نگاهی دوباره به گربه شرودینگر

29
3029

بیگ بنگ: از آنجایی که تئوری جهان نوزاد و کرمچاله های استیون هاوکینگ از قدرت نظریه ی کوانتوم استفاده می کنند، ناگزیر نزاع های حل ناشده ی مربوط به اصول آن را دوباره مطرح می کنند. تابع موج جهان هاوکینگ این پارادوکس های تئوری کوانتوم را کاملا حل نمی کند و تنها آنها را از یک دیدگاه جدید و حیرت آور بیان می کند.

2016_0-1به گزارش بیگ بنگ، نظریه ی کوانتومی می گوید برای هر جسم یک تابع موج وجود دارد که معیاری از احتمال یافتن آن جسم در یک نقطه بخصوص در فضا و زمان می باشد. همچنین نظریۀ کوانتوم بیان می کند که شما هیچگاه حالت واقعی یک ذره را تا زمانی که مشاهده ای انجام نداده اید، نخواهید دانست. قبل از سنجش، ذره می تواند به یکی از حالت های مختلف باشد که توسط تابع موج شرودینگر توصیف می شوند. لذا قبل از اینکه مشاهده یا سنجشی بتواند انجام پذیرد، شما واقعا نمی توانید حالت یک ذره را بفهمید. در واقع، ذره تا زمانی که مورد سنجش قرار نگرفته است در حالت نامعلومی قرار دارد که جمع تمامی حالات ممکن است.

وقتی این عقیده نخستین بار توسط نیلز بور و ورنر هایزنبرگ پیشنهاد شد، اینشتین نسبت به آن شدیدا اعتراض کرد و گفت: « آیا ماه صرفا به این دلیل وجود دارد که یک موش به آن نگاه می کند.» وی مشتاق طرح سوال بود. بنا به تجزیه و تحلیل دقیق نظریه ی کوانتوم، ماه قبل از اینکه مشاهده شود، آنطور که ما آن را می شناسیم وجود ندارد. در حقیقت، ماه می تواند در یکی از حالات بی شمار خود باشد از جمله حالت های استقرار در آسمان، انفجار و حتی عدم وجود در آسمان. این فرایند اندازه گیری نگاه کردن به آن است که تعیین می کند ماه در واقع حول زمین می گردد.

اینشتین بحث های داغ زیادی با نیلز بور داشت و این نگرش نامتداول به جهان را به چالش می کشید. بور در یکی از این تبادل نظرها از روی ناراحتی به اینشتین گفت: «فکر نمی کنید شما صرفا سعی می کنید منطقی باشید!» حتی اروین شرودینگر( که با معادله موج مشهور خود، کل این بحث ها را به راه انداخته بود) به این تفسیر از معادله اش اعتراض کرد. وی یک بار با ناراحتی ابراز کرد: من این پرش کوانتومی را دوست ندارم و بسیار متاسفم از اینکه با آن سر و کار داشته ام.» منتقدان برای به چالش کشیدن این تفسیر تازه می پرسند: « آیا یک گربه قبل از اینکه به آن نگاه کنید، زنده است یا مرده؟»

شرودینگر برای اینکه نشان دهد این سوال تا چه اندازه مضحک است، یک گربه ی خیالی را در جعبه ای محصور فرض نمود. گربه روبروی یک تفنگ قرار گرفته که به یک شمارشگر گایگر متصل میباشد که به نوبه ی خود با قطعه ای اورانیوم در تماس است. اتم اورانیوم ناپایدار است و دچار فروپاشی رادیو اکتیو می شود. اگر یک هسته اورانیوم فرو پاشد، توسط شمارشگر گایگر شناسایی می گردد که در این صورت ماشه ی تفنگ کشیده و گلوله شلیک می شود و باعث مرگ گربه می شود.

schroedingerfullبرای دریافتن اینکه گربه زنده است یا مرده، باید جعبه را باز کرده و گربه را مشاهده کنیم. اما وضعیت گربه توسط تابع موجی توصیف می گردد که توصیف کننده مجموع یک گربه زنده و یک گربه مرده است. از نظر شرودینگر تصور گربه هایی که نه مرده هستند و نه زنده، بسیار مضحک است. ولی با این وجود اثبات تجربی مکانیک کوانتومی ما را وادار به این نتیجه گیری می کند. تاکنون، تمامی آزمایش های تجربی درستی نظریه ی کوانتوم را ثابت کرده اند.

