آزمایش باکتری شرودینگر!

3
352

بیگ بنگ: تعداد زیادی از دانشمندان تصور می‌کنند که اثرات کوانتومی مثل درهم تنیدگی(entanglement) که در آن، ذرات با فواصل زیاد از هم دور شده‌اند اما به طور اسرارآمیزی با یکدیگر ارتباط دارند، برای گونه‌های زنده عملی نیست. اما یک مقالۀ جدید استدلال می‌کند که به نتایجی در مورد باکتری‌های در هم تنیده دست یافته است.

Schrödingers Bacteriaبه گزارش بیگ بنگ، معمولأ فیزیک کوانتومی را بصورت مجموعه‌ای از قوانین برای کنترل رفتار چیزهای بسیار کوچک توصیف می‌کنیم: ذرات سبک، اتم‌ها و اشیاء به شدت کوچک. دنیای بزرگتر در مقیاس باکتری (که در مقیاس ما نیز هست – قلمرو پرهرج و مرج زندگی) جایی در نزدیکیِ این عجایب. “جاناتان اوکالاگان” گفت این همان چیزی بود که فیزیکدان اروین شرودینگر در زمان آزمایش فرضی گربه‌ شرودینگر مطرح کرد. در آن آزمایش فکری، یک گربه در یک جعبه در معرض ذرات رادیواکتیو قرار گرفت و تا زمانی که جعبه باز نمی‌شد مشخص نبود که آیا گربه‌ بیچاره زنده است یا مرده! (یعنی گربه در عین حال هم زنده و هم مرده بود)؛ این موضوع برای شرودینگر مضحک بود. فقط چیزی در مورد دنیای کوانتوم وجود داشت که برای ما معنایی ندارد.

اما دانشمندان هنوز به توافق نرسیده‌اند که مرز بین دنیای معمولی و کوانتومی کجاست – یا حتی اصلأ چنین مرزی وجود دارد یا خیر. “چیارا مارلتو”، فیزیکدان در دانشگاه آکسفورد و یکی از نویسندگان این مقاله که  ۱۰ اکتبر ۲۰۱۸ در مجله‌ Physics Communications منتشر شده، گفت که هیچ دلیلی ندارد انتظار داشته باشیم محدوده‌ای برای اندازه‌گیری «اثرات کوانتومی» وجود داشته باشد.

مارلتو افزود: «من به مطالعۀ مرزی که در آن قوانین کوانتومی اعمال نمی‌شود، علاقمندم. بعضی از مردم می‌گویند که نظریه کوانتومی یک نظریه جهانی نیست، بنابراین برای هیچ شی در جهان کاربرد ندارد، اما در برخی نقاط در هم شکسته می‌شود. من علاقه دارم به شما نشان دهم که اینگونه نیست.» برای این منظور، مارلتو و همکارانش بازگشتند و مقاله‌ای که در سال ۲۰۱۷ در مجله‌ اسمال منتشر شده بود را بررسی کردند. این مقاله اثرات کوانتومی محدودی را در باکتری‌ها نشان می‌دهد. آنها یک مدل نظری از آزمایشی که در دانشگاه شفیلد انجام شد ساختند، این مدل نشان می‌دهد که باکتری‌ها در واقع در ذرات نور گرفتار شده‌اند. در ویدئوی زیر چگونگی این ایدۀ افراطی را مشاهده می‌کنید:

به خودتان نگاه کنید، آنگاه به شخص کناری‌تان نگاه کنید. شما از لحاظ جسمی افراد متفاوتی هستید، درست است؟ اما مکانیک کوانتومی به ما می‌گوید که اینچنین نیست. ذرات یا مجموعه‌هایی از ذرات می‌توانند به یکدیگر بچسبند و «گرفتار شوند»، به گونه‌ای که اشکال موج آنها در هم تنیده شوند. هیچ ذره‌ای بدون توصیف دیگری قابل درک یا توصیف نیست. و اندازه‌گیری یک صفت فیزیکی در یک ذره شکل‌موج هر دو ذره را «در هم می‌ریزد.» ذرات را هزاران مایل از هم جدا کنید و هنوز می‌توانید حالت فیزیکی یکی از آنها را فقط با اندازه‌گیری یکی از آنها فورأ متوجه شوید.

