بیگ بنگ: اينشتين ظاهرا از تناقضات مكانيك كوانتومي به طرز ناخوشايندي متنفر بود و بارها و بارها سعي كرد نظريه‌اي را كه خود به خلق آن كمك كرده بود، از بين ببرد. او تقريباً موفق شد.

پارادوكس گربه‌ي شرودينگر به يكي از معماهاي كلاسيك و دردسرساز نظريه‌ي كوانتومي مبدل شد. با اين حال، به مانند اصل برهم‌نهي كه عجيب و شگفت‌آور بود، اين پارادوكس هم دردسرسازترين عنصر مكانيك كوانتومي نبود. دست كم در نگاه اينشتين. اينشتين متوجه تهديدي از يك منظر ديگر شد. اين پارادوكس ظاهرا تهديدي براي قانون متعالي وي به شمار مي‌رفت كه مي‌گويد هيچ اطلاعاتي نمي‌تواند سريع‌تر از سرعت نور حركت كند و اينطور به نظر آمد كه انگار به دانشمندان اين امكان را مي‌دهد تا ماشين زمان را بسازند.

اينشتين و دو تن از همكارانش به نامهاي بوريس پودولسكي و ناتان روزن، در سال 1935 به اين مسئله پي بردند. آنها نيز مانند شرودينگر آزمايشي ذهني را ترتيب دادند كه پوچي و بي‌معنايي مكانيك كوانتومي را آشكار مي‌ساخت، و اتفاقاً آزمون معركه‌اي هم از آب درآمد. آنها در اين آزمايش يك ويژگي مكانيك كوانتومي كه امروزه به درهم‌تافتگي (Quantum entanglement)  موسوم است را مورد توجه قرار دادند كه در كنار اصل برهم‌نهي (Superposition principle)، خبر از دگرديسي تماميت چارچوب مكانيك كوانتومي تا حد مشتي تناقضات مي‌داد.

آزمايش ذهني اينشتين-پودولسكي-روزن يا به اختصار EPR با ذره‌اي آغاز مي‌شود كه به شكلي در فضا معلق است. به ناگاه، ذره‌ داراي واپاشي مي‌شود كه حاصل آن توليد دو ذره جديد كوچكتر است كه در جهات مختلف از هم دور مي‌شوند. اگر اين دو ذره جرم يكسان داشته باشند، در آن صورت مي‌بايست با تندي‌هاي برابر اما در جهات مخالف حركت كنند. آنگونه كه قوانين نيوتون مي‌گويند. اگر يكي از اين ذرات سنگين‌تر از ديگري باشد، ذره‌ي سنگين‌تر بايد آهسته‌تر از آن ديگري جابجا شود و ذره‌ي سبك‌تر بايد سرعت بيشتري داشته باشد. اين امر پيامد قانون پايستگي تكانه است.

براي ارائه‌ي يك اثبات هم كه شده، بياييد اينطور بگوييم كه ذره‌ي اصلي‌مان به يك ذره‌ي سبك و يك ذره‌ي سنگين وامي‌پاشد كه به سمت‌هاي راست و چپ شليك مي‌شوند. تا شما نوعي اندازه‌گيري و سنجش را بر روي يكي از اين جفت حاصل از واپاشي انجام مي‌دهيد، خود را با يك سوال دودويي مواجه مي‌بينيد. ذره‌ي سبك و سريع يا به سمت راست مي‌رود يا به سمت چپ. يا، اگر از يك منظر ديگر نگاه كنيم، ذره‌اي كه به سمت چپ مي‌رود يا آن ذره‌اي است كه سبك‌تر است يا آن ديگري كه سنگين‌تر. يا صفر است يا يك. اين سيستم خاص از ذرات را به يادبود اينشتين، پودولسكي و روزن، ««جفت EPR»» مي‌نامند.