پارادوکس گربه شرودینگر به قدری عجیب و نامانوس است که اغلب انسان را به یاد عکس العمل آلیس در برابر ناپدید شدن گربه چشایر در داستان لوئیس کارول می اندازد: « گربه گفت: تو مرا خواهی دید، سپس ناپدید شد. آلیس از این موضوع چندان تعجب نکرد چرا که دیگر به اتفاقات عجیب زیادی که رخ می داد عادت کرده بود.» در طول سالیان، فیزیکدانانها نیز به چیزهای عجیبی که در مکانیک کوانتوم اتفاق می افتند عادت کرده اند. ریچارد فاینمن فیزیکدان زمانی می گفت: « فکر میکنم خطری نداشته باشد که بگوییم هیچکس مکانیک کوانتومی را درک نمی کند. دائم از خود نپرسید آیا ممکن است بتوانید از آن اجتناب ورزید و یا اینکه این امر چطور امکان پذیر است، چرا که با این کار وارد کوچه بن بستی خواهید شد که هنوز کسی از آن خارج نشده است. هیچکس دلیل این امر را نمی داند.»

جهان های موازی متعدد

در سال ۱۹۵۷، یان اورت فیزیکدان این احتمال را مطرح کرد که جهان در ضمن تکامل خود همچون یک جاده دوراهی، پیوسته به دو نیم تقسیم می شود. در یک جهان اتم، اورانیوم واپاشی نکرده و گربه مورد هدف واقع نشده است. در جهان دیگر، اتم اورانیوم فرو پاشیده و گربه هدف ِ گلوله قرار گرفته است. اگر حرف اورت صحیح باشد، بی نهایت جهان وجود خواهد داشت که هر کدام از طریق شبکه ای از دو راهی ها با سایر جهانها مرتبط اند و یا همانطوری که نویسنده ی آرژانتینی خورخه لوییس بورخس، در باغ مسیرهای دو راهی نوشته است: «زمان دائما به آینده های بی شماری تقسیم می شود‌.»

quantum_cartoonبرایس دویت فیزیکدان، یکی از طرفداران تئوری جهان های موازی متعدد، تاثیر ماندگاری که این تئوری بر وی گذاشت را اینگونه توصیف می کند:« هر گذار کوانتومی در هر ستاره، در هر کهکشان و در هر گوشه ی دور افتاده ای از کیهان رخ می دهد، دنیای ما در کره زمین به انبوهی از نسخه های خود تقسیم می کند. من هنوز بهت و حیرت ناشی از اولین مواجه خود با این مفهوم چند جهانی را به یاد دارم» تئوری جهان های متعدد فرض می کند که تمام جهان های کوانتومی ممکن، وجود دارند و در بعضی جهان ها، انسانها بعنوان شکل حیات غالب در روی زمین وجود دارند. در سایر جهان ها حوادث زیر اتمی به گونه ای رخ می دهد که مانع از تکامل روز افزون بشر گردیده است.

در حقیقت، اینکه ممکن است جهان های چندگانه وجود داشته باشند ایده ی تازه ای نیست. فیلسوفی بنام سنت آلبرتوس مگنوس زمانی نوشت: « آیا جهان های زیادی وجود دارند یا یک جهان یگانه وجود دارد؟ این یکی از اصیل ترین و مهم ترین سوالات در مطالعه طبیعت میباشد. » با این حال، نکته جدی این عقیده ی قدیمی آن است که این جهان های زیاد، پارادوکس گربه ی شرودینگر را حل می کنند. در یک جهان، گربه ممکن است مرده باشد و در دیگری، گربه زنده است.

