پارادوكس‌هاي كوانتومي

يك گروه از فيزيك‌دانان آزمايشگاه‌هاي انستيتوي ملي استاندارد و تكنولوژي در بولدر كلرادو كه كريس مونرو و ديويد واينلند هدايت آن‌ها را بر عهده داشتند، تك اتمي از بريليوم را به طور همزمان در دو مكان نشاندند،  نخست، سامانه‌ي ليزي هوشمندي را ترتيب دادند كه اشيائي با اسپين مختلف را از هم جدا مي‌كرد. وقتي ليزرها به اتمي با اسپين بالا ضربه‌ مي‌زدند، آنها را در يك جهت مثلاً به سمت چپ كمي هل مي‌دادند. وقتي به اتمي با اسپين رو به پايين ضربه‌ مي‌زدند، در جهت مخالف كمي به سمت راست هل مي‌دادند. سپس اين فيزيك‌دان‌ها تك اتمي را گرفتند، آن‌را به دقت از محيط اطرافش ايزوله كردند و آن را با ليزرها و امواج راديويي بمباران كردند تا به يك حالت برهم‌نهي برود. اتم نهايتاً همزمان هم در حالت اسپين بالا و هم اسپين پايين، يعني هم صفر و هم يك قرار داشت. آنها سپس سيستم تفكيك‌كننده‌ي ليزري را روشن كردند. با اطمينان كامل از اينكه روي همان اتم كه در يك لحظه در هر دو حالت اسپيني بالا و پايين قرار دارد، كار مي‌كنند. اتم به طور همزمان به سمت‌هاي راست و چپ حركت كرد!!!

حالت اسپين بالاي اتم به سمت چپ و حالت اتم با اسپين پايين به سمت راست رفت:

تك اتم برليوم در آن واحد در دو مكان قرار داشت. يك اتم كلاسيك نامرئي هرگز نمي‌تواند همزمان هم صفر و هم يك باشد. اما داده‌هاي گروه كلرادو حاكي از آن بود كه اتم آنها به طور همزمان در دو مكان كه 80 نانومتر كامل يعني حدود 10 واحد اتمي از هم فاصله داشتند، قرار گرفتند. اتم در يك حالت (شگرف) برهم‌نهي قرار گرفت.

جالب است بدانيد اين وضع حتي هنگامي‌كه فقط يكي از دو مسير را به اين سامانه مجهز مي‌كنيد هم رخ مي‌دهد. اگر الكتروني را به سمت تداخل‌سنج بفرستيد و الكترون مسير B كه مجهز به مسيرخوان است را انتخاب كند، ليزر مسير الكترون را آشكار مي‌سازد و به اين ترتيب يك بيت اطلاعات راجع به آنكه كدام مسير را انتخاب كرده به دست مي‌آوريد. اگر الكترون مسير A را انتخاب كند كه هيچ ابزاري براي تشخيص در آن قرار نداده‌ايد. باز هم عدم كليك‌كردن آشكارساز به شما مي‌گويد كه الكترون از مسير B عبور نكرده است. بلكه مسير A را برگزيده. پس هرچند چيزي از مقابل باريكه‌ي ليزري عبور نكرده، اما باز هم يك بيت اطلاعات دريافت كرده‌ايد. مسيرخوان تعبيه‌شده در مسير B برهم‌نهي را از بين برد هرچند ليزر هرگز دستش به الكترن نرسيد. هرچه باشد مسير A را انتخاب كرده نه B‌ را.

برهم‌نهي توضيح مي‌دهد كه چگونه يك تك الكترون مي‌تواند الگوي تداخل به وجود آورد. هرچند يك شي‌ء كلاسيك هرگز چنين قابليتي ندارد. الكترون با خودش تداخل مي‌كند. وقتي الكتروني به شكافنده‌ي باريكه برخورد كند، وارد حالت برهم‌نهي مي‌شود:  دو مسير A و B را انتخاب برمي‌گزيند. يعني دو مقدار صفر و يك را با هم انتخاب مي‌كند. مثل اين مي‌ماند كه الكترون‌هاي شبح‌گون در دو جهت تداخل‌سنج حركت مي‌كنند، يكي از سمت چپ و ديگري از سمت راست. وقتي دو مسير مجدداً به هم مي‌رسند، اين الكترون‌هاي شبح‌گون با يكديگر تداخل كرده و همديگر را حذف مي‌كنند. الكترون وارد شكافنده‌ي باريكه‌ مي‌شود اما هرگز از آن خارج نمي‌شود يعني هرگز به آشكارساز برخورد نمي‌كند زيرا الكترون همزمان از دو مسير رفته و خودش را حذف كرده است.

