مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا

آکاایران: پارادوکس های کوانتومی

به گزارش آکاایران: بیگ بنگ: آزمایش ذهنی شرودینگر با شیئی کوانتومی شروع می شود که در حالت برهم نهی قرار دارد. اینکه آن حالت از چه نوعی است، نیز اهمیتی ندارد. می تواند هر انتخاب دودویی باشد: می تواند اتمی با اسپین بالا/اسپین پایین بوده یا فوتونی باشد که در آن واحد قطبش های عمودی و افقی داشته باشد. خلاصه هر چیزی که شیئی را به انتخاب یکی از دو مقدار صفر یا یک وادارد.

 مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا

مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ -آکا مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ -آکا

آکاایران: مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ

اما در مورد این مثال بیایید فرض کنیم با الکترونی سر و کار داریم که به یک شکافنده ی باریکه برخورد کرده و همزمان دو مسیر را برمی گزیند. هر دو مسیر به جعبه ای منتهی می شوند (فرض کنید درون جعبه یک گربه قرار دارد). مسیر اول بن بست است. اگر الکترون از این مسیر عبور کند هیچ اتفاقی نمی افتد. یعنی صفر. اما مسیر دوم به یک آشکارساز الکترونی ختم می شود. وقتی الکترون به آشکارساز برخورد می کند، آشکارساز سیگنالی را به یک موتور الکتریکی می فرستد که چکشی را به حرکت در می آورد. چکش بطری کوچکی که حاوی نوعی سم بوده و درون جعبه قرار داشته را می شکند و این سم گربه را می کشد.

به برکت اصل برهم نهی، الکترون در یک زمان از هر دو مسیر اول و دوم عبور خواهد کرد. بنابراین الکترون هم به آشکارساز برخورد کرده و هم برخورد نخواهد کرد. یعنی چکش هم بطری حاوی سم را می شکند و هم نمی شکند و همه اینها در یک زمان اتفاق می افتد. قوانین مکانیک کوانتومی حاکی از آنند که گربه در یک نوع حالت برهم نهی قرار دارد: به عبارتی در آن واحد هم زنده است و هم مرده. یک حالت گرگ و میش از زندگی. اما این حالت چطور ممکن است؟ اما صبر کنید. این حالت برهم نهی تا زمانی می تواند ادامه یابد که کسی درب جعبه را باز نکرده باشد. به محض آنکه کسی راجع به گربه اطلاعاتی استخراج کرد، برهم نهی، یا به بیان شرودینگر، تابع موج گربه فرو می افتد. یعنی گربه یکی از دو حالت مرده یا زنده بودن را برمی گزیند و به ناگاه یکی از آن دو را به خود می گیرد.

هنگامی که شرودینگر آزمایشش را پیشنهاد کرد، می دانست که پیامد آن چیز احمقانه و فاقد کیفیت و جدیت خواهد بود. اشیاء ماکروسکوپی مثل گربه به مانند اشیاء کوانتومی همچون الکترون رفتار نمی کنند. و خنده دار است که بیندیشیم که موجودی می تواند در آن واحد هم زنده باشد و هم مرده. اگر ریاضیات مکانیک کوانتومی می گوید که چنین چیزی رخ می دهد، پس چرا ما وقتی در خیابان راه می رویم مانند آدمهایی نیستیم که هم مرده ایم و هم زنده؟ آنچه ما را از مشاهده برهم نهی در اجسام بزرگ مانند توپ بیس بال و ماشین و گربه باز می دارد، چیست؟

برخی فیزیک دانان پیشنهاد کرده اند که چیز اساسا متفاوتی وجود دارد که دنیای کوانتومی را از دنیای کلاسیکی جدا می کند. برخی گمان می کنند یک حد اندازه خاص وجود دارد که در آن به دلیلی قوانین مکانیک کوانتومی دیگر کار نمی کنند و قوانین کلاسیک جای آن را می گیرند. تا آنجا که آزمون گران می توانند اظهار نظر کنند، چنین مرز جداکننده ای وجود ندارد. دانشمندان مدتها است اشیاء بزرگ و بزرگ تر را به حالت برهم نهی می برند. برای مثال، فیزیکدانی همچون آنتون زایلینگر در دانشگاه وین اتریش مدتی است مشغول معادل سازی آزمایش گربه ی شرودینگر با مولکول های بزرگی موسوم به فولرین هاست. این فولرین ها مولکول های فقسی شکل و کروی هستند که محتوی شصت یا کمی بیشتر اتم کربن می باشند. بر حسب استاندارهای کوانتومی، این مولکول ها واقعا غول آسا محسوب می شوند. با این همه وقتی زایلینگر، فولرین ها را به میان ساختار رنده ای شکل شلیک می کند، هرکدام مسیری چندگانه را به سمت آشکارساز در پیش می گیرند. هرچند این مولکول ها بسیار از اتم ها و الکترون ها و فوتون ها بزرگترند، اما می توان آنها را به برگزیدن همزمان دو مسیر وا داشت: آنها مجبور به رفتن به حالت برهم نهی می شوند. تا امروز دانشمندان نتوانسته اند حد اندازه ای را برای قوانین نظریه ی کوانتومی بیابند. هرچیزی در این عالم باید به نوعی در معرض آن قوانین قرار داشته باشد.

پس با این حساب می رسیم به یک پارادوکس. ظاهراً ریاضیات نظریه ی کوانتومی حاکی از آن است که دانشمندان باید قادر باشند حتی اجسام بزرگی مانند توپ بیس بال و گربه ها را هم در حالت برهم نهی قرار دهند. اما به باور ما بی معنی است که بتوان توپ بیس بال را در آن واحد در دو مکان قرار داد.
اگر قوانین مکانیک کوانتومی برای اشیاء میکروسکوپی به کار می روند، چرا اشیاء ماکروسکوپی مانند میکروسکوپی ها عمل نکنند؟ دست کم این قدری معنی می دهد. چنین تخطی ای از عقل سلیم باید یک نظریه را زیر می کشاند، اما این تنها پارادوکس از این دست نبود. اینشتین از کمیات ظاهراً متناقض مکانیک کوانتومی به طرز ناخوشایندی متنفر بود و بارها و بارها سعی کرد نظریه ای را که خود به خلق آن کمک کرده بود از بین ببرد. او تقریبا موفق شده بود …

ادامه دارد …

قسمت چهاردهم

 مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا
 مشهورترین پارادوکس های تاریخ – قسمت پانزدهم – وب سایت علمی بیگ بنگ - آکا
.

منبع :

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
تبلیغات