید راست دست یا چپ دست بودن دستکش را مشخص کنید ، یعنی جعبه ای که در پیش روی شماست هر دو حالت را میتواند شامل شود ، تا زمانی که شما در جعبه را باز کنید ، و به محض انجام این عمل ، دستکش دوم که در جعبه دوم و در محلی دیگر و دور بود هم بسرعت تعیین حالت میشود.
    هیچ ارتباط جادویی این میان وجود ندارد ، این بنظر منطقی تر از فرض های پیچیده بور در این زمینه است،
    خود “مفهوم کوانتوم” هم بسیار جایگاهی متزلزل پیدا کرده ، البته نه تئوری کوانتوم بلکه همان “مفهوم” آن !
    مثلا پاسخ معمای آزمایش تاخیری ویلر ،
    نگاهی داشته باشید به walkers droplets قطراحت متحرک، پدیده ای ماکروسکوپی که به تازگی کشف شده و بسیاری از رفتارهای توابع موج در مکانیک کوانتوم را پوشش میدهد !!

پاسخ دهید

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