دکتر سید سلمان فاطمی

نقش نگاه از پایین یا نگاه از بالای بیننده بر قوانین کیهان مادی
عدم قطعیت و در هم تنیدگی کوانتومی در برابر هم، چگونه قرار می گیرند؟
در عدم قطعیت بیان می شود، تعیین مکان و تکانه ی ذره به صورت همزمان ممکن نیست و در دومی بیان میشود، ذرات کیهان با هر فاصله ای از هم باشند، به شکلی ناگهانی و منظم بر هم تاثیر می گذارند یا به عبارتی ذرات کیهان با وجود فاصله زیاد آنها (چه فاصله ی زمانی یا مکانی)با هم پیوسته اند و تحت تاثیر هم هستند.

از قوانین قطعی نیوتونی- که در صورت داشتن مکان و سرعت هر ذره به طور قطعی پیش بینی می کند در آینده در چه جایگاهی قرار دارد-
تا عدم قطعیت- که بیان میکند در هیچ لحظه ای نمیتوان تکانه و موقعیت ذره را به طور دقیق مشخص کرد زیرا خالی کردن مکان از چیزی، به معنی تهی کردن آن از نوسانات کوانتومی است در حالی که چنین چیزی ممکن نیست و بعدها باعث اعتراض اینشتاین شد
تا در هم تنیدگی کوانتومی و برداشتن فاصله ها در کیهان، با وجود اینکه تصور میکنیم این فاصله ها و تفاوت ها وجود دارد، پیچیدگی کیهانی را نشان میدهد که ما در آن زندگی می کنیم. در برابر این قوانین متفاوت از هم، چه میتوان کرد و آیا راهی برای اتحاد میان این قوانین وجود دارد؟
در حالی که همه این آزمون ها در آزمایشگاه های پیشرفته آزموده و درستی آن ثابت شده است!
به خاطر این تضادها برخی فیزیکدان ها به طرح فرضیه ی چند جهانی پرداخته اند. بر اساس این طرح، قوانین کیهان مادی در نتیجه ی تاثیر جهانی دیگر بر جهان ما، شکل می گیرد. براین اساس اگر شما بدون توجه به تاثیر کیهان های فراتر، بر تضادها و تمایزهای کیهان مادی بنگرید، این فاصله ها ایجاد خواهد شد و نه تنها فاصله ها شکل می گیرد بلکه با بی توجهی بر قوانینی که از کیهان بالاتر نقش تدبیری را بر کیهان مادی اعمال میکند، بسیاری از یافته های ما دچار استثنا و دگرونی میشود. در این مدیریت ناشناخته، انتظار هست هر لحظه چیز جدیدی خودنمایی کند و یافته های کیهان مادی هم در هم بکشند.(عدم قطعیت) و طبیعی است در این تاثیر نادیده گرفته شده، بسیاری از رموز ناشناخته باشد و این تاثیر والا، بتواند اجزای متفاوت کیهان مادی را به صورت همزمان و نه جدای از هم مدیریت کند.(در هم تنیدگی)
دانشمندان یک خلا قانونی را در قانون عدم قطعیت هایزنبرگ، پیدا می کنند!
رفتار عجیب کوانتومی میتواند در مقیاس بزرگ هم وجود داشته باشد.
ضربه های دو طبلک آلومیننیومی در هرم تنیده شده نشان میدهد دانشمندان می توانند اصل عدم قطعیت را کنار بگذارند.
مکانیک کوانتوم، ظاهر آشفته ی خود را از این ایده که واقعیت بیرونی یک خط از واقعیت سنجی است که اشیا میتوانند در آن واحد در دو وضعیت باشند( مثلا هم مرده و هم زنده) به میان آورده است. چنین رفتار کوانتومی عجیب و شگفت وقتی اشیای کوچک، بزرگ میشوند پایان نمی یابد؛ فقط اینکه احساس ما و وسایل بزرگنمای ما نمی تواند آن را مشخص کند.

اکنون با نواختن دو گروه از طبلک های بسیار ریز، دو گروه از فیزیک دان ها مقیاسی را آورده اند که ما در آن می توانیم تاثیرات کوانتومی را در قلرو ماکروسکوپی هم مشاهده کنیم. یافته ها تاثیر کوانتومی عجیبی را به نامدرهم تنیدگی در مقیاس بسیار بزرگتر از آنچه قبلا مشاهده شده بود مشخص میکند و نیز روشی را برای استفاده از این تاثیر در زمانی که ذرات در اتصال با ذرات دیگر هستند حتی اگر در فاصله ای بسیار دور از هم جدا باشند توضیح می دهد و این سبب میشود، فیزیک از عدم قطعیت مزاحم، جدا شود.