141112131927_1_900x600همان اندازه که نظریه ی جهان های موازی متعدد اورت ممکن است عجیب به نظر برسد، نشان دادن اینکه تئوری مذکور از نظر ریاضی معادل تفسیر متداول مکانیک کوانتوم است، عجیب به نظر خواهد رسید. اما بطور سنتی، نظریه ی چند جهانی اورت بین فیزیکدان ها محبوبیتی نداشته است. هر چند نمی توان انکار کرد که این ایده ی مبتنی بر تعداد نامحدودی از جهان هایی که به یک اندازه اعتبار دارند و هر یک در هر لحظه از زمان به دو نیم تقسیم می شوند، بیشتر مثل کابوسی فلسفی برای فیزیکدانان است که سادگی را دوست دارند. یک اصل فیزیکی وجود دارد که تیغ اوکام نامیده می شود و مطابق آن همیشه باید ساده ترین مسیر ممکن را بر گزینیم و از انتخاب های پیچیده چشم پوشی کنیم، بخصوص اگر انتخاب های دیگر را هرگز نتوان مورد ارزیابی قرار داد( لذا تیغ اوکام تئوری قدیمی«اتر» را رد می کند که بر طبق آن، گاز اسرارآمیزی در سراسر جهان پخش شده بود. تئوری اتر جواب مناسبی به یک سوال پیش پا افتاده داد: اگر نور یک موج است و می تواند در خلا انتشار یابد، پس چه چیزی مواج می شود؟ جواب این بود که اتر مانند یک سیال حتی در خلا مرتعش می شود. اینشتین نشان داد که نیازی به اتر نیست. با این حال وی هرگز اعلام نکرد که اتر وجود ندارد. وی صرفا گفت که اتر موضوعیت ندارد لذا طبق اصل تیغ اوکام فیزیکدانها دیگر به اتر اشاره نمی کنند.)

می توان نشان داد که ارتباط بین چند جهانی موازی متعدد اورت امکان پذیر نیست. لذا هر جهان از وجود بقیه اطلاعی ندارد. اگر آزمایشها نمی توانند وجود این جهان ها را مورد بررسی قرار دهند، براساس تیغ اوکام باید از آنها صرف نظر کنیم. دوران عدم محبوبیت فرضیه چندجهانی متعدد با شهرت و محبوبیت تابع موج جهان استیون هاوکینگ به پایان رسید. تئوری اورت براساس ذرات منفرد بنا نهاده شده و در آن امکانی برای ارتباط بین جهان های مختلف که در حال جدا شدن از یکدیگرند وجود نداشت. اما تئوری هاوکینگ، هر چند مرتبط است ولی پا را فراتر می گذارد: این تئوری بر پایه تعداد بی شمار جهان های خود بسنده (و نه فقط ذرات) بنا شده و مدعی امکان تونل زنی بین آنها از طریق کرمچاله ها است.

dhw5yw64hrهاوکینگ حتی اقدام به کار جسورانه ی حل تابع موج جهان کرده است. وی اطمینان دارد که رویکردش درست است. تا حدودی به این دلیل که این تئوری خوش تعریف است.(اگر همانطور که گفتیم، تئوری در نهایت در ده بعد یا بیشتر تعریف شده باشد). هدف او نشان دادن آن است که مقدار تابع موج جهان در نزدیکی جهان شبیه جهان ما بزرگ است. بنابراین جهان ما محتمل ترین جهان است ولی مطمئنا تنها جهان نیست. یک اختلاف بین نظریه ی جهان های موازی متعدد اورت و تابع موج هاوکینگ این است که ایده ی هاوکینگ در هسته ی خود، کرمچاله ها را پیشنهاد می کند که این جهان های موازی را به هم وصل می کنند.

برگرفته از کتاب:  Hyperspace -Michio Kaku

نویسنده: سمیر الله وردی / سایت علمی بیگ بنگ


29 دیدگاه ها

  1. آفرین به این میگن مطلب درست و حسابی دوباره بعد از زمان طولانی با بحث های جذاب کوانتوم ما رو به وجد اووردین.
    تا میتونین مطالب جدید در مورد کوانتوم بزارین

  2. پذیرفتن چیزهایی که از نظر علمی قابل اثبات نیستن زیاد جالب و منطقی به نظر نمیاد درسته که نظریه جهان های موازی یا متعدد و یا کلا کوانتوم جذاب به نظر میاد ولی طبق مطابی که تو خود مقاله بهش اشاره شده بود حتی نمیشه مقدمات اثبات اونا رو هم فراهم کرد چه برسه به اینکه اثبات بشن پس در کل با مقایسه این تئوریها ی عجیب با نظریه هایی عین نسبیت انیشتین میشه گفت بعضی از تئوری ها بیشتر در حد داستان های تخیلی هستن تا نظریه های علمی واقعا هم انیشتین حق داشته اون همه اعتراض کرده نسبت به اینا.

