دکتر سید سلمان فاطمی

تأثیر نگاه انسان بر رفتار ذرات کوانتومی جهان- قسمت هفتم
علم امروز، تکنولوژی فردا است.
ذرات کوانتومی، آجرهای ساختمان دنیای ماست. آنچه در پس ساختمان و در نگاه ناظر ساده پنهان میشود، معمولا واحدهای ساختمانی و ریشه هایی است که ساختمان را تشکیل داده است. هرچند این واحدها و ریشه ها از نگاه درشت بین انسان، مخفی می شود، تاثیر خود را برهمه ی ساختمان خواهد داشت. رفتار ذرات کوانتومی کیهان، دارای تاثیری سرنوشت ساز و علتی بر کیهان درشت ما یعنی معلول رفتارهای کوانتومی، خواهد بود.

از نگاه درشت نیوتنی تا نسبیت عام و خاص تا نگاه ریز زیر اتمی در فیزیک کوانتوم و رفتار اسرارآمیز کوانتومی که پیشرفت علوم، با کشف برخی اسرار آن هر روز شگفت زده تر میشود، راهی پر رمز و راز، طی شده است که بر حیرت دانشمند و پژوهشگر امروز می افزاید و آنچه هنوز ناشناخته مانده است بیشتر از این خواهد بود.
ندانستن همه چیز، ویژگی مهم انسان است و عیب نیست.
عیب، ندیدن این ندانستن و توهم علم به همه چیزاست.

مکانیک کوانتوم به ما نشان میدهد واقعیت، به طورکامل یک خطای ادراکی است.
بیش از یک صد سال است که ما شروع به رمزگشایی از جهان، در ریزترین مقیاس ها کرده ایم. طی سال ها، ما پدیده های بسیار عجیبی از فیزیک کوانتوم را کشف کرده ایم ولی جالب ترین چیز، درهم تنیدگی کوانتومی است. این درهم تنیدگی مانند یک واقعیت گیج کننده برای ذهن است که آلبرت اینشتیندر مورد آن، تردید داشت.
او گفت این یک رفتار شبح وار و اسرار آمیز در یک فاصله است.
برای درک اینکه درهم تنیدگی کوانتومی چگونه کار میکند یک مثال ساده را تصور کن. تصور کن یک جفت دستکش داری و هر کدام را در جعبه های متفاوتی میگذاری. پس از آن، تو جعبه ها را این ور و آن ور حرکت میدهی و از دوستان خود میخواهی یکی از جعبه ها را باز کنند. اگر او جعبه را باز کند و دستکش دست راست را پیدا کند بعدا بدون باز کردن جعبه ی دوم، میدانی حاوی دستکش دست چپ است. اگر تو جعبه ی دوم را در کره ی ماه یا هرجای دیگر قرار دهی این تعیین، باز درست است زیرا دو دستکش دو پدیده ی در هم تنیده هستند: یکی مربوط به دست راست و دیگری مربوط به دست چپ است.

وقتی تو کوشش کنی این اصل را برای ذرات در حوزه ی کوانتومی به کار ببری، اشیا اسرارآمیز میشود. ذرات یک خصوصیت درونی به نام اسپین(چرخش و نوسان) دارند. قبل از آنکه تو آن را اندازه بگیری این میتواند در هر جهتی باشد. برای اندازه گیری این چرخش درابتدا تو باید جهتی را- که دوست داری اندازه بگیری- مشخص کنی. اگر تو میخواهی آن را به صورت افقی اندازه گیری کنی، دو نتیجه ی ممکن، مربوط به دست راست یا دست چپ خواهد بود؛ اگر تو بخواهی آن را عمودی اندازه گیری کنی دو نتیجه، بالا و پایین خواهد بود.(با در نظرگرفتن اینکه ابعاد کیهان، فقط محدود به مکان نیست، میتوان این تصور را به ابعاد بیشترهم توسعه داد. مثلا اگر بخواهی آن را در بعد زمان اندازه بگیری، نتیجه یت وقبل و بعد خواهد بود. اگر در ابعاد فراتر از زمان و مکن اندازه بگیریم، نتیجه ی ما، مثلا وجود بیشترو وجود کمتر خواهد بود و ...

آنچه در نتیجه، تاثیر دارد، نوع تصمیم بیننده و یا مشاهده گر هوشمند است. نوع نگاه، بر نتیجه و بعدی که نمایش میدهد، تاثیر گذار است. در حقیقت، اراده و تصمیم مشاهده گر هوشمئد است که هویت نتیجه را تعیین میکند.)
اسپین دو ذره را تصور کن: اسپین، پیش از اندازه گیری و محاسبه، میتواند به هر جهتی اشاره کند. اجازه بده اکنون چرخش و اسپین یک ذره را در طول محور افقی اندازه بگیریم. اسپین اندازه گیری شده راست یا چپ خواهد بود و شانس هر کدام 50% است. حتی اگر تو ذره ی دوم را برای اندازه گیری انتخاب کنی تو نتایج مشابه 50% راست و 50% چپ را خواهی داشت.

