مشهورترین پارادوکس‌های تاریخ – قسمت پانزدهم

پارادوکس‌های کوانتومی

بیگ بنگ: آزمایش ذهنی شرودینگر با شیئی کوانتومی شروع می‌شود که در حالت برهم‌نهی قرار دارد. اینکه آن حالت از چه نوعی است، نیز اهمیتی ندارد. می‌تواند هر انتخاب دودویی باشد: می‌تواند اتمی با اسپین بالا/اسپین پایین بوده یا فوتونی باشد که در آن واحد قطبش‌های عمودی و افقی داشته باشد. خلاصه هر چیزی که شیئی را به انتخاب یکی از دو مقدار صفر یا یک وادارد.

schroedingerfull

اما در مورد این مثال بیایید فرض کنیم با الکترونی سر و کار داریم که به یک شکافنده‌ی باریکه برخورد کرده و همزمان دو مسیر را برمی‌گزیند. هر دو مسیر به جعبه‌ای منتهی می‌شوند (فرض کنید درون جعبه یک گربه قرار دارد). مسیر اول بن‌بست است. اگر الکترون از این مسیر عبور کند هیچ اتفاقی نمی‌افتد. یعنی صفر. اما مسیر دوم به یک آشکارساز الکترونی ختم می‌شود. وقتی الکترون به آشکارساز برخورد می‌کند، آشکارساز سیگنالی را به یک موتور الکتریکی می‌فرستد که چکشی را به حرکت در می‌آورد. چکش بطری کوچکی که حاوی نوعی سم بوده و درون جعبه قرار داشته را می‌شکند و این سم گربه را می‌کشد.

به برکت اصل برهم‌نهی، الکترون در یک زمان از هر دو مسیر اول و دوم عبور خواهد کرد. بنابراین الکترون هم به آشکارساز برخورد کرده و هم برخورد نخواهد کرد. یعنی چکش هم بطری حاوی سم را می‌شکند و هم نمی‌شکند و همه اینها در یک زمان اتفاق می‌افتد. قوانین مکانیک کوانتومی حاکی از آنند که گربه در یک نوع حالت برهم‌نهی قرار دارد: به عبارتی در آن واحد هم زنده است و هم مرده. یک حالت گرگ و میش از زندگی. اما این حالت چطور ممکن است؟ اما صبر کنید. این حالت برهم‌نهی تا زمانی می‌تواند ادامه یابد که کسی درب جعبه را باز نکرده باشد. به محض آنکه کسی راجع به گربه اطلاعاتی استخراج کرد، برهم نهی، یا به بیان شرودینگر، تابع موج گربه فرو می‌افتد. یعنی گربه یکی از دو حالت مرده یا زنده بودن را برمی‌گزیند و به ناگاه یکی از آن دو را به خود می‌گیرد.

هنگامی که شرودینگر آزمایشش را پیشنهاد کرد، می‌دانست که پیامد آن چیز احمقانه و فاقد کیفیت و جدیت خواهد بود. اشیاء ماکروسکوپی مثل گربه به مانند اشیاء کوانتومی همچون الکترون رفتار نمی‌کنند. و خنده‌دار است که بیندیشیم که موجودی می‌تواند در آن واحد هم زنده باشد و هم مرده. اگر ریاضیات مکانیک کوانتومی می‌گوید که چنین چیزی رخ می‌دهد، پس چرا ما وقتی در خیابان راه می‌رویم مانند آدمهایی نیستیم که هم مرده‌ایم و هم زنده؟ آنچه ما را از مشاهده برهم‌نهی در اجسام بزرگ مانند توپ بیس‌بال و ماشین و گربه باز می‌دارد، چیست؟

برخی فیزیک‌دانان پیشنهاد کرده‌اند که چیز اساسا متفاوتی وجود دارد که دنیای کوانتومی را از دنیای کلاسیکی جدا می‌کند. برخی گمان می‌کنند یک حد اندازه خاص وجود دارد که در آن به دلیلی قوانین مکانیک کوانتومی دیگر کار نمی‌کنند و قوانین کلاسیک جای آن را می‌گیرند. تا آنجا که آزمون‌گران می‌توانند اظهار نظر کنند، چنین مرز جداکننده‌ای وجود ندارد. دانشمندان مدتها است اشیاء بزرگ و بزرگ‌تر را به حالت برهم‌نهی می‌برند. برای مثال، فیزیکدانی همچون آنتون زایلینگر در دانشگاه وین اتریش مدتی است مشغول معادل‌سازی آزمایش گربه‌ی شرودینگر با مولکول‌های بزرگی موسوم به فولرین‌هاست. این فولرین‌ها مولکول‌های فقسی‌شکل و کروی هستند که محتوی شصت یا کمی بیشتر اتم کربن می‌باشند. بر حسب استاندارهای کوانتومی، این مولکول‌ها واقعا غول‌آسا محسوب می‌شوند. با این همه وقتی زایلینگر، فولرین‌ها را به میان ساختار رنده‌ای شکل شلیک می‌کند، هرکدام مسیری چندگانه را به سمت آشکارساز در پیش می‌گیرند. هرچند این مولکول‌ها بسیار از اتم‌ها و الکترون‌ها و فوتون‌ها بزرگترند، اما می‌توان آنها را به برگزیدن همزمان دو مسیر وا داشت: آنها مجبور به رفتن به حالت برهم‌نهی می‌شوند. تا امروز دانشمندان نتوانسته‌اند حد اندازه‌ای را برای قوانین نظریه‌ی کوانتومی بیابند. هرچیزی در این عالم باید به نوعی در معرض آن قوانین قرار داشته باشد.

