پارادوکس های کوانتومی

بیگ بنگ: برهم‌نهي توضيح مي‌دهد كه چگونه يك تك الكترون مي‌تواند الگوي تداخل به وجود آورد. هرچند يك شي‌ء كلاسيك هرگز چنين قابليتي ندارد. الكترون با خودش تداخل مي‌كند. وقتي الكتروني به شكافنده‌ي باريكه برخورد كند، وارد حالت برهم‌نهي مي‌شود: دو مسير A و B را انتخاب برمي‌گزيند. يعني دو مقدار صفر و يك را با هم انتخاب مي‌كند. مثل اين مي‌ماند كه الكترون‌هاي شبح‌گون در دو جهت تداخل‌سنج حركت مي‌كنند، يكي از سمت چپ و ديگري از سمت راست. وقتي دو مسير مجدداً به هم مي‌رسند، اين الكترون‌هاي شبح‌گون با يكديگر تداخل كرده و همديگر را حذف مي‌كنند. الكترون وارد شكافنده‌ي باريكه‌ مي‌شود اما هرگز از آن خارج نمي‌شود يعني هرگز به آشكارساز برخورد نمي‌كند زيرا الكترون همزمان از دو مسير رفته و خودش را حذف كرده است.

light

برهم‌نهي، وضعيتي زودآسيب و بي‌ثبات است. به محض آنكه به يك شي‌ء برهم‌نهيده‌، نگاه كوتاهي بيندازيد، يعني بلافاصله كه سعي كنيد اطلاعاتي از درون آن درآوريد، كه مثلاً الكترون آيا واقعاً در حالت يك است يا صفر،‌ اسپينش بالاست يا پايين و اينكه از مسير A مي‌رود يا B، الكترون بلافاصله‌ و ظاهراً به طور تصادفي يك مسير يا حالت ديگر را انتخاب مي‌كند. در اينجا است كه برهم‌نهي از بين مي‌رود. به عنوان مثال، اگر دو مسير يك تداخل‌سنج را مجهز به يك مسيرخوان كنيد (چيزي مثل مثلاً باريكه‌اي ليزري كه مسير B را نمايان ساخته و هنگامي كه الكترون آن را قطع مي‌كند، يك بيت 1 را به كامپيوتر مي‌فرستد) ديگر الكترون نمي‌تواند در حالت برهم‌نهي وجود داشته باشد. در چنين وضعيتي الكترون انتخاب مي‌كند كه از مسير A برود يا B، به جاي اينكه همزمان از دو جا بگذرد، يا انتخاب مي‌كند كه صفر باشد يا يك به جاي اينكه همزمان هر دو باشد و به اين ترتيب الگوي تداخل از بين مي‌رود.


در واقع وقتي اطلاعاتي را از آن بيرون مي‌كشيد كه مثلاً مسيرش را تعيين كنيد، يعني تلاش مي‌كنيد نوعي اندازه‌گيري روي آن انجام دهيد،‌حالت برهم‌نهي ناپديد مي‌شود. اصطلاحاً مي‌گوييم برهم‌نهي فرو مي‌افتد. درست مثل آنكه خداوند سكه‌اي كيهاني را به هوا مي‌اندازد تا ترتيب كار را بدهد. جالب است بدانيد اين وضع حتي هنگامي‌كه فقط يكي از دو مسير را به اين سامانه مجهز كنيد هم رخ مي‌دهد. اگر الكتروني را به سمت تداخل‌سنج بفرستيد و الكترون مسير B را كه مجهز به مسيرخوان است، انتخاب كند، ليزر مسير الكترون را آشكار مي‌سازد و به اين ترتيب يك بيت اطلاعات راجع به آنكه كدام مسير را انتخاب كرده به دست مي‌آوريد. اگر الكترون مسير A را انتخاب كند كه هيچ ابزاري براي تشخيص در آن قرار نداده‌ايد، باز هم عدم كليك كردن آشكارساز به شما مي‌گويد كه الكترون از مسير B عبور نكرده است. پس هرچند چيزي از مقابل باريكه‌ي ليزري عبور نكرده اما باز هم يك بيت اطلاعات دريافت كرده‌ايد. مسيرخوان تعبيه شده در مسير B برهم‌نهي را از بين مي‌برد. هرچند ليزر هرگز دستش به الكترون نرسيد، اما هرچه باشد، مسير A را انتخاب كرده نه B را.


اصل برهم‌نهي آنچنان شگفت‌آور است كه تعداد بسياري از فيزيك‌دانان با قبول آن مشكل دارند، هرچند مشاهداتي را توضيح مي‌دهد كه نمي‌توان به هيچ طريق ديگري برايشان توضيح يافت. چطور ممكن است يك تك الكترون همزمان از دو مسير عبور كند؟ يك فوتون چگونه مي‌تواند در يك زمان هم در حالت اسپين بالا و هم اسپين پايين باشد؟ چطور مي‌شود شيئي، دو حالت انتخاب متقابلاً متضاد را با هم برگزيند؟

پاسخ بايستي با اطلاعات ارتباط مي‌داشت. عمل جمع‌آوري و انتقال اطلاعات نقطه‌اي است كه دانشمندان، كليد درك اين آشفتگي و ايده مغاير با شهود برهم‌نهي را در آنجا يافتند. با اين حال، در دهه‌هاي 1920 و 1930 دانشمندان هنوز مجهز به رياضيات نظريه‌ي اطلاعات نشده‌ بودند و هيچ كمكي براي اين منظور نداشتند. زماني‌كه با ايده‌ي پارادوكسي برهم‌نهي مواجه گشتند، به سرعت حربه‌اي مطلوب براي خود دست و پا كردند (يك آزمايش فكري) تا تلاش كنند اين مفهوم را از ميان بردارند. معروف‌ترين آنها را اينشتين ارائه داد اما از جانب فيزيك‌دان اتريشي معروف اروين شرودينگر.

ادامه دارد …

منبع: كتاب كشف رمز عالم، مقدمه‌اي بر نظريه‌ي اطلاعات كوانتومي، نوشته‌ي چارلز سيف، ترجمه‌ي دكتر ميثم تهراني

قسمت دوازدهم

پاسخ دادن به ایلیاد لغو پاسخ

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

2 دیدگاه

  1. ببخشید ولی این مثالی که در مورد لیوان آب زدید چه ارتباطی با مکانیک کوانتوم داره؟ میشه بیشتر توضیح بدید؟

  2. یه فیزیک دان کوانتوم دیگه هم بود که واسه بیان شگفتی مکانیک کوانتوم مثال میزد که مثل این میمونه که یه لیوان آبی رو که چند صد سال پیش ناپلئون بناپارت میخورده الان داره از گلوی شما پایین میره ! . شگفتی های جهان تازه از جهان کوانتوم شروع میشه و به تئوری اطلاعات میرسه و از اونجا هم به بینهایت ختم میشه و هرچی جلوتر میره عجیب تر و غیر قابل فهم تر و شگفت آورتر میشه ! .