پارادوكس‌هاي كوانتومي – قسمت آخر

بیگ بنگ: همانند داستان گربه‌ي شرودينگر، هيچيك از ذرات، انتخاب نكرده‌اند كه اسپين‌ آنها بالا باشد يا پايين. هر كدام از آنها در آن واحد هر دو است. البته تا زماني‌كه آنها را مختل نكنيم. آنها مي‌توانند تا سال‌هاي سال با سرعت از يكديگر دور شوند تا در نهايت در دو كهكشان متفاوت قرار گيرند به طوري‌كه هر كدامشان هنوز در همان حالت مختل نشده برهم‌نهي قرار داشته باشند.

 اما اگر اسپين يكي از ذرات را اندازه بگيريد چه اتفاقي مي‌افتد؟  ناگهان ذره‌اي كه هم اسپينش بالا بود و هم پايين، يكي از حالت‌هاي ممكن را انتخاب مي‌كند. عمل اندازه‌گيري حالت ذره را تغيير مي‌دهد. اما اين وضع به بركت درهم‌تافتگي، از وضع گربه‌ي شرودينگر دردسرسازتر است. زماني‌كه ذره‌ي اول را اندازه‌گيري مي‌كنيم و تعيين مي‌كنيم كه مثلاً در حالت يك است، بي‌درنگ مي‌فهميم كه ذره‌ي ديگر بايد در حالت صفر باشد. چون يك بيت اطلاعات راجع به هر دو ذره در اختيارمان مي‌گذارد. اگر ميلياردها سال نوري هم از هم فاصله داشته باشند، باز هم حالت برهم‌نهي‌شان فرو مي‌افتد. و جالب اينجاست كه نمي‌توان اين اثر را از ديدگاه‌هاي كلاسيكي توضيح دهيد:

آزمايش مونرو- واينلند ثابت كرده كه دو ذره در حالت برهم‌نهي از دو گزينه هستند به جاي اينكه در حالت ناب قرار داشته باشند. اما تا وقتي كه هيچ اندازه‌گيري روي آنها انجام نداده باشيد. اين پيامد رياضيات نظريه‌ي كوانتومي است. اما چطور ممكن است ذره‌ي دوم بتواند در چنين فاصله‌ي دوري از آن ديگري حتي ميلياردها سال نوري دورتر، بلافاصله اينطور تصميم بگيريد؟ در نگاه نخست به نظر مي‌رسد كه اين امري غيرممكن باشد. از آنجايي‌كه براي يك پرتو نوري، ميلياردها سال طول مي‌كشد تا از ذره‌اي كه پيش ما است به نزد دوقلوي خود برسد و همچنين اطلاعات كوانتومي تنها مي‌تواند با سرعت نور حركت كند، منطقي است كه ميلياردها سال بايد به طول انجامد تا در اين فاصله ذره‌اي از وضع ذره‌ي ديگر باخبر شود. اما ماجرا از اين قرار نيست. هيچ تأخير زماني‌ صورت نمي‌گيرد. رسانش و مخابره‌ي بلادرنگ باعث وحشت اينشتين شده بود و وي آن را «« كنش از راه دور اسرارآميز»» مي‌خواند.

 در سال 1982، فيزيك‌داني به نام آلن اَسپكت براي نخستين بار اين عمل از راه دور اسرارآميز را مشاهده كرد و آزمايش او بارها و بارها بعد از خودش تكرار شد. امروزه، پيشرفته‌ترين ادراك درباره‌ي آزمايش اينشتين در دانشگاه ژنو روي مي‌دهد. جائي‌كه نيكولاس گيزين و همكارانش مدتي است عقل سليم را با ذرات درهم‌تافته زير پا گذاشته اند. ذراتي كه آنها درهم مي‌تابند، فوتون‌ها هستند. آنها از طريق ضربه‌زني ليزري به بلوري كه از پتاسيم، نيوبيوم و اكسيژن ساخته شده جفت‌هاي درهم‌تافته درست مي‌كنند. وقتي بلور، يك فوتون از ليزر جذب مي‌كند، دو ذره درهم‌تافته به بيرون مي‌افكند كه در جهات مختلف به سرعت از هم فاصله مي‌گيرند و بعد به درون كابل‌هاي شيشه‌اي هدايت مي‌شوند.

 گروه گيزين به يك شبكه‌ي بزرگ فيبر نوري دسترسي دارد كه دور درياچه‌ي ژنو و شهرهاي نزديك به آن كار گذاشته شده است. در سال 2000 اين گروه فوتون‌هاي درهم‌تافته را به سمت روستاهاي نزديك بِرِنكس و بِلِوو شليك كردند. با انجام اندازه‌گيري مؤثري از طريق يك ساعت بي‌نهايت دقيق، توانستند نشان دهند كه ذرات به همانگونه‌اي كه اينشتين پيشگويي كرده بود، رفتار مي‌كنند: دو ذره با هم تباني كرده بودند كه تا پس از اندازه‌گيري، خصوصيات يكسان اما در خلاف جهت همديگر داشته باشند.

در واقع دانشمندان تعيين كردند كه اگر نوعي پيام از ذره‌ي يك براي ذره‌ي دو ارسال گردد، اين پيام مي‌بايست با سرعتي معادل ده ميليارد برابر سرعت نور فرستاده شود تا در زمان مناسب به ذره‌ي دوم رسيده و به آن بگويد كه كدام حالت را انتخاب كند، پيش از آنكه آن هم اندازه‌گيري شود. پس به بياني ديگر، سرعت درهم‌تافتگي كوانتومي (دست‌كم) ميلياردها برابر سرعت نور است.

 اما يك سوال: اگر اين ذرات سريع‌تر از نور با هم ارتباط برقرار مي‌كنند، آيا مي‌توان از آنها براي انتقال سريع‌تر از سرعت نور پيام‌ها استفاده كرد؟ به اين سوال در آينده‌اي نزديك پاسخ خواهيم گفت. با اين وجود، راز درهم‌تافتگي كماكان پابرجاست. اين ماجرا به همان اندازه‌ي روزهاي نخستش كه اينشتين آن را طرح كرد، اسرارآميز و گيج‌كننده است. قدر مسلم دو راز بزرگ مكانيك كوانتومي همانا برهم‌نهي و اين عمل از راه دور اسرارآميز هستند. چرا اشياي ميكروسكپي مي‌توانند در يك لحظه در دو جا باشند و چرا خصوصياتشان تا اين حد با اشياي ماكروسكپي تفاوت دارد؟

 اين پارادوكس‌ها تا اعماق مكانيك كوانتومي را در مي‌نوردند. اگر شما بتوانيد راه حلي را ارائه دهيد، يكي از مهم‌ترين اسرار جهان كوانتوم را بر ملا كرده‌ايد. دانشمندان تقريباً به نتايجي دست يافته‌اند. آنها نظريه‌اي دارند كه هر دوي اين پارادوكس‌ها را شرح مي‌دهد. اين ايده‌ي جديد بر مبناي بنيادهايي استوار شده كه هم از نسبيت و هم از مكانيك كوانتومي پشتيباني مي‌كنند. اين ايده نظريه‌ي اطلاعات است كه از نظريه شانون بسيار پيشرفته‌تر است: اين نظريه‌، نظريه‌ي «««« اطلاعات كوانتومي »»»»  است.

 پايان

قسمت شانزدهم