می توان گربه شرودینگر را زنده نگه داشت بدون اینکه جعبه باز شود

بیگ بنگ: محققان از یک اتم مصنوعی استفاده کردند تا نشان دهند که می توان گربه شرودینگر را زنده نگه داشت و همین طور مرگ آن را تسریع بخشید بدون اینکه نیازی به نگاه کردن درون جعبه باشد.

به گزارش بیگ بنگ، این کار با استفاده از مقایسه های کلاسیکی از این قبیل به نظر ساده یا عجیب است، اما دلالت های عمده ای برای علم دارد. این کار در واقع نشان می دهد که واقعیت چگونه در سطح بنیادی عمل می کند و می تواند ابزار بهتری را برای فیزیکدانان در مهندسی کوانتومی ارائه دهد. دانشمندان در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیز بررسی می کنند که آیا لازم است اطلاعاتی از سیستم کوانتومی جمع آوری کنیم – یا به بیان ساده تر، آیا لازم است به ذره نگاه کنیم – تا بتوانیم بر رفتار آن تأثیر بگذاریم یا فقط تخریب آن کافی است. آنها دریافتند که واقعأ نیازی به این کار نیست.

تاریخچه: گربه، جعبه و اثرات زنو

کسانی که اطلاعات زیادی درباره ی گربه شرودینگر ندارند در اینجا می توانند مبانی آن را مشاهده کنند. بر اساس تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی، یک شی فیزیکی مثل اتم فاقد خواصِ تعریف شده است تا زمانیکه آنها را اندازه گیری کنیم. در پاسخ، فیزیکدان اروین شرودینگر یک آزمایش را پیشنهاد کرد. او استدلال کرد که اگر این قضیه درست باشد، می توانیم یک ماده رادیواکتیو را در یک ظرف کوچک در نزدیکی شمارشگر گایگر قرار دهیم، شمارشگر را به یک چکش وصل کنیم و چکش را در بالای ظرف اسید که آمادۀ ویران کردن به محض واپاشی اتم است، بگذاریم.

اگر همه چیز در داخل جعبۀ حاوی گربه قرار داده شود، نمی توانیم خواص اتم را اندازه بگیریم؛ تا جایی که می دانیم، اتم هم واپاشی شده و هم نشده است. در نتیجه، گربه هم زنده و هم مرده است تا زمانیکه درون جعبه را نگاه کنیم. این داستانی است که خیلی از مردم شنیده اند. اما یک مشکل در اینجا وجود دارد. در سال ۱۹۷۴، محققان این پرسش را مطرح کردند: «آیا طول عمر یک سیستم ناپایدار به دستگاه اندازه گیری بستگی دارد؟»

فیزیکدانان بر اساس اثر زنوی کوانتوم این پرسش را مطرح کردند که اگر یک اتم ناپایدار را به طور ثابت نگاه کنیم چه اتفاقی خواهد افتاد؟ آیا واپاشی می شود؟ طبق اثر زنو، اگر به طور ثابت آن را اندازه گیری کنیم، هرگز یک ذره ی مجزا از تابش را منتشر نخواهد کرد. این امر در واقع برای اولین بار در سال ۱۹۸۹ در یک آزمایش اثبات شد؛ این آزمایش را موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا انجام داد و از یک فرضیه عجیب و غریب در یک واقعیت عجیب استفاده کرد. درست کمتر از یک دهه بعد، خلاف اثر زنو پیشنهاد شد – اثر ضد زنو. اندازه گیری مکرر هسته ی اتمی رادیواکتیو می تواند واپاشی آن را تسریع کند، بسته به اینکه این کار چگونه انجام شود.