  3. این نطریه ها بیشتر شبیه تخیل است تا علم ولی نباید فراموش کنیم که اگه در قرن هجدهم به کانت ( یک عفل گرای محض) میگفتیم انسان میتواند به ماه یا مریخ سفر کند، یقینا ما را تخیلگرا مینامید… علم آنچنان است که باید خودمانرا هماره آماده سورپرایز شدن کنیم.

  4. اگه اول رو نسبیت کار بشه که خیلی قابل لمس تره و خیلی از جاها داره کمک میکنه به بشر در حالی که هنوز هم نقطه های تاریک زیادی داره به نظر منطقی تر میاد تا کار کردن روی گربه شرودینگر و کوانتوم (البته به غیر از مسائل مربوط به ذرات زیر اتمی) و من اینو درحالی میگم که اگه بخوام یه فیلم بسازم مطمئنا در حال حاضر گربه شرودینگر رو به نسبیت انیشتین ترجیح میدم. ولی بشر خیلی به مفهوم نسبیت نزدیک شده بخصوص با کشف امواج گرانش که همین چند مدت پیش اتفاق افتاد.باید تا حدی واقع گرا باشیم بحث علمه و علم یعنی اثبات و بعدش کاربرد.

    • حرف شما منطقیه ولی من فکر میکنم نمیشه ذهن انسان ها رو مجبور کرد که به یه سمت مشخص برن
      در جهان امروز فکر کردن به قوانین علم و کاربردی کردن اونها بیشتر کار مهندسین هست و کشف قوانین جدید کار دانشمندان، تا سال های آینده از این قوانین استفاده بشه
      اولین بار دموکریتوس و استادش ایده ی اتم ها رو مطرح کردند، ایده ای که بشر حدود ۲۲۰۰ سال بعد توانایی درک اون رو پیدا کرد. این در حالیه که یونان در اون زمان بیشتر به دانش های دیگری به جز اتم شناسی نیاز داشت، چه بسا اگر اون زمان مردی ایده ی اتم به ذهنش نمیرسد ما همچنان فکر میکردیم جهان از ۴ عنصر تشکیل شده

  5. تازه ما هنوز استفان هاوکینگ رو هم داریم زنده و باهوش تر از همیشه با اون کرم چاله های دوست داشتنیش . نظریه های اونم بهتر از این گربه عجیب و غریبه البته درحال حاضر.

  6. دوست عزیز مقاله جالبی بود ولی یکجا مثالی زده بودین از وضعیت ماه که تا قبل از مشاهده وضعیت مشخصی ندارد من معتقدم این فیزیک کوانتوم برای ماه که جسم عظیمی است کاربرد ندارد بلکه فقط برای ذرات کاربرد دارد.
    برای ماه که معادلات زمانی و حرکتی مشخصی وجود دتره و اثبات شده اصل عدم قطعیت هایزنبرگ معنا ندارد.

  7. آیا آزمایش و دیدن حتما بایستی توسط انسان صورت بگیره و یا اجسام هم میتونن همدیگه رو ببینن؟ و اینکه این دیدن ها در اجسام بزرگ هم هست و یا فقط مخصوص ذرات اتمی؟ اگه تحریره بیگ بنگ جواب بدن ممنون میشم

  8. قضیه گربه شرودینگر اینطور بهتر درک می کنید و جواب می گیرید:
    فرض کنید سکه در دستان یکی از دوستان شما است و دوست شما سکه را بالا پرت می کند و دوباره با دستانش آن را می گیرد. در اینصورت احتمال شیر آمدن سکه، ۵۰ درصد است ولی وقتی به دوست خود می گویید که سکه را نشان دهد، احتمال شیر آمدن از ۵۰ درصد، تبدیل به ۰ درصد یا ۱۰۰ درصد می شود.

    تمامی پدیده های فیزیکی که با احتمالات سر و کار دارن از همین قانون پیروی می کنن. تا وقتی بررسی نشن، احتمال هستند و به محض دیده شدن، از احتمال، تبدیل به یقین می شن.