بر اساس نظریه کوانتومی، هیچ محدودیتی برای این اثر وجود ندارد. چیزی که برای پروتون صدق می‌کند باید برای یک فیل نیز صدق کند. اما در عمل، درهم تنیدگی سیستم‌های بزرگتر سخت‌تر است. و دانشمندان این موضوع را بررسی کرده‌اند که آیا درهم تنیدگی گونه‌های زنده خیلی پیچیده‌تر است. باید خیلی تلاش کنید تا دو فیل را درهم تنیده کنید: هیچ قانون خاصی در طبیعت وجود ندارد که بگوید این کار غیرممکن است، اما بیشتر مردم موافقند که این امکان وجود ندارد.

با این حال، در سال ۲۰۱۷، گروهی از محققان در دانشگاه شفیلد در انگلستان اعلام کردند حالتی ساخته‌اند که جفت شدگی کوانتومی در باکتری فتوسنتزی نامیده می‌شود. آنها صدها باکتری را در یک اتاق کوچک و آینه‌دار قرار دادند و نور را در اطراف جهش دادند. (بر اساس طول یک اتاق کوچک، فقط یک طول موج معین از نور با گذشت زمان باقی ماند که فرکانس رزونانس نامیده می‌شود). با گذشت زمان، شش باکتری ظاهر شدند تا یک ارتباط کوانتومی محدود با نور ایجاد کنند. بنابراین، فرکانس رزونانس نور درون اتاق کوچک به نظر با فرکانسی که الکترون‌ها در آن درون مولکول‌های فتوسنتزیِ باکتری‌ها جهش می‌کردند، ادغام شد.

مارلتو گفت که مدلش نشان می‌دهد این اثر احتمالأ فقط در جفت‌شدگی کوانتومی درگیر نیست. احتمالأ چیزی حتی عجیب‌تر از آن چیزی که آزمونگران توصیف کردند رخ داده است. باکتری‌هایی که او و همکارانش نشان دادند احتمالأ با نور گرفتار شدند. یعنی معادلاتِ بکار رفته برای تعریف هریک از این اشکال ‌موج – هم نور و هم باکتری‌ها – به یک معادله تبدیل می‌شوند. هیچ یک از آنها بدون دیگری قابل حل نیست. (بر اساس مکانیک کوانتومی، تمام اشیاء را می‌توان بصورت ذره و موج توصیف کرد، اما عملأ در اجرام بزرگ مثل باکتری‌ها، اشکال موج قابل مشاهده یا اندازه‌گیری نیستند.)

همانند گربه شرودینگر درون جعبه، کل سیستم به نظر در یک عالم نامشخص قرار دارد: ذرات نور به نظر در عین حال به باکتری‌ها ضربه زده و آنها را از دست دادند. هرچند، این امر اثبات نمی‌کند که باکتری و نور با یکدیگر درهم تنیده شده‌اند – توضیحات احتمالی دیگری نیز وجود دارد که مستلزم فیزیک کلاسیک هستند و همچنین توضیحاتی که هنوز رد نشده‌اند. او گفت: «چیزی که در این آزمایش از دست رفته توانایی تأیید درهم تنیدگی به صورت عمیق‌تر است.»

آزمایشات کوانتومی اغلب مستلزم اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکی یک ذرۀ گرفتار شده هستند تا کشف کنند که آیا این ویژگی‌ها بر ذره‌ دیگر تأثیر می‌گذارند. این امر به معنای اندازه‌گیری صفات فیزیکی باکتری‌ها هماهنگ با صفات فیزیکی نور است. این امر در این آزمایش امکانپذیر نبود، اما مارلتو گفت که آزمایشاتی از قبل طراحی شده‌اند که می‌توانند این گرفتاری را ثابت کنند. به گفتۀ او حتی نکته‌ جالب‌تر این است که آیا باکتری‌ها از این گرفتاری به نحوی سودمند استفاده می‌کنند، گرچه پاسخ به این سوال نیازمندِ آزمایشات بیشتری است. او گفت: «این امکان وجود دارد که انتخاب طبیعی باعث شود باکتری‌ها از اثرات مکانیک کوانتومی استفاده کنند.»

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com


3 دیدگاه ها

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.