گربۀ شرودینگر مرده و زنده در دو جعبه بصورت همزمان

15
751

بیگ بنگ: اگر مکانیک کوانتومی یک نماد داشته باشد، قطعا آن گربه ی شرودینگر است. در حال حاضر آزمایش ذهنی مشهور گربه شرودینگر برای اینکه بتواند یک سیستم پیچیده تر که بتازگی ایجاد شده را توضیح دهد بروزرسانی شد: در واقع یک سیستم جداگانه متشکل از فوتون های در هم تنیده که در یک برهم نهی کوانتومی دوگانه قرار دارند.

schrodinger-cat-two-boxesبه گزارش بیگ بنگ، محققان توسط این سیستم میتوانند حالت های کوانتومی پیچیده را دستکاری کنند(اداره یا کنترل کنند) و این اکتشاف کاربردهایی در کامپیوتر و ارتباطات از راه دور دارد. اما تکلیف گربه چه می شود؟ گربه شرودینگر پدیده ی عجیب برهم نهی کوانتومی رو توضیح می دهد. در آزمایش ذهنی گربه شرودینگر، گربه داخل یه جعبه محصور شده که داخل این جعبه یک نوع سم وجود دارد که با فرایند مکانیک کوانتومی عمل دوگانه فعال می شود. مثل اینکه بگوییم کلید کوانتوم روشن یا خاموش شود؛ اما تا قبل از عمل مشاهده ی گربه، این فرایند در حالت برهم نهی قرار دارد یعنی همه ی حالتهای ممکن ِ گربه در حالت زنده -مرده وجود دارد.

حالت گربه به مکانیک کوانتوم بستگی دارد یعنی گربه نه مرده است و نه زنده بلکه هم زنده است و هم مرده، بنابراین گربه کوانتومی در وضعیت برهم نهی دو حالته قرار دارد. برای ساخت سیستم جدید محققان دانشگاه ییل از ویژگی دیگر فیزیک کوانتوم که در هم تنیدگی نام دارد، استفاده کردند. ذره ی درهم تنیده را نمیتوان به طور مستقل توصیف کرد و اگر ذراتی که در هم تنیده شده اند را از هم جدا کنیم فارغ از فاصله مثل یک سیستم واحد عمل می کنند. وقتی خصوصیت یک ذره شناسایی شود، سیستم به طور آنی فرو می ریزد، اما هیچ اطلاعاتی منتقل نمی شود و در این حالت با نسبیت نیز مخالفت نمی کند.

PW-2016-05-27-catsتیم مربوطه برای ایجاد حالت گربه کوانتومی در هم تنیده یک موج خاص بکار برد. آنها از دو عدد حفره استفاده کردند(میکروویوهای با تکنولوژی بالا) این حفره ها توسط یک ابرجریان(جریان الکتریکی بدون اتلاف) به هم متصل شدند که باعث می شد فوتون های دو حفره در حالت در هم تنیدگی کوانتومی قرار گیرند. در این حالت گربه در دو جعبه به حالت زنده _مرده در یک زمان قرار گرفت. فوتون های یک حفره در وضعیت برهم نهی قرار گرفتند و محققان به داخل حفره بعدی نگاه کردند. به گفته ی دانشمندان وضعیت گربه در هم تنیده میتواند توسط بیش از ۸۰ درصد فوتونها باز سازی شود؛ اما محققان معتقدند که سیستم های بزرگتری برای این کار باید ساخته شود.

ساخت چنین سیستم بزرگی یک دستاورد بزرگ دیگر محسوب می شود. وضعیت های کوانتومی ماکروسکوپی به هم پیوسته که ویژگی های کوانتومی را در مقیاس بزرگ روزانه نشان می دهند، میتوانند در تکنولوژی ها مورد استفاده قرار گیرند. لیزر و ابررساناها مثالهایی از این سیستم ها هستند. به گفته ی محققان این نوع وضعیت اولین قدم در ایجاد عملکرد منطقی مورد نیاز برای برنامه های کوانتومی است، برای همین پیشبرد این سیستم ما را یک قدم به ایجاد کامپیوترهای کوانتومی نزدیکتر می کند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریه ی Science منتشر شده است.