    • حالا جالبه که من بحث جهان های موازی رو(از نظر خودم) به این بحث اضافه کنم!ببینید وقتی دوست شما نشون نداده سکه شیره یا خط ما دو جهان موازی داریم!یکی سکه شیر یکی سکه خط!دقیقا دو جهان موازی هستن.تو یکی سکه شیر میشه تو یکی خط.و بعد زندگی ادامه داره.تو هر کدوم از این جهان ها هزاران رخداد مشابه داریم که هزاران جهان موازی ایجاد میکنن.اما وقتی دیدیم سکه شیره یا خط نصف این جهان ها متوقف میشن.یک جهان و یک زندگی انتخاب میشه.و بعد موارد مشابه تکرار میشن و جهان های موازی احتمالی میان و میرن ولی یکیش در نهایت دنیای ماست.به نظر من اینکه فکر کنیم جهان های موازی بطور فیزیکی وجود دارن و جدا از هم یا حتی مربوط به هم هستن درست نیست.یه جورایی مثل اینه که بگیم چند خدا وجود داره.ما یک جهان داریم.اما این جهان در هر لحظه یک جهان از هزاران جهان احتمالی ممکن در لحظه ی قبل هست.در اون لحظه اعمال ما انسان ها و حتی بقیه موجودات میتونه آینده رو به میلیارد ها شکل متفاوت جلو ببره.اگه فرض کنیم این میلیارد ها جهان همه با هم رخ بدن و ما اونا رو از نمایشگر های متفاوت ببینیم میشن جهان های متعدد موازی.با اینکه ساده بنظر میاد ولی توجیه فیزیکیش ساده نخواهد بود!

  9. ایده جالب هست و بحث خوبی راه انداخته!راستش از نظر من جهان های متعدد وجود داره ولی فقط در ذهن ما انسان ها.یعنی در هر لحظه مجموعه ی اعمال ما انسان ها جهان رو در یک مسیر احتمالی از هزاران مسیر پیش میبره.کلی جهان موازی میتونه بوجود بیاد.فقط در یک ثانیه یا حتی کمتر.توی ذهن خودتون به عقب برگردین.اگه امروز یه جمله رو به دوستم نگفته بودم و یه جمله ی دیگه گفته بودم…دنیا ی دیگه ای بوجود می آمد.نه؟اگه یه ساعت زودتر از خواب بیدار میشدم دنیا عوض میشد!خیلی ساده بنظر میاد ولی میشد.شاید فکر کنید چه فرقی داره ولی واقعا فرق داره.یک ساعت زودتر بیدار شدن یک نفر واقعا زندگی دست کم هزاران نفر و به نوبه خود میلیون ها نفر رو تغییر میده.ولی این تغییر ها اکثرا جزیی هستن و ما متوجه نمیشیم.احتمالش خیلی کمه این تغییر کلی باشه.فرض کنید سالها پیش یه اتفاق ساده باعث میشد انیشتین به دنیا نیاد.آیا جهان ما به کلی تغییر نمیکرد؟اونوقت اگه زمان تا اینجا جلو میومد یه جهان موازی با جهان کنونی داشتیم ولی بدون انیشتین و با کلی تغییر.این جهان های موازی در ذهن ما هستن.در نهایت یک جهان از بین اینها انتخاب میشه.من نمیتونم این توضیحات ابتدایی و ساده رو به زبان فیزیکی توضیح بدم.ولی احساس میکنم این جهان ها ی موازی اصولا مربوط به زمان هستن.اگر زمان رو در هر لحظه متوقف کنیم تمام جهان های موازی رو میبینیم.ولی با گذشت زمان همه بجز یکی ناپدید میشن.و اون یکی همون جهان ما هست.همون زمان هست.همون فضا زمان هست.نمیدونم چطور بگم!!!فقط مثل فیلم ها! یه لحظه زمان رو متوقف کنید.با slow motion برگردید عقب.رخداد ها رو نگاه کنید.اگه یکی از اعمالتون رو یکم تغییر میدادید…slow motion بهم میخورد.دیگه جلو نمیومد.از اون تغییر شروع میشد.یعنی یک جهان موازی.

دیدگاهتان را بنویسید

Please enter your comment!
Please enter your name here

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