Paradox

برهم‌نهي، وضعيتي زودآسيب و بي‌ثبات است. به محض آنكه به يك شي‌ء برهم‌نهيده‌، نگاه كوتاهي بيندازيد، يعني بلافاصله كه سعي كنيد اطلاعاتي از درون آن درآوريد، كه مثلاً الكترون آيا واقعاً در حالت يك است يا صفر،‌ اسپينش بالاست يا پايين و اينكه از مسير A مي‌رود يا B،  الكترون بلافاصله‌ و ظاهراً به طور تصادفي يك مسير يا حالت ديگر را انتخاب مي‌كند. در اينجا است كه برهم‌نهي از بين مي‌رود.

به عنوان مثال، اگر دو مسير يك تداخل‌سنج را مجهز به يك مسيرخوان كنيد (چيزي مثل مثلاً باريكه‌اي ليزري كه مسير B را نمايان ساخته و هنگامي كه الكترون آن را قطع مي‌كند، يك بيت 1 را به كامپيوتر مي‌فرستد) ديگر الكترون نمي‌تواند در حالت برهم‌نهي وجود داشته باشد. در چنين وضعيتي الكترون انتخاب مي‌كند كه از مسير A برود يا B، به جاي اينكه همزمان از دو جا بگذرد، يا انتخاب مي‌كند كه صفر باشد يا يك به جاي اينكه همزمان هر دو باشد و به اين ترتيب الگوي تداخل از بين مي‌رود.

در واقع وقتي اطلاعاتي را از آن بيرون مي‌كشيد كه مثلاً مسيرش را تعيين كنيد، يعني تلاش مي‌كنيد نوعي اندازه‌گيري روي آن انجام دهيد،‌حالت برهم‌نهي ناپديد مي‌شود. اصطلاحاً مي‌گوييم برهم‌نهي فرو مي‌افتد. درست مثل آنكه خداوند سكه‌اي كيهاني را به هوا مي‌اندازد تا ترتيب كار را بدهد.

جالب است بدانيد اين وضع حتي هنگامي‌كه فقط يكي از دو مسير را به اين سامانه مجهز كنيد هم رخ مي‌دهد. اگر الكتروني را به سمت تداخل‌سنج بفرستيد و الكترون مسير B را كه مجهز به مسيرخوان است، انتخاب كند، ليزر مسير الكترون را آشكار مي‌سازد و به اين ترتيب يك بيت اطلاعات راجع به آنكه كدام مسير را انتخاب كرده به دست مي‌آوريد. اگر الكترون مسير A را انتخاب كند كه هيچ ابزاري براي تشخيص در آن قرار نداده‌ايد، باز هم عدم كليك كردن آشكارساز به شما مي‌گويد كه الكترون از مسير B عبور نكرده است. پس هرچند چيزي از مقابل باريكه‌ي ليزري عبور نكرده اما باز هم يك بيت اطلاعات دريافت كرده‌ايد. مسيرخوان تعبيه شده در مسير B برهم‌نهي را از بين مي‌برد. هرچند ليزر هرگز دستش به الكترون نرسيد، اما هرچه باشد، مسير A را انتخاب كرده نه B را.

اصل برهم‌نهي آنچنان شگفت‌آور است كه تعداد بسياري از فيزيك‌دانان با قبول آن مشكل دارند، هرچند مشاهداتي را توضيح مي‌دهد كه نمي‌توان به هيچ طريق ديگري برايشان توضيح يافت.

چطور ممكن است يك تك الكترون همزمان از دو مسير عبور كند؟

يك فوتون چگونه مي‌تواند در يك زمان هم در حالت اسپين بالا و هم اسپين پايين باشد؟

چطور مي‌شود شيئي، دو حالت انتخاب متقابلاً متضاد را با هم برگزيند؟

پاسخ بايستي با اطلاعات ارتباط مي‌داشت. عمل جمع‌آوري و انتقال اطلاعات نقطه‌اي است كه دانشمندان، كليد درك اين آشفتگي و ايده مغاير با شهود برهم‌نهي را در آنجا يافتند. با اين حال، در دهه‌هاي 1920 و 1930 دانشمندان هنوز مجهز به رياضيات نظريه‌ي اطلاعات نشده‌ بودند و هيچ كمكي براي اين منظور نداشتند. زماني‌كه با ايده‌ي پارادوكسي برهم‌نهي مواجه گشتند، به سرعت حربه‌اي مطلوب براي خود دست و پا كردند (يك آزمايش فكري) تا تلاش كنند اين مفهوم را از ميان بردارند. معروف‌ترين آنها را اينشتين ارائه داد اما از جانب فيزيك‌دان اتريشي معروف  اروين شرودينگر.

دیدگاهتان را بنویسید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

2 دیدگاه

  1. بازهم با تعمیم این قضیه ثابت میشه که جهان هم وجود داره و هم وجود نداره .