ترجمه: خدیجه فخرایی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: iflscience.com



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

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

15 دیدگاه‌ها

  1. در واقع به نظر من, اندازه ی اجسام و موجودات باعث ایجاد فاصله ای میشه که من اسمشو میذارم فاصله_در_مقیاس
    مثلا اگر من یک جسم رو در فاصله ی یک متری تو دستم داشته باشم ,فاصله_در_مقیاس من و یک الکترون از اون جسم یک متره, اما فاصله_در_ مقیاس اون الکترون و من هرگز یک متر نیست!!! در واقع از نظر من اون الکترون خیلی به من نزدیکه اما از نظر اون الکترون کوچولو من خییییلی ازش دورم و یه جورایی مثل خدا می مونم براش!!!
    در حقیقت فاصله در ابعاد نانومتری برای من صفر محسوب میشه اما برای اون الکترون دنیایی فاصله ست!!!(شاید مثل فاصله کره ی زمین تا کهکشان بغلیش!)
    بنابراین درسته فاصله در ابعاد نانو متر برای یه آدم هیچ هست اما همزمان برای یک الکترون اعداد فوق بزرگی محسوب میشه.و این همون جمع اضداد هست(خصوصیتی که من واقعا عاشقشم, جمع شدن تناقض ها به زیبایی و وحدت در کنار هم که دلیل تحسین بر انگیزی جهانه) و باعث شده این جهان با وجود تمام سادگیش, بسیار پیچیده به نظر برسه. چون بسته به مقیاس هر موجودی , نگاه متفاوتی میشه به دنیا کرد.بنابراین ما آدمها خیلی مغروریم که فکر میکنیم جای تمام موجودات میتونیم ببینیم و نظریه بدیم 😉
    در حقیقت نظریه های ارائه شده مثل کوانتوم و نسبیت عام نظریات در ظاهر متناقض اما باطنا وحدت پذیر هستن .کوانتوم دنیا رو از نگاه یک ذره ی زیراتمی میبینه و نسبیت عام از نگاه ستاره ها و کهکشانها و جالب اینه که در عمل هیچ کدوم دیگری رو نقض نمیکنه بلکه مثل تکه های پازل به زیبایی کنار هم قرار میگیره, اما فیزیکدانها گیر دادن که واسه کل هستی یک سلسله قانون یک دست در بیارن!
    بنابراین ما نباید به زور دنبال یکی کردن نظریات فیزیک(کلاسیک و کوانتوم و نسبیت ) در غالب ریاضی باشیم و بخوایم برای کل اتفاقات یک قانون واحد و بی برو برگرد پیدا کنیم, بلکه باید مقابل این همه تضاد هماهنگ! سر تعظیم فرو بیاریم و بدونیم همه در نهایت یکی هستن اما از دو منظر متضاد و به “هستی” منجر شدن; یکی بی نهایت کوچیک و دیگری بینهایت بزرگ و در نهایت ما !
    و جالب اینجاست علت تمام این وحدت و سازگاری در عین تضاد, یک ضرب المثل ساده ست: دوری و دوستی!!
    بله همون طور که فاصله ی بسیار زیاد من و فلان ستاره غول پیکر یا فلان سیاه چاله با جاذبه ی وحشتناک باعث شده من به راحتی زندگی کنم و اصولا زنده بمونم و وجود اون با وجود من در تضاد نیست و هر دو “هست” هستیم , فاصله ی زیاد اون الکترون از من هم باعث شده اون به راحتی و فارغ از خطراتی که من میتونم براش داشته باشم! به کار خودش ادامه بده
    بعنوان مثال من هر چی هم یه جسم رو تکون بدم نمیتونم باعث بشم الکترون های اون جسم مثلا از حال طبیعی خودشون خارج بشن و پرت شن این ور و اون ور!!!
    البته کتمان نمیکنم که انسان خطرناک ترین موجود برای موجودات هم زیست خودشه :)) و دستش به آزار الکترونهای بیچاره هم رسیده , ولی خب به طور طبیعی من بعنوان انسان خطری برای نابودی یک الکترون ندارم!!! چون فاصله ی اون از من خیلی زیاده.هر چند چون فاصله ی من از اون کم هست میتونم بعنوان یه دانشمند بزنم پدرشو هم در بیارم D:
    خلاصه اینکه جهان کوانتومی و ما آدمها و اجرام بسیار بزرگ ,بخاطر اینکه به اندازه ی کافی از هم فاصله_ در_ مقیاس داریم , با وجود تمام قوانین متضاد ظاهری مون, داریم به راحتی و بدون احساس خطر ,نرمال زندگی میکنیم و هیچ کدوم باعث نابودی هم نشدیم و قوانین دنیاهامون هم با هم تداخل پیدا نکردن( خدا رو شکر)
    من به شخصه بیشتر از اون که به مسئله جهان های موازی _که در حقیقت به نوعی خالی نبودن عریضه ست تا فرضیه ! _ معتقد باشم ,بیشتر به کارتون اون آقا فیله هورتون معتقدم!! D:
    و کل این دنیا و تمام کهکشانهاش رو با تمام فواصل سرسام آور بزرگ یا کوچیکش رو یه ذره حدس میزنم که مثلا به اندازه اتم یه اسکناسه تو جیب یه پسر بچه ی بلای فوق غول:)) نیست دنیا همه ش بر مبنای پول میگرده و ملت دنیا هم ضمیر مذکر میدن به خدا , ازون جهت فکری شدم …خخخ .البته پاراگراف آخر شوخی بود

