پرسش این است: آیا اصل‌هایی ژرف‌تر از عدم قطعیت و عدم موضعیت وجود دارد؟ آلبرت اینشتین در سال ۱۹۲۶ نوشت: «مکانیک کوآنتوم بسیار باشکوه است. اما ندایی درونی به من می‌گوید کوآنتوم هنوز مفهومی واقعی نیست.» پس از سال‌ها که نظریه‌ی کوآنتوم به بلوغ رسیده است، آن ندا آرام‌تر شده است، اما هیچ گاه خاموش نشده بود. در بطن هم‌خوانی ستایش آمیز از نظریه‌ی کوآنتوم، همیشه زمزمه‌ای مبهم به گوش رسیده است. نظریه‌ی کوآنتوم در واپسین سال‌های قرن نوزدهم متولد شد و خیلی زود به یکی از ستون‌های فیزیک جدید بدل شد.

این نظریه با دقتی باورنکردنی رفتار عجیب و غریب و دور از انتظار ذرات بسیار ریزی همچون اتم ها، الکترون ها و سایر موجودات جهان زیر میکروسکوپی را توصیف می کند. اما موفقیت مکانیک کوآنتوم به قیمت مشقت بسیار حاصل شده است. کارکرد معادلات مکانیک کوآنتوم بسیار خوب است اما به نظر می رسد که کاملاً بی معنی هستند. بدون توجه به اینکه چه نظری در مورد مکانیک کوآنتوم داشته باشیم، این معادله ها رفتار ذرات را به شیوه ای که در تضاد با شهود ما باشند، مجاز می شمارد.

برای مثال چنین ذراتی می توانند در وضعیت «برهم نهی» باشند. یعنی این ذرات می توانند در آن واحد دارای دو خاصیت مجزای کاملاً منحصر به فرد باشند. برای مثال ریاضیات نظریه کوآنتوم می گوید یک اتم می تواند تا زمانی که اختلالی ایجاد نشده و کسی آن را مشاهده نکرده است، در آن واحد هم در سمت راست جعبه و هم در سمت چپ جعبه باشد. این ایده امروز تقریباً همانقدر محل بحث است که ۸۰ سال پیش بود؛ زمانی که اروین شرودینگر برهم نهی را با مثال گربه ای نیمه مرده- نیمه زنده توصیف کرد. نکته در این است که مکانیک کوآنتوم معنی «وجود داشتن» را تغییر می دهد.

در جستجوی اصلی بنیادین‌تر از عدم قطعیت

در دنیای کلاسیک هر جسمی واقعیت محض دارد: حتی یک ابر گاز را می توان به خوبی به صورت توپ های کوچک سخت بیلیارد تصور کرد که هرکدام از این توپ ها سرعت و موقعیت کاملاً تعریف شده ای دارند. به نظر می رسد که نظریه کوآنتوم آن واقعیت محض را متزلزل می کند. در حقیقت اصل مشهور عدم قطعیت که مستقیماً از ریاضیات نظریه کوآنتوم سربرآورده است، می گوید موقعیت و اندازه حرکت ذره تعریف نشده است. این یعنی کسب اطلاع در مورد یکی به معنی از دست دادن اطلاعات در مورد دیگری است.

فیزیکدانان کوآنتوم که با این عدم قطعیت سروکار دارند، می گویند «وجود دارد»- در مورد اجسام بنیادی که موضوع معادلات نظریه کوآنتوم است- به این معنی نیست که اینها حقیقتاً ذره نیستند که واقعیت خارجی داشته باشند بلکه «احتمال موج» هستند که فقط زمانی که ناظر اندازه گیری را انجام می دهد، قابلیت تبدیل شدن به واقعیت را می یابند. این مفهوم که از آن با عنوان تعبیر کپنهاگ یاد می شود، وقتی معنا می یابد که بپذیرید واقعیت، موج احتمال است و نه اجسام محض. با این همه هنوز هم نمی توان مفهوم عجیب دیگر نظریه کوآنتوم یعنی: عدم موضعیت را به طور کامل شرح داد.

اینشتین عدم قطعیت را خوش نداشت

در سال ۱۹۳۵ اینشتین طرحی را ارائه کرد که هنوز هم در تضاد با عقل سلیم است. در آزمایش ذهنی وی دو ذره از یکدیگر جدا شده و به دو سوی مختلف کهکشان می روند. اما این دو ذره «درهم تنیده» هستند (یعنی به لحاظ مکانیک کوآنتوم مستقل از هم نیستند) و به همین دلیل هر ذره آناً «احساس» می کند که برای همزادش چه روی داده است. یکی را اندازه بگیرید، آنگاه دیگری نیز آناً اندازه گیری شده است؛ انگار همزادان به طریقی مرموز به رغم فاصله بسیار زیاد فضایی به طور آنی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. این «عدم موضعیت» یکی از نتایج ریاضیات نظری کوآنتوم است و در آزمایشگاه نیز اندازه گیری شده است. این کنش وهمناک آشکارا فاصله و جریان زمان را نادیده می انگارد. در نظریه، این ذرات می توانند پس از آنکه درهم تنیدگی آنان سنجیده شده است، درهم تنیده بمانند.

در یک سطح می توان گفت که عجیب و غریب بودن نظریه کوآنتوم مسئله ای ایجاد نمی کند. چارچوب ریاضیات نظریه سالم و بی عیب است و تمام این پدیده های عجیب را به خوبی توصیف می کند. چه مشکلی پیش می آید اگر ما انسان ها نتوانیم واقعیت فیزیکی متناسب با معادلات خود را تصور کنیم؟ تاکنون روش این بود که برای به دست آوردن تفسیر مکانیک کوآنتوم می گفتند: «ساکت شو و محاسبه کن». اما به نظر بسیاری دیگر ناتوانی ما در درک نظریه کوآنتوم، بیانگر آن است که هنوز حقایق عمیق تری باقی مانده است که باید آنها را درک کنیم، از جمله این که بنیادین‌تر از عدم قطعیت چیزی می‌توان یافت؟

جهان‌های چندگانه کوانتومی

بعضی از فیزیکدانان گروه دوم به شدت سرگرم طراحی آزمایش هایی هستند که می تواند به بطن شگفتی نظریه کوآنتوم راه یابد. آنان به آرامی سرگرم آزمایشند تا دریابند که چرا برهم نهی کوآنتومی «فرو می پاشد». این محققان ممکن است در این آزمایش ها به درک نقش اندازه گیری در نظریه کوآنتوم نائل آیند و همراه با آن پی ببرند که چرا رفتار اجسام بزرگ با رفتار اجسام کوچک تفاوت دارد. دیگران نیز در جست وجوی راهی برای آزمودن تفسیرهای مختلف از پدیده های شگفت نظریه کوآنتوم هستند.

از جمله این پدیده ها می توان به «جهان های چندگانه» اشاره کرد که مفاهیمی چون برهم نهی، درهم تنیدگی و سایر پدیده های کوانتومی را با وجود جهان های موازی توضیح می دهد. دانشمندان امیدوارند تا از دستاوردهای چنین تلاش هایی به ناخشنودی ای که منجر شد اینشتین بگوید: «خدا تاس نمی اندازد» غلبه کنند. اما همچنان این سوال در ذهن فیزیک‌دانان زنده است که آیا اصولی بنیادین‌تر از عدم قطعیت بر جهان حکمرانی می‌کنند؟

بازنشر از جزیره دانش |  نویسنده: چارلز سیف | مترجم: سلیمان فرهادیان

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *