مقالات

مروری بر ۲۰۱۵: “شبح‌واری” رفتار کوانتمی

۱۲۲۶۱۵_۹_feat
نوشته شده توسط سید محمد حسین خلیلی

جهان مکانیک کوانتمی مرموز است. اشیاء دور از هم می‌توانند بر هم اثر بگذارند؛ چیزی که آلبرت انیشتین آن را «اقدام شبح‌وار» نامید.
در دنیای کوانتمی،گربه به صورت بالقوه می‌تواند در یک زمان مرده و زنده باشد. (اشاره به گربه شرودینگر)
برای چند دهه دانشمندان تلاش کردند، نشان‌دهند این موارد فقط یک خصلت ریاضی است و در دنیای واقعی با آن‌ها روبه‌رو نمی‌شویم، اما این مثال‌ها خصوصیاتی از جهان واقعی ما هستند.
محققان در مطالعاتی جدید نشان دادند که ذرات جدا از هم می‌تواند با هم ارتباط برقرار کنند. در این میان گروهی دیگر از محققان توانستند آزمایش ذهنی گربه شرودینگر را برای یک باکتری اجرا کنند و نشان دهند که این موجود زنده می‌تواند در دو حالت کوانتمی متفاوت باشد.
این موضوع با انتشار مقاله‌ای در نشریه نیچر که نشان می‌دهد جهان ذاتاً شبح‌وار است، آغاز شد.
تمام سیستم‌های توصیف‌شده توسط مکانیک کوانتمی می‌توانند درهم‌تنیده باشند، برای مثال یک الکترون می‌تواند اسپینی در دو جهت داشته باشد؛ این اسپین اصطلاحاً یا بالا است یا پایین؛ می‌توانید آن را معادل دو روی یک سکه در نظر بگیرید. یک سکه اصطلاحاً دارای دو روی شیر و خط است.
اگر دو الکترون ما درهم‌تنیده باشند، اندازه‌گیری اسپین یکی از آن‌ها می‌تواند وضعیت اسپین الکترون دیگر را نیز مشخص کند. به‌بیان‌دیگر اگر الکترون‌های را به صورت سکه در نظر بگیریم، با مشخص کردن اینکه سکه اول کدام رویش (شیر یا خط) در مقابل ماست، می‌توانیم وضعیت سکه دوم (شیر یا خط بودن) را مشخص کنیم. حتی اگر این دو سکه در فاصله دوری از یکدیگر باشند. البته این دو سکه حتماً باید، درهم‌تنیده باشند. این نکته را هم اضافه کنیم که اگر شما روی سکه را عوض کنید، سکه دیگر در آن‌سوی دنیا هم تغییر می‌کند، البته باز هم تأکید می‌کنیم، درهم‌تنیده بودن این دو، شرط اصلی است.
بر اساس نظریه کوانتمی، وضعیت یک سیستم تا قبل از اندازه‌گیری اصلاً وجود ندارد. به این معنی که تا زمانی که شما درب یک جعبه را باز نکرده‌اید، آن جعبه هم خالی است و هم پر؛ و تنها زمانی یکی از این حالت‌ها وجود خواهد داشت که شما درب جعبه را بازکنید.
به‌طور معمول زمانی که شما یک ذره را اندازه‌گیری می‌کنید (هر اندازه‌گیری از کمیت‌های آن ذره) نه‌تنها وضعیت آن ذره را مشخص می‌کنید؛ بلکه وضعیت ذرهٔ درهم‌تنیده با آن را نیز مشخص کرده‌اید. این اتفاق بلافاصله روی می‌دهد مهم نیست این دو ذره چقدر از هم دور باشند.
انیشتین از این موضوع خوشش نمی‌آمد، زیرا این مسئله به این معنی بود که اطلاعات می‌تواند با سرعتی بیشتر از نور بین دو ذره انتقال پیدا کند. به بیان دیگر نادیده گرفتن قانونی بود که می‌گفت: هیچ چیز سریع‌تر از نور نمی‌تواند سیر کند.
در آزمایشی که اخیراً توسط گروهی از دانشمندان کشورهای مختلف انجام‌شده است، یک جفت الکترون درهم‌تنیده را در فاصله ۱٫۳ کیلومتری از هم برای بررسی اثر درهم‌تنیدگی مورد آزمایش قرارگرفته است. این نوع آزمایش، توسط جان بل، فیزیکدان ایرلندی در دهه ۷۰ میلادی برای یافتن یک توضیح منطقی درباره درهم‌تنیدگی، پیشنهادشده بود.
با جدا کردن دو ذره و دور کردن آن‌ها از یکدیگر باید ارتباط بین آن‌ها قطع شود، اما از دید مکانیک کوانتمی ممکن است به این صورت نباشد.
در طول بیش از ۳۰ سال، آزمایش بل، بارها انجام‌شده و همیشه نشان داده است که نظریه کوانتمی واقعی است؛ اما همه این تلاش‌ها، دارای اشکالاتی بوده است؛ که صحت آن‌ها را زیر سؤال می‌برده. بیشتر دانشمندان از فوتون‌ها برای این نمونه آزمایش‌ها استفاده می‌کردند. گروهی از دانشمندان از یون‌های درهم‌تنیده برای برطرف کردن اشکالات آزمایش کردن با فوتون، استفاده می‌کردند که این کار نیز اشکالاتی دیگر در پی داشت.
در آزمایشی که اخیراً در این زمینه انجام‌شده؛ تلاش شده ضعف‌های موجود در روش‌های قبلی برطرف شود. این گروه از محققان، اسپین دو الکترون را با دو فوتون مختلف درگیر کردند. این دو الکترون در آزمایشگاه‌هایی با فاصله ۱٫۳ کیلومتری از هم قرار داشتند؛ درحالی‌که فوتون‌ها به مکان سومی فرستاده شدند و سپس به‌طور جداگانه الکترون‌ها را درگیر کردند.
این آزمایش که ۱۸ روز متوالی انجام شد، ۲۴۵ بار الکترون‌ها را در وضعیت درهم‌تنیده قراردادند و اسپین آن‌ها را از طریق یک روش مطمئن اندازه‌گیری کردند. هر بار اندازه‌گیری نشان می‌داد که ارتباط بین دو ذره درهم‌تنیده یک ارتباط محلی (وابسته به مکان) نیست و این دو ذره در هر فاصله‌ای از هم که باشند، با یکدیگر در ارتباط هستند.
درهم‌تنیدگی تنها رفتار غیرمعمول و عجیب در دنیای کوانتمی نیست؛ اثرهای مختلفی در نظریه کوانتمی وجود دارد که با دیدگاه روزمره ما از زندگی هم‌خوانی ندارد.

درباره نویسنده

سید محمد حسین خلیلی

دیدگاه شما چیست