این دانش، میتواند جاذبه ی کوانتومی را مشخص کند و کامپیوترهای کوانتومی را با قدرت های محاسباتی بسیار بیشتر از ابزارهای کلاسیک، طراحی کند.
فیزیکدان ها برای مدتی طولانی نگران و کنجکاو بودند ببینند پدیده های کوانتومی شگفت انگیز تا چه اندازه در جهان ماکروسکوپی آشنا و قابل پیشبینی برای ما منطبق میشود؛ بیشتر به خاطر اینکه قانون سفت و سختی نیست که پیشبینی کند این تطابق کی رخ میدهد.

دو پژوهش از دو تیم پژوهشی جدای از هم یک جهش وخیز را از درهم تنیدگی کوانتومی قابل مشاهده بین اتم های مجزا تا مشاهده آن بین غشاهای آلومینیومی به اندازه ی میکرون که با طبل هایی- که از یک تریلیون اتم ساخته شده است- پیگیری میکند.

در ساده‌ترین شکل، درهم تنیدگی توضیح می دهد دو ذره بدون توجه به فاصله ی بین آنها با هم متصل و مرتبط هستند. ذرات به صورت بی نهایت با هم پیوسته اند/ با دانستن اطلاعات در مورد موقعیت ذره ی اول بلافاصله اطلاعاتی در مورد ذره ی دوم به طور همزمان خواهی داشت و تغییر یک ذره باعث تغییر همزمان در ذره دیگر میشود و سرعت انتقال این تحولات در هر دو حالت، بیشتر از سرعت نور است.

دانشمندان در آزمون اول که توسط موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی آمریکا(در کلرادو) NIST انجام شد طبل های ریز را با حدود ده میکرومتر فاصله در تراشه در کنار هم قرار دادند و پس از آن این طبل ها را به درجه حرارت حدود صفر مطلق رساندند. با سرد شدن طبل ها شانس آنها برای واکنش با محیط بیرون بسیار کاهش می یابد و به دانشمندان اجازه میدهد دو طبل را به صورت در هم تنیده همزمان کنند و مشاهده کنند وقتی یکی از آنها با مایکروویو تحت تاثیر و جنبش قرار می گیرد در طبل دیگر همزمان چه لرزشی پیدا میشود.

جان توفلفیزیکدان در NIST می‌گوید: اگر تو اطلاعات تکانه ای و مکانی دو طبلک را به طور مستقل بررسی کنی آنها به نظر میرسد مانند هم درگیر شده اند.ولی با نگاه همزمان به آنها ما میتوانیم چیزی- که شبیه حرکات تصادفی یک طبل است- را بسیار در ارتباط با طبلک دیگر ببینیم و این شباهت فقط ازطریق در هم تنیدگی کوانتومی امکان پذیر است.
پژوهشگران میزان در هم تنیدگی دو طبلک را با اندازه گیری حداکثر فاصله ای که نسبت به حالت استراحت دارد محاسبه کردند. پژوهشگران دیدند این طبلک ها به صورت همزمان و سینکرونیزه جابجا می شوند و وقتی یکی آمپلیتیود بالا دارد آمپلیتیود دیگری پایین است و سرعت آنها کاملا برعکس طرف مقابل است.

توفل با اشاره به تکه یا ذرات گسسته که اشیای کوانتومی مانند طبلک در آن می لرزد ادامه می دهد: اگر آنها ارتباطی با هم نداشتند و آنها هر دو به طور کامل، سرد، بودند تو فقط میتوانستی موقعیت تقریبی طبلک دیگر را در یک عدم قطعیت با نیمی از حرکات کوانتومی حدس بزنی....وقتی آنها در هم تنیده میشوند ما میتوانیم بهتر و با عدم قطعیت کمتری کار را انجام دهیم. در هم تنیدگی تنها راهی است که با آن میتوان این را توجیه کرد. طبلک های لرزان در محدوده و مقیاس بزرگ به نظر میرسد دو چیز مجزا هستند ولی آنها با در هم تنیدگی شبح وار و شگفتی با هم در ارتباط هستند.

