مشهورترین پارادوکس‌های تاریخ – قسمت هفدهم

پارادوکس‌های کوانتومی – قسمت آخر

بیگ بنگ: همانند داستان گربه‌ی شرودینگر، هیچیک از ذرات، انتخاب نکرده‌اند که اسپین‌ آنها بالا باشد یا پایین. هر کدام از آنها در آن واحد هر دو است. البته تا زمانی‌که آنها را مختل نکنیم. آنها می‌توانند تا سال‌های سال با سرعت از یکدیگر دور شوند تا در نهایت در دو کهکشان متفاوت قرار گیرند به طوری‌که هر کدامشان هنوز در همان حالت مختل نشده برهم‌نهی قرار داشته باشند.

 اما اگر اسپین یکی از ذرات را اندازه بگیرید چه اتفاقی می‌افتد؟  ناگهان ذره‌ای که هم اسپینش بالا بود و هم پایین، یکی از حالت‌های ممکن را انتخاب می‌کند. عمل اندازه‌گیری حالت ذره را تغییر می‌دهد. اما این وضع به برکت درهم‌تافتگی، از وضع گربه‌ی شرودینگر دردسرسازتر است. زمانی‌که ذره‌ی اول را اندازه‌گیری می‌کنیم و تعیین می‌کنیم که مثلاً در حالت یک است، بی‌درنگ می‌فهمیم که ذره‌ی دیگر باید در حالت صفر باشد. چون یک بیت اطلاعات راجع به هر دو ذره در اختیارمان می‌گذارد. اگر میلیاردها سال نوری هم از هم فاصله داشته باشند، باز هم حالت برهم‌نهی‌شان فرو می‌افتد. و جالب اینجاست که نمی‌توان این اثر را از دیدگاه‌های کلاسیکی توضیح دهید:

آزمایش مونرو- واینلند ثابت کرده که دو ذره در حالت برهم‌نهی از دو گزینه هستند به جای اینکه در حالت ناب قرار داشته باشند. اما تا وقتی که هیچ اندازه‌گیری روی آنها انجام نداده باشید. این پیامد ریاضیات نظریه‌ی کوانتومی است. اما چطور ممکن است ذره‌ی دوم بتواند در چنین فاصله‌ی دوری از آن دیگری حتی میلیاردها سال نوری دورتر، بلافاصله اینطور تصمیم بگیرید؟ در نگاه نخست به نظر می‌رسد که این امری غیرممکن باشد. از آنجایی‌که برای یک پرتو نوری، میلیاردها سال طول می‌کشد تا از ذره‌ای که پیش ما است به نزد دوقلوی خود برسد و همچنین اطلاعات کوانتومی تنها می‌تواند با سرعت نور حرکت کند، منطقی است که میلیاردها سال باید به طول انجامد تا در این فاصله ذره‌ای از وضع ذره‌ی دیگر باخبر شود. اما ماجرا از این قرار نیست. هیچ تأخیر زمانی‌ صورت نمی‌گیرد. رسانش و مخابره‌ی بلادرنگ باعث وحشت اینشتین شده بود و وی آن را «« کنش از راه دور اسرارآمیز»» می‌خواند.

 در سال ۱۹۸۲، فیزیک‌دانی به نام آلن اَسپکت برای نخستین بار این عمل از راه دور اسرارآمیز را مشاهده کرد و آزمایش او بارها و بارها بعد از خودش تکرار شد. امروزه، پیشرفته‌ترین ادراک درباره‌ی آزمایش اینشتین در دانشگاه ژنو روی می‌دهد. جائی‌که نیکولاس گیزین و همکارانش مدتی است عقل سلیم را با ذرات درهم‌تافته زیر پا گذاشته اند. ذراتی که آنها درهم می‌تابند، فوتون‌ها هستند. آنها از طریق ضربه‌زنی لیزری به بلوری که از پتاسیم، نیوبیوم و اکسیژن ساخته شده جفت‌های درهم‌تافته درست می‌کنند. وقتی بلور، یک فوتون از لیزر جذب می‌کند، دو ذره درهم‌تافته به بیرون می‌افکند که در جهات مختلف به سرعت از هم فاصله می‌گیرند و بعد به درون کابل‌های شیشه‌ای هدایت می‌شوند.

 گروه گیزین به یک شبکه‌ی بزرگ فیبر نوری دسترسی دارد که دور دریاچه‌ی ژنو و شهرهای نزدیک به آن کار گذاشته شده است. در سال ۲۰۰۰ این گروه فوتون‌های درهم‌تافته را به سمت روستاهای نزدیک بِرِنکس و بِلِوو شلیک کردند. با انجام اندازه‌گیری مؤثری از طریق یک ساعت بی‌نهایت دقیق، توانستند نشان دهند که ذرات به همانگونه‌ای که اینشتین پیشگویی کرده بود، رفتار می‌کنند: دو ذره با هم تبانی کرده بودند که تا پس از اندازه‌گیری، خصوصیات یکسان اما در خلاف جهت همدیگر داشته باشند.

در واقع دانشمندان تعیین کردند که اگر نوعی پیام از ذره‌ی یک برای ذره‌ی دو ارسال گردد، این پیام می‌بایست با سرعتی معادل ده میلیارد برابر سرعت نور فرستاده شود تا در زمان مناسب به ذره‌ی دوم رسیده و به آن بگوید که کدام حالت را انتخاب کند، پیش از آنکه آن هم اندازه‌گیری شود. پس به بیانی دیگر، سرعت درهم‌تافتگی کوانتومی (دست‌کم) میلیاردها برابر سرعت نور است.

 اما یک سوال: اگر این ذرات سریع‌تر از نور با هم ارتباط برقرار می‌کنند، آیا می‌توان از آنها برای انتقال سریع‌تر از سرعت نور پیام‌ها استفاده کرد؟ به این سوال در آینده‌ای نزدیک پاسخ خواهیم گفت. با این وجود، راز درهم‌تافتگی کماکان پابرجاست. این ماجرا به همان اندازه‌ی روزهای نخستش که اینشتین آن را طرح کرد، اسرارآمیز و گیج‌کننده است. قدر مسلم دو راز بزرگ مکانیک کوانتومی همانا برهم‌نهی و این عمل از راه دور اسرارآمیز هستند. چرا اشیای میکروسکپی می‌توانند در یک لحظه در دو جا باشند و چرا خصوصیاتشان تا این حد با اشیای ماکروسکپی تفاوت دارد؟

 این پارادوکس‌ها تا اعماق مکانیک کوانتومی را در می‌نوردند. اگر شما بتوانید راه حلی را ارائه دهید، یکی از مهم‌ترین اسرار جهان کوانتوم را بر ملا کرده‌اید. دانشمندان تقریباً به نتایجی دست یافته‌اند. آنها نظریه‌ای دارند که هر دوی این پارادوکس‌ها را شرح می‌دهد. این ایده‌ی جدید بر مبنای بنیادهایی استوار شده که هم از نسبیت و هم از مکانیک کوانتومی پشتیبانی می‌کنند. این ایده نظریه‌ی اطلاعات است که از نظریه شانون بسیار پیشرفته‌تر است: این نظریه‌، نظریه‌ی «««« اطلاعات کوانتومی »»»»  است.

 پایان

قسمت شانزدهم

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=10968

(۱۵ نفر , میانگین : ۴,۸۷ از ۵)