  2. سلام
    نه ,اینطور نیست که وقتی مشاهده گر ببینه نتیجه معین بشه
    یعنی نتیجه به مشاهده ی مشاده گر وابسته نیست, مگر اینکه بخوایم برای یه ذره شعور قائل بشیم که این خودش نمیتونه علمی باشه!!
    به نظر من در جفت نظریه های کوانتوم و نسبیت عام , این اندازه ی جسم هست که ملاک و تعیین کننده ی نتیجه میشه
    بیاید تصور کنیم همه ی ما با کل کهکشانها , فقط یک ذره ی بسیار ریز هستیم در یک دنیای دیگه
    مثلا ذره ای اندازه ی یک اتم در یک دنیای دیگه که موجوداتی هوشمند در اون دارن زندگی میکنن
    مسلما اون موجودی که داره با هر وسیله ای ما رو مشاهده میکنه نمیتونه مثلا مکان من نوعی رو تشخیص بده که دقیقا کجای کره ی زمین یا کهکشان ایستادم!!! اون موجود من رو در هر لحظه در یک نقطه از کهکشان میبینه چون مقیاس من برای اون بسیار بسیار کوچیک هست.یعنی من براش حکم الکترون دارم در فضای اتم.
    خوب برای تجهیزات انسانها هم که مشاهده گر دنیای زیر اتمی هستن, اونقدر تجهیزات مشاهده گر در برابر ذرات مشاهده شونده بزرگ هستن که دستگاه ها نمیتونن تعبیر و تشخیص درستی داشته باشن از واقعیت و مکان دقیق الکترونها
    مگر اینکه دستگاه های مشاهده گری بسازیم که به اندازه ی الکترونها کوچیک باشن( مثل داستانهای علمی تخیلی) که شاید روزی به واقعیت بپیونده و اون موقع بتونیم رفتار ذرات رو در مقیاس درست و به شکلی که در واقعیت هست مشاهده کنیم
    و شاید یک دلیل عمده ی دیگه که باعث شده در آزمایش دو شکاف, بعضی ها به دلائل عرفانی و ماوراء طبیعی متوسل بشن این باشه که دستگاه های مشاهده گر(دستگاه های اندازه گیری) به محض این که وارد آزمایش میشن بخاطر ابعاد بزرگشون روی ذرات اثر میگذارن و باعث میشن ذرات رفتار ذره ای از خودشون نشون بدن و نه موجی
    اما وقتی دستگاه های اندازه گیری و مشاهده نباشن, ذرات رفتار معمول و موجی شکل خودشون رو دارن. و بنابراین هیچ سحر و جادویی در کار نباشه و فقط بخاطر نقص اطلاعات هست که این فکر به ذهن خواننده خطور میکنه که قضیه ی جادوئی در کار هست!