یکی از بزرگترین پرسش ها این است که «اندازه گیری» دقیقأ به چه معنا است؟ برای اندازه گیری چیزی مثل یک اتم رادیواکتیو، چیزی باید در آن دخالت کند تا بتوان مقداری اطلاعات بدست آورد. در انجام این کار، احتمالات چندگانۀ اتم در یک نتیجه خلاصه می شوند؛ نتیجه ای که می توانیم ببینیم. اما آیا این خلاصه اثر زنو را ایجاد کرده است؟ یا احتمال واپاشی اتم می تواند بدون اینکه به یک حالت مطلق خلاصه شود تسریع پیدا کرده یا کُند شود؟

به زمان حال بازمی گردیم: زنو در مقابل ضد زنو

اکنون به آزمایشی که در دانشگاه واشنگتن انجام شد باز می گردیم. برای اینکه مشخص شود آیا انتقال اطلاعات در اثرات زنو و ضد زنو نقش داشته، محققان از دستگاهی استفاده کردند که غالبأ شبیه یک اتم با چندین حالت انرژی کار می کند. این «اتم مصنوعی» می تواند فرضیه را بر این اساس تست کند که حالات انرژی به نام حالات الکترومغناطیسی چگونه مسئول این اثرات هستند.

محقق کیتر مارچ گفت: «واپاشی اتمی به تراکم حالات احتمالی انرژی یا حالات الکترومغناطیسی در انرژی مورد نظر بستگی دارد. برای اینکه اتم واپاشی کند، باید یک فتون را به یکی از این حالات وارد کند. حالات بیشتر یعنی روش های بیشتری برای واپاشی وجود دارد و در نتیجه واپاشی سریعتر رخ خواهد داد.» همچنین، حالات کمتر یعنی گزینه های کمتری برای واپاشی در دسترس است که بر این اساس می توان توضیح داد چرا این ظرف اتمی هرگز جوشیده نمی شود.

مارچ و تیمش سعی کردند قبل از اینکه از اندازه گیری های استاندارد در هر میکروثانیه استفاده کنند تعدادی از حالات را در اتم مصنوعی شان دستکاری کنند و بدین وسیله «واپاشی» اتم مصنوعی شان را افزایش یا کاهش دادند. مارچ گفت: «این اندازه گیری ها اولین مشاهدۀ دو اثر زنو بر سیستم کوانتومی را تشکیل می دهند.» محققان برای اینکه ببینند مشاهده مسئول این کار بوده یا تداخل، یک شبه اندازه گیری انجام دادند؛ این شبه اندازه گیری اصولأ تداخل را بدون بر هم زدن حالت اتم ایجاد می کند. تیم از یافته خود مطمئن نبود.

مارچ گفت: «اما داده ها نشان داد که شبه اندازه گیری ها همان اثرات زنوی اندازه گیری های معمولی را ایجاد کرد.» یعنی این تداخل در اندازه گیری است که باعث ایجاد اثر زنو و ضد زنو می شود، نه اندازه گیری واقعی. این اطلاعات می تواند راه های جدیدی را برای کنترل سیستم های کوانتومی با استفاده از دینامیک زنو ارائه دهد. خب تمام این موارد چه ربطی به گربه شرودینگر دارد؟

محقق پاتریک هارینگتون گفت: «اثر زنو می گوید که اگر گربه را چک کنیم ساعت واپاشی اتمی را مجددأ تنظیم کرده ایم و گربه زنده می ماند. اما معما این است که از آنجایی که اثرات زنو به تداخل ربط دارند، نه اطلاعات، حتی نیازی به نگاه کردن درون جعبه برای تحریک آنها نیست. همان اثرات رخ خواهند داد اگر فقط جعبه را تکان دهیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر  الله وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com

image_pdfimage_print
(7 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=67751
سحر الله وردی

سحر الله وردی

کارشناس مترجمی زبان انگلیسی و کارشناس ارشد آموزش زبان انگلیسی. علاقمند به علوم مختلف از جمله نجوم، کیهان شناسی و فیزیک می باشد و به عنوان نویسنده و مترجم متون تخصصی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۲ پاسخ‌ها

  1. علی اکبر سیستانی گفت:

    منظور از این آزمایشات این است که زنده بودن یا نبودن گربه رابطه مستقیم توجه کردن یا نکردن دارد…
    یعنی اگر جسمی را به حالت خودش رها کنیم و هیچ نیرویی برآن اثر نگذارد ثابت باقی می ماند و زمانی این ثابت بودن تغییر می خورد که نیروی به آن برسد …؟
    یعنی یک موجود زنده را اگر در نظر بگیریم ثابت باشد یعنی هیچ نیرویی بر آن تاثیر نکند تا ابد زنده می ماند و مرگ این موجود زمانی رخ می دهد که توسط یک نیرویی پیمایش شود؟

پاسخ دهید

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