پس با این حساب می‌رسیم به یک پارادوکس. ظاهراً ریاضیات نظریه‌ی کوانتومی حاکی از آن است که دانشمندان باید قادر باشند حتی اجسام بزرگی مانند توپ بیس‌بال و گربه‌ها را هم در حالت برهم‌نهی قرار دهند. اما به باور ما بی‌معنی است که بتوان توپ بیس‌بال را در آن واحد در دو مکان قرار داد.
اگر قوانین مکانیک کوانتومی برای اشیاء میکروسکوپی به کار می‌روند، چرا اشیاء ماکروسکوپی مانند میکروسکوپی‌ها عمل نکنند؟ دست کم این قدری معنی می‌دهد. چنین تخطی‌ای از عقل سلیم باید یک نظریه را زیر می‌کشاند، اما این تنها پارادوکس از این دست نبود. اینشتین از کمیات ظاهراً متناقض مکانیک کوانتومی به طرز ناخوشایندی متنفر بود و بارها و بارها سعی کرد نظریه‌ای را که خود به خلق آن کمک کرده‌ بود از بین ببرد. او تقریبا موفق شده بود …

ادامه دارد …

منبع: کتاب کشف رمز عالم، مقدمه‌ای بر نظریه‌ی اطلاعات کوانتومی، نوشته‌ی چارلز سیف، ترجمه‌ی دکتر میثم تهرانی

قسمت چهاردهم

(17 نفر , میانگین : 4٫76 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=8398

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

۸ پاسخ‌ها

  1. ali گفت:

    به صورت بیان کاملا و مطلقا علمی و فلسفی گربه اروین شرودینگر در (( آن واحد )) هم زنده هست هم مرده و هیچ حالت دیگه ای ( مثل اینکه یا حتما زنده هست یا حتما مرده وجود نداره ) . در غیر این صورت بنیان فلسفه و ریاضیات به طور اساسی زیر سئوال میره . همه چیز در جهان همین طور و همین شکله و از قضیه گربه شرودینگر تبعیت میکنه .

  2. علیرضا گفت:

    این نظریه درتمام ساختارها چه کوانتمی وچه غیر کوانتمی در حال اتفاق افتادن است.ما انسان ها گاهی اوقات درحالت برهم نهی و اصل عدم قطعیت قرار میگیریم.برای مثال:
    هواپیمایی که هم اکنون در مالزی ناپدید شده.
    این هواپیما را میتوان براساس اصل برهم نهی مانند همان الکترون در نظر گرفت که در آن واحد در دومسیر A و B قرار دارد، لذا هواپیما نیز درآن واحد هم سقوط کرده وهم سقوط نکرده(البته قبل از پیدا نشدن آن ، زیرا پس از پیدا شدن، اصل برهم نهی از بین می رود.)
    از آن جهت هم اصل عدم قطعیت برای هواپیما برقرار است که با اینکه از وجود فیزیکی هواپیما آگاهی داریم اما با قطعیت نمیتوانیم مکان آن را تعیین کنیم.

    • محمد پرگلی محمد پرگلی گفت:

      با دیدگاهت موافق نیستم قوانینی که بر دنیای کوانتومی حاکمه با دنیای ماکروسکوپی فرق داره اولا مکانیک کلاسیکی حالت ویژه ای از مکانیک کوانتم هست که در حد اعداد کوانتومی بزرگ ایجاد میشه یعنی قانون دوم نیوتن به معادله ی شرودینگر مبدل میشه و هواپیما در صورتی میتونه مثل گربه ی شرودینگر به حالت بر هم نهی برسه که بتونیم جلوی وادوسی رو بگیریم وادوسی باعث میشه که تابع موج فرو بیافتد یعنی اطلاعات شی به محیط پخش میشود و تابع موج هم برای گربه و هم برای هواپیما فرو میافتد……..

  3. ملیحه گفت:

    این ها درست است اما یک نکته وجود دارد که به تازگی دانشمندان انرا کشف کردند.این نکته این است که بر طبق فرمول ریاضی اصل عدم قطعیت چون جرم اجزای ماکروسکوپی بیش تر از ثابت پلانک میباشد پس در نتیجه عدم قطعیت در تکانه یا مکان فوقالعاده کم میشود وی در مقیاس میکروسکوپی به دلیل جرم بسیار کم این عدم قطعیت نسبت به (به این کلمه نسبت تاکید دارم)اجسام بزرگ خیلی خیلی کم میشود.

  4. ایلیاد گفت:

    من از این مقاله بسیار لذت بردم

  5. ایلیاد گفت:

    من از نظریات شرودینگر خیلی خوشم میاد ولی با نمی دونم چرا با این نظریه هایزنبرگ اصلاً حال نمی کنم هرچند که خیلی از مسائل رو حل می کنه و پیش بینی های خیلی درستی ارائه میده

  6. علی گفت:

    اگر الکترون از هر دو مسیر عبور کنه که گربه در هر صورت مرده است، نمیتونه هم مرده باشه هم زنده، نمیتونم درک کنم این نظریه رو. کمک کنید لطفا

  7. لیلا گفت:

    چرا تا زمانی ک در جعبه باز نشه نظریه درسته؟
    اصلا منطقی نیست..یعنی اگر دوربین بذارن تو جعبه گربه واقعا هم زنده است هم مرده؟!
    یا اون هواپیمایی ک دوست عزیزی فرمودن تا وقتیه ک رادار اونو داشته باشه درسته اگه گمش کنیم ربط اش میدیم به این نظریه…این اصلا درست نیست..مثله اینه ک یه شعبده باز بگه قراره تو جعبه گربه هم زنده باشه هم مرده ولی شما نمیتونید در جعبه رو باز کنید ولی به حرف من اعتماد کنید این نظریه اصلا درست نیست…

پاسخ دهید

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