پژوهشگران NIST می خواهند از سیستم طبلکی خود استفاده کنند تا گره ها و نقاط انتهایی شبکه ها را در شبکه های کوانتومی بسازند و همزمان آنها را با چالش هایی- که نیازمند سطوح بی سابقه ای از دقت است مانند تشخیص جاذبه وقتی در ریزترین مقیاس ها عمل میکند- سازگار کنند.
گروه دوم پژوهشگران تحت مدیریت میکا سیلانپا دردانشگاه آلتو در فنلاند کوشش کردند سیستم طبلکی کوانتومی را راه بیندازند تا یکی از سختگیرانه ترین قوانین فیزیک کوانتوم یعنی اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را کنار بگذارند. این قانون اولین بار توسط فیزیکدان آلمانی ورنر هایزنبرگ در سال 1927 مطرح شد. این اصل، محدوده سخنی را به چالش میکشد که با دقت کامل بیان میکند ما میتوانیم با اندازه گیری، برخی خصوصیات فیزیکی یک ذره به دست بیاوریم.

این مطرح میکند که ریزترین و بنیادی ترین سطح کیهان، یک جانور غیرقابل پیشبینی و درهم بر هم است و هرگز اجازه نمی دهد اطلاعات کاملی از آن به دست بیاید. آیا تو میتوانی همزمان موقعیت ذره و تکانه ی آن را با دقتی کامل مشخص کنی؟ برای نمونه اگر بخواهی بدانی یک الکترون دقیقا در کجاست آیا میتوانی آن را مرتبا اندازه گیری کنی تا قطعیت نسبی ای را به دست بیاوری؟! هر چه بیشتر چنین کنی و بیشتر با آن تعامل کنی تکانه ی آن، تغییر میکنند.

قطعیت در جهان کوانتومی یک معاوضه ی پایاپای است و این در قلمرویی است که اشیا در آن بیشتر به صورت ابری از احتمالات وجود دارند. مطمئن شدن در مورد یکی از خصوصیات به معنی اطمینان کمتر در مورد خصوصیات دیگر است. ولی گروه دوم پژوهشگران راهی را پیدا کردند. با نواختن مداوم طبلک کوانتومی با فتون ها یا ذرات نور پژوهشگران توانستند طبلک های خود را به شکل در هم تنیده با هم کوک کنند. سپس به جای اندازه گیری موقعیت و تکانه ی هر کدام از طبلک های کوانتومی پژوهشگران طبلک های در هرم تنیده را به عنوان یک طبلک واحد پردازش کردند و موقعیت طبلک را بدون تاثیر گذاری بر سرعت آن، اندازه گرفتند.

لور مرسیر مدیر پژوهش در دانشگاه آلتوی فنلاند می گوید: اگر دو طبلک به عنوان یک ماهیت مکانیکی کوانتومی پردازش شود، عدم قطعیت کوانتومی حرکت طبلک ها از میان می رود. این، احتمالات بسیار دیگری را برای اندازه گیری های در ریزترین مقیاس ها میگشاید بدون آنکه هیچ داده ای گم شود ولی اگر روش مداومی برای اندازه گیری با حسگرهای کوانتومی آنها که به طور مداوم کوچک و کوچکتر میشود در نظرگرفته شود.

پژوهشگران امیدوارند طبلک های در هم تنیده ی آنها حساسیت کافی را برای اندازه گیری به هم ریختگی ها در فضا- که با موج های جاذبه و ماده ی تاریک ایجاد می شود- داشته باشد و نیز در ارتباط با شبکه های کوانتومی استفاده شود که از اشیای در هم تنیده بیشتر شبیه طبلک های آنها استفاده میکند.
هر دو ازمایش ما را با واقعیت نزدیک بودن خودمان با جهان کوانتومی مواجه میکند که با وجود اینکه طی آزمایش های احضار گربه ی نیمه مرده- نیمه زنده، ظاهرا دور از ذهن هستند به روشی بسیار ظریف تر از آنچه تصور می کنیم وارد زندگی ما می شود.
گروه های اول و دوم، هر دو مطالب خود را در مجله ی ساینس منتشر کردند. https://www.livescience.com/quantum-drum-duet-heisenberg-uncertainty-principle.html?utm_source=notification&fbclid=IwAR3u5DL0JJksK7cosUI8tK2YGLtJZB2VoIWsABOtyO3MZLeFvF9dusmU4fU