  3. «سعی داشتم ایده ی نظریه ی اطلاعات را به عنوان مبنای هستی بپذیرم که به عبارتِ “اشیای ناشی از بیت” برخوردم.» جهان و تمام چیزهایی که شامل می شود («اشیا») احتمالأ از هزاران انتخابِ بله-خیر برای اندازه گیری («بیت ها») ناشی می شوند. نیلز بور بیشتر عمرش با این سوال دست و پنجه نرم کرد که اعمالِ اندازه گیری (یا «ثبت») چگونه بر واقعیت تأثیر می گذارد.

    این ثبت است – چه به وسیله ی فرد، چه دستگاه، چه یک تکه میکا (هر چیزی که بتواند یک رکورد را حفظ کند) – که بالقوگی را به حقیقت تبدیل می کند. فقط به مقدار کمی از ساختار بور استفاده کردم تا بیان کنم که هرگز این چیز عجیب یعنی کوانتوم را درک نمی کنیم، مگر اینکه در ابتدا درک کنیم اطلاعات چگونه واقعیت را می سازد. اطلاعات فقط دانش ما در مورد جهان نیست، اطلاعات جهان را تشکیل می دهد.»

    – جان ویلر –

    • درسته
      ولی دقیقا همینجاست که فیزیکدان ها گیج میشن و نمیخوان این موضوع رو قبول کنن
      چون مجبور میشن مسائل فلسفی و مسائل مربوط به عرفان رو هم بپذیرن

      حتی جان ویلر هم با اینکه به این موضوع اشاره کرده بود که ذهن و مشاهده کننده توانایی خلق عالم را دارد
      ولی اصطلاح “آگاهی” را به کار نمیبرد و بار دیگر گفت که ذهن نمیتواند بدون تماس مستقیم تغییری در چیزی ایجاد کند . که این یک تناقض در گفته هاش هست
      یه جورایی همه ی دانشمندا از این مسائل فرار میکنن

  4. آره دقیقا
    نوع نگاه کردن یا همون ابزار اندازه گیری تعیین میکنه اون ذرات چه طور باشن ولی تا قبل از اندازه گیری اونا در تمام حالتهای ممکن وجود دارن

  5. در مورد خود آزمایش گربه شرودینگر هم قضیه اینه که شرودینگر برای اینکه بتونه خاصیت بر هم نهی (superposition)کوانتومی رو توضیح بده این آزمایش فرضی رو ارائه میده تا بفهمونه ذرات زیر اتمی تا قبل ازینکه اندازه گیری بشن تمام حالات ممکنی که میتونن داشته باشن رو دارن
    یعنی مثلا فوتونها تا قبل ازینکه با ابزاری بخوایم ببینیمشون هم ذره ان و هم موج . این ابزار آزمایشه که اونارو محدود به ذره یا موج میکنه
    امیدوارم متوجه شده باشین

  6. اونطور که من سرچ کردم و فهمیدم تو هر حفره ریز موجهایی وجود داره که توسط میدان الکتریکی داخل حفره میتونه در دو جهت حرکت کنه یعنی در واقع دو حالت داره همون بر هم نهی دو حالته رو داره
    حالا اینا میان دو حفره رو با یک ابر جریان بهم وصل میکنن که فوتونهای تو حفره باهم گره بخورن بعدش دیدن خصوصیت و رفتاری که ذرات یه حفره نشون میده توسط بیش از ۸۰ درصد فوتونهای حفره مقابل انجام میشه

  7. خیلی ساده بخوام توضیح بدم یعنی تا قبل نگاه کردن به داخل جعبه از وضعیت گربه خبر نداریم که زنده هست یا مرده اما وقتی میخوایم خبر دار بشیم همون لحظه مکانیسم وارد عمل میشه و گربه رو میکشه و ما میبینیم که گربه مرده!

  8. من بارها و بارها مقالات مرتبط با گربه ی شرودینگر را مطالعه کردم ولی هر بار گیج تر شدم. یعنی کسی نیست این موضوع رو واضح و شفاف منتقل کنه که ماهم متوجه بشیم؟

  9. سلام و خسته نباشید
    ضمن تشکر از مطالبی که میزارید یه پیشنهاد داشتم . در صورت امکان یه مقدار مطالب رو بیشتر باز کنید تا مثلا مسیله گربه شرودینگر برای خواننده عامی مثل من حد اقل کمی ملموس باشه تا بر اساس اون بتونم خبر علمی رو درک کنم.