با این همه اگر ذرات دقیقا مانند دستکش ها در هم تنیده شده باشند، ببینیم چه میشود. اگر تو اسپین ذره ی اول را اندازه گیری کنی و آن را راست ببینی، نتیجه ی ذره ی دوم 100% چپ خواهد بود. بنابراین اطلاعات محاسبه ای- که برای ذره ی دوم به دست آمده است- در زمانی است که اندازه گیری اول ساخته شده است. (موقعیت ذره ی دوم، با اندازه گیری موقعیت ذره ی اول، به طور ناگهانی و با سرعت نزدیک به بی نهایت تعیین میشود.)
و در اینجا چیز عجیبی وجود دارد: این اطلاعات فورا انتقال می یابد!

اگر تو اندازه گیری را در بخشی از جهان انجام دهی اطلاعات کوانتومی میتواند فورا به ذره ی درهم تنیده حتی در بخش مقابل کیهان فرستاده شود!
به یاد داشته باش مسافرت وانتقال با سرعت 300 هزار کیلومتر در ثانیه نور، تندترین چیز در جهان است. ولی درهم تنیدگی کوانتومی، مستقل از این قانون به ظاهر قطعی است.

تا اینجا این اعتقاد وجود داشت که درهم تنیدگی کوانتومی به طور خالص یک پدیده ی کوانتومی است. با این همه دانشمندان اخیرا دیده اند این فعالیت اسرارآمیز، در سطح ماکروسوکوپی هم وجود دارد. درهم تنیدگی در حقیقت، ارتباط بین دو چیزاست.

در محیط آزمایشگاه، دو گروه از دانشمندان، دو طبلک آلومینیومی به اندازه ی یک گلبول قرمز ساختند. هر کدام از این طبلک ها تقریبا یک تریلیون اتم داشت. آنها این طبلک ها را در یک تراشه کریستالی گذاشتند و سیستم را تا نزدیک صفر مطلق سرد کردند. در نهایت دانشمندان هر دو طبلک را با میکروویو(میکروموج)، ضربه زدند. پس از برخورد با میکروویو هر دو طبلک لرزیدند و به اندازه ی یک پروتون به بالا و پایین رفتند.

این حرکت بسیار ریز، به عنوان تغییر در ولتاژ مداری- که به طبلک متصل بود- اندازه گیری شد. وقتی طبلک ها با هم درتنیده شدند شدت های آنها با هم در ارتباط بود. اگر یک طبلک با شدت و آمپلیتیود ولتاژ بالا در مدار، اندازه گیری میشد طبلک دیگر لازم بود شدت پایین داشته باشد.

آزمایش بسیار دقیق طراحی شده بود به طوری که هیچ راهی برای طبلک ها نبود که بتوانند به صورت مکانیکی با هم در ارتباط باشند. میکروویو به عنوان واسطه استفاده شد و به آنها اجازه میداد با هم حرکت کنند.
تو ممکن است متحیر باشی که هدف از این آزمون چیست. تصور میکنیم وقتی اشیا بزرگ میشوند، رفتار عجیب و غریب کوانتومی را نشان نمی دهند. هدف از چنین تجربه هایی آوردن چیزی بزرگ در عرصه ی کوانتومی است.(آنچه میبینیم، در تصور و ذهن ما، ممکن است بسیار متفاوت از حقیقت اشیا باشد. آنچه میبینیم در ظرف نگاه و ذهن ما شکل می گیرد و تصورات ما نیز از آن، در این ظرف جمع میشود. حقیقت اشیا، ممکن است بسیار متفاوت از نگاه امروز ما باشد و تجربه های جدید دانشمندان، همین را نشان میدهد. شگفتی ها فقط در اجزای ریز تشکیل دهنده ی کیهان نیست؛ در همه اجزای کیهان؛ چه ریز و چه درشت وجود دارد.)

کاربردها از کامپیوترهای کوانتومی تا چالش های فیزیک را در برمیگیرد که نیازمند دقت زیر اتمی است؛ مانند تعیین و تشخیص ماده ی تاریک یا موج های جاذبه.
ولی شاید چالش آمیزترین جنبه در پس این کاربردها اینکه خیلی ساده ما را نزدیک تر به طبیعت حقیقی کوانتومی جهان می کند.
علم امروز، تکنولوژی فردا است. ادوارد تلر
https://www.youtube.com/watch?v=Za4QaN7wQeo