آیا اصل هایی عمیق تر از عدم قطعیت و عدم موضعیت وجود دارد؟

پس از سال ها كه نظریه كوآنتوم به بلوغ رسیده است، آن ندا آرام تر شده است، اما هیچ گاه خاموش نشده بود. در بطن همخوانی ستایش آمیز از نظریه كوآنتوم همیشه زمزمه ای مبهم به گوش رسیده است. نظریه كوآنتوم در واپسین سال های قرن نوزدهم متولد شد و خیلی زود به یكی از ستون های فیزیك جدید بدل شد.
این نظریه با دقتی باورنكردنی رفتار عجیب و غریب و دور از انتظار ذرات بسیار ریزی همچون اتم ها، الكترون ها و سایر موجودات جهان زیر میكروسكوپی را توصیف می كند. اما موفقیت مكانیك كوآنتوم به قیمت مشقت بسیار حاصل شده است. كاركرد معادلات مكانیك كوآنتوم بسیار خوب است اما به نظر می رسد كه كاملاً بی معنی هستند. بدون توجه به اینكه چه نظری در مورد مكانیك كوآنتوم داشته باشیم، این معادله ها رفتار ذرات را به شیوه ای كه 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 كاملاً منحصر به فرد باشند. برای مثال ریاضیات نظریه كوآنتوم می گوید یك اتم می تواند تا زمانی كه اختلالی ایجاد نشده و كسی آن را مشاهده نكرده است، در آن واحد هم در سمت راست جعبه و هم در سمت چپ جعبه باشد. این ایده امروز تقریباً همانقدر محل بحث است كه ۸۰ سال پیش بود؛ زمانی كه اروین شرودینگر برهم نهی را با مثال گربه ای نیمه مرده- نیمه زنده توصیف كرد. نكته در این است كه مكانیك كوآنتوم معنی «وجود داشتن» را تغییر می دهد.
در دنیای كلاسیك هر جسمی واقعیت محض دارد: حتی یك ابر گاز را می توان به خوبی به صورت توپ های كوچك سخت بیلیارد تصور كرد كه هركدام از این توپ ها سرعت و موقعیت كاملاً تعریف شده ای دارند. به نظر می رسد كه نظریه كوآنتوم آن واقعیت محض را متزلزل می كند. در حقیقت اصل مشهور عدم قطعیت كه مستقیماً از ریاضیات نظریه كوآنتوم سربرآورده است، می گوید موقعیت و اندازه حركت ذره تعریف نشده است و كسب اطلاع در مورد یكی به معنی از دست دادن اطلاعات در مورد دیگری است. فیزیكدانان كوآنتوم كه با این عدم قطعیت سروكار دارند، می گویند «وجود دارد»- در مورد اجسام بنیادی كه موضوع معادلات نظریه كوآنتوم است- به این معنی نیست كه اینها حقیقتاً ذره نیستند كه واقعیت خارجی داشته باشند بلكه «احتمال موج» هستند كه فقط زمانی كه ناظر اندازه گیری را انجام می دهد، قابلیت تبدیل شدن به واقعیت را می یابند. این مفهوم كه از آن با عنوان تعبیر كپنهاگ یاد می شود، وقتی معنا می یابد كه بپذیرید واقعیت، موج احتمال است و نه اجسام محض. با این همه هنوز هم نمی توان مفهوم عجیب دیگر نظریه كوآنتوم یعنی: عدم موضعیت را به طور كامل شرح داد.
در سال ۱۹۳۵ اینشتین طرحی را ارائه كرد كه هنوز هم در تضاد با عقل سلیم است. در آزمایش ذهنی وی دو ذره از یكدیگر جدا شده و به دو سوی مختلف كهكشان می روند. اما این دو ذره «درهم تنیده» هستند (یعنی به لحاظ مكانیك كوآنتوم مستقل از هم نیستند) و به همین دلیل هر ذره آناً «احساس» می كند كه برای همزادش چه روی داده است. یكی 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 یكدیگر ارتباط برقرار می كنند. این «عدم موضعیت» یكی از نتایج ریاضیات نظری كوآنتوم است و در آزمایشگاه نیز اندازه گیری شده است. این كنش وهمناك آشكارا فاصله و جریان زمان را نادیده می انگارد. در نظریه، این ذرات می توانند پس از آنكه درهم تنیدگی آنان سنجیده شده است، درهم تنیده بمانند.
در یك سطح می توان گفت كه عجیب و غریب بودن نظریه كوآنتوم مسئله ای ایجاد نمی كند. چارچوب ریاضیات نظریه سالم و بی عیب است و تمام این پدیده های عجیب را به خوبی توصیف می كند. چه مشكلی پیش می آید اگر ما انسان ها نتوانیم واقعیت فیزیكی متناسب با معادلات خود را تصور كنیم؟ تاكنون روش این بود كه برای به دست آوردن تفسیر مكانیك كوآنتوم می گفتند: «ساكت شو و محاسبه كن»
اما به نظر بسیاری دیگر ناتوانی ما در درك نظریه كوآنتوم، بیانگر آن است كه هنوز حقایق عمیق تری باقی مانده است كه باید آنها را درك كنیم.
بعضی از فیزیكدانان گروه دوم به شدت سرگرم طراحی آزمایش هایی هستند كه می تواند به بطن شگفتی نظریه كوآنتوم راه یابد. آنان به آرامی سرگرم آزمایشند تا دریابند كه چرا برهم نهی كوآنتومی «فرو می پاشد». این محققان ممكن است در این آزمایش ها به درك نقش اندازه گیری در نظریه كوآنتوم نائل آیند و همراه با آن پی ببرند كه چرا رفتار اجسام بزرگ با رفتار اجسام كوچك تفاوت دارد. دیگران نیز در جست وجوی راهی برای آزمودن تفسیرهای مختلف از پدیده های شگفت نظریه كوآنتوم هستند. از جمله این پدیده ها می توان به «جهان های چندگانه» اشاره كرد كه مفاهیمی چون برهم نهی، درهم تنیدگی و سایر پدیده های كوانتومی را با وجود جهان های موازی توضیح می دهد. دانشمندان امیدوارند تا از دستاوردهای چنین تلاش هایی به ناخشنودی ای كه منجر شد اینشتین بگوید: «خدا تاس نمی اندازد» غلبه كنند.


چارلز سیف

منبع : روزنامه شرق