وابستگي كوانتومي (Quantum Entanglement)

پارادوكس EPR – قسمت اول

فرض كنيد انفجاري رخ مي‌دهد و دو الكترون در جهات مخالف و تقريباً نزديك به سرعت نور، پرتاب مي‌شوند. از آنجايي كه الكترون‌ها مي‌توانند دور خود بچرخند يا اسپين داشته باشند، فرض كنيد كه اسپين آن‌ها به هم وابسته باشد. يعني اگر يكي از الكترون‌ها جهت محور چرخشش به سمت بالا باشد، جهت چرخش الكترون ديگر به سمت پائين خواهد بود، به گونه‌اي كه مجموع اسپين‌ها برابر صفر است.
حال قبل از اينكه اندازه‌گيري انجام دهيم، نمي‌دانيم كه هر يك از الكترون‌ها در چه جهتي در حال چرخش هستند.
سال‌هاي متمادي صبر كنيد. در اين زمان الكترون‌ها چندين سال نوري از هم فاصله گرفته‌اند. حال اگر اسپين يكي از الكترون‌ها را اندازه‌ بگيريم و مشاهده كنيم كه اسپين آن به سمت بالاست، سپس فوراً درمي‌يابيم كه اسپين الكترون ديگر به سمت پايين است و برعكس.
در واقع اين حقيقت كه يكي از الكترون‌ها اسپينش به سمت بالاست، الكترون ديگر را مجبور مي‌كند كه اسپيني به سمت پايين اختيار كند. يعني مي‌توانيم فوراً در مورد الكتروني با فاصله چندين سال نوري اطلاع حاصل كنيم.
پس اين‌طور به‌نظر مي‌رسد كه سرعت انتقال اطلاعات بسيار سريع‌تر از سرعت نور است كه در تناقض آشكار با نسبيت خاص اينشتين است.
در سال 1935، اينشتين و همكارانش بوريس پودولسكي و ناتان روزن آزمايشي ترتيب دادند كه به پارادوكس EPR نامگذاري شد. هدف از انجام اين آزمايش نشان‌دادن احمقانه بودن نظريه كوانتوم بود.
با استفاده از دلايل هوشمندانه، اينشتين موفق شد نشان دهد كه با انجام دادن اندازه‌گيري موفقيت‌آميز بر روي يكي از جفت‌ها مي‌توان اصل عدم قطعيت را زير سوال برد. مهم‌تر از اين، او نشان داد كه مكانيك كوانتومي از آنچه كه قبلاً تصور مي‌شد بسيار عجيب‌تر بود.
تا آن زمان فيزيك‌دانان عقيده داشتند كه جهان مفهومي محلي است و تحولات در يك بخش از جهان، تنها به صورت محلي از منبع خود منتشر مي‌شوند. اينشتين نشان داد كه مكانيك كوانتومي ضرورتاً غير محلي است و تحولات ناشي از يك منبع مي‌تواند در يك لحظه بخش‌هاي دوردست عالم را نيز متأثر كند.
اينشتين آن را «تأثير شبح‌وار از فاصله دور» ناميد كه البته گمان مي‌كرد نامعقول و بي‌معني است. بنابراين طبق اين مسئله اينشتين انديشيد كه پس نظريه كوانتوم بايد بسيار بي‌معني و اشتباه باشد.
متخصصين مكانيك كوانتومي توانستند پارادوكس EPR را با اين فرض حل كنند كه اگر تجهيزات ما تنها به اندازه كافي حساس بودند، واقعاً مي‌توانستند جهت چرخش الكترون‌ها را تعيين كنند. وجود ظاهري عدم قطعيت به دليل نا كارآمدي تجهيزات ما و امري تخيلي است.
آنها مفهومي را به عنوان متغير نهاني معرفي كردند، به اين معني كه يك نظريه نهاني زيركوانتومي وجود دارد كه در آن هيچ عدم قطعيتي نيست و بر اساس متغيرهاي جديدي به نام پرتوهاي نهاني بنا شده است.
در سال 1964، زماني‌ كه فيزيك‌داني به نام جان بِل، پارادوكس EPR و متغيرهاي نهاني را در معرض تست قرار داد، خيلي چيزها آشكار شد. او نشان داد كه در آزمايش EPR، وابستگي عددي بين اسپين‌هاي دو الكترون به نظريه مورد استفاده بستگي دارد.
اگر نظريه متغيرهاي نهاني، همان‌طور كه برخي عقيده داشتند درست باشد، اسپين‌ها به يك روش به هم وابسته هستند و اگر مكانيك كوانتومي درست باشد، اسپين‌ها به روش ديگري به هم وابسته خواهند بود.
به بيان ديگر، مكانيك كوانتومي (اساس تمام فيزيك اتمي مدرن)، با استناد به تنها يك آزمايش دچار فراز و نشيب مي‌شد.
اما آزمايش‌ها به طور قطع ثابت كردند كه اينشتين اشتباه مي‌كرده است. مكانيك كوانتومي با تمام غير قابل پيش‌بيني‌ بودنش دوباره پيروز شد. (يك بار هم اينشتين به خاطر مسئله گربه شرودينگر شكست خودش را در برابر مكانيك كوانتومي اعلام كرده بود)

ادامه دارد ….