حال فرض كنيد كه مي‌خواهيد سرعت آن ذره‌ از جفت EPR كه به سمت چپ حركت مي‌كند را اندازه‌ بگيريد: يا سرعتش زياد است يا نيست. يا ذره سنگين است يا سبك. يا صفر است يا يك. به محض آنكه سرعت ذره‌ي سبك را اندازه‌ بگيريد، در مي‌يابيد آن ذره‌اي كه در سمت چپ حركت مي‌كند كدام است. ديگر خواهيد دانست كه سرعتش زياد است يا كم. اما با انجام اندازه‌گيري‌ روي ذره‌ي سمت چپي، اطلاعات مربوط به ذره‌ي سمت راستي هم به دست مي‌آيد. اگر ذره‌ي سمت چپي را مورد اندازه‌گيري قرار داده و دريابيد كه با سرعت زيادي در حال جابجا شدن است (يك 0 است) به طور خودكار مي‌دانيد كه ذره‌ي ديگر با سرعت كمتري حركت مي‌كند (يك 1 است). و همينطور برعكس. يك تك اندازه‌گيري كه به حصول يك بيت اطلاعات نزد شما مي‌انجامد، يك 0 يا يك 1، اطلاعاتي از هر دو ذره را در اختيارتان مي‌گذارد. اين دو ذره از نظر اطلاعاتي با هم در ارتباط هستند. اين وضع را درهم‌تنيدگي مي‌نامند. به بيان نظريه‌ي اطلاعات و البته مكانيك كوانتومي، اين دو جسم طوري رفتار مي‌كنند كه انگار يك ذره هستند. اگر روي يكي اندازه‌گيري انجام دهيد، به واقع روي هر دو اينكار را انجام داده‌ايد.

شما مي‌توانيد يك جفت EPR كه ذراتش در هم‌تنيده هستند را به روش ديگري هم ايجاد كنيد. مثلاً، مي‌توانيد مجموعه‌اي از ذرات درست كنيد كه اسپين‌شان معادل و در خلاف جهت همديگر باشد. درست همانگونه كه مي‌توانيد ذراتي درست كنيد كه سرعت‌هايشان برابر اما در حهت‌هاي گوناگون باشند. اگر يكي از چنين ذرات درهم‌تنيده‌اي را اندازه‌گيري كرده و دريابيد كه اسپينش بالا است، آنگاه بلافاصله مي‌دانيد كه اسپين ديگري رو به پايين است. مي‌توانيد يك جفت فوتوني، يك جفت ذره‌ي نوراني درست كنيد كه قطبيتشان با هم برابر اما در خلاف جهت يكديگر باشند. اگر بدانيد فوتوني كه در سمت چپ حركت مي‌كند در صفحه‌ي افقي قطبي شدهف خواهيد فهميد كه ذره‌اي كه در سمت راست حركت مي‌كند، حتما در صفحه‌ي عمودي قطبي شده است.

تا اينجا موضوع مورد بحث پيچيدگي وحشتناكي نداشته است. اين قبيل چيزها در دنياي ماكروسكپي هم مدام اتفاق مي‌افتد. مثلاً، مي‌توانيم بگوييم كه در يك جعبه سكه‌اي يك پني و در يك جعبه ديگر سكه‌اي پنج سنتي دارم. وقتي درب يكي از جعبه‌ها را باز مي‌كنيم و داخل آن را مي‌بينيم، بلافاصله مي‌فهميم كه در جعبه‌ي ديگر چه چيز وجود دارد. با اين حال، بر خلاف داستان سكه‌ها، مي‌توانيد برهم‌نهي را تركيبي كنيد. آن هنگام كه ذرات كوانتومي برهم‌نهيده را با هم در هم‌تنيده مي‌كنيد، ماجرا بدجوري هراس‌انگيز مي‌شود. در واقع حتي بدون برهم‌نهي نيز، درهم‌تافتگي به حتم مشكلات مشابهي را به بار مي‌آورد. مقاله اصلي EPR نشان از وجود مشكل بالقوه‌اي داشت چرا كه دانستن همزمان تكانه و مكان يك ذره بر خلاف اصل عدم قطعيت هايزنبرگ است. ديويد بوهم بعدها صورت‌بندي برهم‌نهي به اضافه‌ي درهم‌تنيدگي كه اينشتين برهان آن را بعدها اصلاح كرد، ارائه نمود.

قسمت پانزدهم