دیدار آدینه ۱۶
کد خبر: ۷۲۶۱۴
۱۲:۳۵ - ۱۱ مهر ۱۳۹۹

دانش آدینه ۷: الاکلنگ ذرات؛ تاثیر شبح‌وار از فاصله دور

دیدارنیوز ـ سروش زمانی مقدم: معروفست که اینشتین این عنوان را برای یکی از رفتار‌های خاص و عجیب ذرات کوانتومی برگزید. رفتاری که تا به امروز نیز ذهن فیزیکدانان را به چالش کشیده و علیرغم نظریات مختلفی که برای توجیه آن ارائه شده و کاربرد‌های مختلف تکنولوژیکی که برای آن یافته شده، هنوز یک توافق عمومی در مورد چگونگی رخ دادن آن وجود ندارد.


برای توضیح آن باید کمی به عقب برگردیم. اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بود که درخت شکوهمند و پربار فیزیک کلاسیک با ضربه‌های محکم تبر‌های فیزیک مدرن، به لرزه افتاد و نیاز به بازنگری مبنای قوانینی از طبیعت که عمدتا مبتنی بر ذرات بزرگ مقیاس، در سرعت‌های "پایین نسبت به سرعت نور"بود، بیش از پیش احساس شد. این بازنگری در دو جهت متفاوت انجام شد. از یک طرف رفتار طبیعت در سرعت‌های بالا، تحت عنوان "نسبیت خاص" بررسی شد و از طرفی دیگر، مطالعه ذرات ریز مقیاس در حوزه فیزیک اتمی و زیر اتمی، منجر به پیدایش مکانیک جدیدی با نام مکانیک کوانتومی شد.

 

نتایج غنی این بررسی‌ها منجر به تغییر برخی از مستحکم‌ترین اصول فیزیک نیوتونی شد و نقش تازه‌ای را به انسان به عنوان ناظر و بررسی کننده این قوانین داد و مقام او را از یک "تماشاچی صرف قوانین طبیعت" به "بازیگری که در رخداد‌ها ایفای نقش میکند" ارتقاء بخشید. تاریخ فیزیک مدرن و اتفاقاتی که بیانگر این فراز و فرود‌ها در اوایل قرن بیستم است، بسان یک رمان علمی جذابست که زمان جداگانه‌ای را برای بیانش می‌طلبد. اما یکی از مهمترین تغییراتی که در فرضیات نیوتون به عنوان سردمدار فیزیک کلاسیک، در بخش نسبیتی فیزیک مدرن رخ داد، آن بود که بر خلاف فرض چند صد ساله کلاسیکی ما، سرعت اجسام، محدود به زیر سرعت نور، به عنوان بالاترین حد سرعت "انتقال اطلاعات" است و بنابراین از آنجایی که اجسام نمی‌توانند به سرعت‌های بالاتر از سرعت نور و حتی خود سرعت نور برسند، بنابراین سرعت انتقال انرژی و در نتیجه انتقال اطلاعات در طبیعت، برخلاف فرض فیزیک کلاسیک، بی نهایت نبوده و محدود به زیر سرعت نور است. نیوتون علیرغم آن که خود به مشکلات ناشی از چنان تفکری آگاه بود، چون مکانیسمی برای توجیه سازوکار برهمکنش نداشت، به ناچار "کنش" یا به بیان دیگر انتقال اطلاعات را "آنی و لحظه ای" دانسته و بنابراین مثلا سرعت برهمکنش گرانشی خورشید و زمین را بی نهایت در نظر می‌گرفت و ناچار بود فرض کند که برای مثال اگر روزی در یک لحظه خورشید در جای خود نباشد، زمین بطور آنی، از مدار خود خارج شده و در بیکران کیهان گم می‌شود. البته امروزه می‌دانیم که در صورت وجود چنین تراژدیی، تنها پس از حدود هشت دقیقه، متوجه عاقبت هولناک گم شدنمان در فضا می‌شویم و تا قبل آن همه چیز همچون قبل در امن وآسایش خواهد بود، زیرا آن چه را که امروزه بر طبق پیش بینی تایید شده نظریه نسبیت عام، موج گرانشی می‌نامیم، تنها پس از حدود هشت دقیقه و طی مسافت "هشت دقیقه نوری" بین خورشید و زمین و آن هم با سرعت هرچند بالا، ولی محدود نور به ما می‌رسد و اطلاعات "نبود خورشید" را به زمین می‌دهد.


در واقع به زبان ساده و بر طبق اصلی که آن را "موضعیت" می‌نامیم، ذرات در فضا، با رد و بدل کردن موجودی، با هم بر همکنش کرده و همدیگر را تحت تاثیر قرار می‌دهند. اگر چیزی را می‌بینیم، تبادل ذرات فوتون بین آن چیز و چشم ما، باعث دیده شدنش می‌شود. از طرفی خورشید و زمین نیز بوسیله امواج گرانشی، حضورشان را بهم اعلام می‌کنند و کلیه این تبادلات، منطبق با نسبیت خاص و حد بالا بودن سرعت نور انجام می‌شود و بنابراین چیزی با عنوان "کنش از راه دور" یا "کنش آنی" معنایی ندارد؛ بنابراین نسبیت عام اینشتین، نظریه‌ای به اصطلاح لوکال است و نظریاتی مبتنی با این فرض جدید را نظریات به اصطلاح "لوکال" می‌نامیم. این آن چیزیست که نیوتن از آن بی اطلاع بود چرا که بر طبق نظریه گرانش نیوتون، خورشید و زمین به طور آنی همدیگر را جذب می‌کنند.


با این مقدمه به بخش دیگر فیزیک مدرن، یعنی دنیای مکانیک کوانتومی پا می‌گذاریم تا تاثیر شبح وار از فاصله دور ذرات را به صورت آن چه که گویا ارتباطی الاکلنگی بین ذرات وجود دارد و در آن به طرز عجیبی کنش از راه دور اتفاق می‌افتد بررسی کنیم! این ماجرا روایت آن چیزیست که به لحاظ فنی، "در هم تنیدگی کوانتومی" نامیده می‌شود.

کارکرد بازی الاکلنگ به صورتیست که هرگاه ناظری وضعیت یکی از اشخاص سوار بر الاکلنگ را در یک طرف آن ببیند یا به اصطلاح بسنجد، می‌تواند اطلاعات وضعیت شخص دیگر سوار بر آن را بدون نگاه کردن به او، بدست آورد. مثلا هنگامی که نفر اول در وضعیت "پایین" قرار می‌گیرد، حالت نفر دوم، "بلافاصله" و بدون نگاه کردن به او، بصورت وضعیت "بالا" بدست می‌آید هر چند طول الاکلنگ به درازای کیهان باشد! در دنیای کوانتومی وضعیت مشابهی برقرارست. در واقع وقتی ابتدا ذرات با هم در تماس و درگیر باشند و سپس آن‌ها را در حالتی موسوم به "در هم تنیده" و با "تمهیداتی" به فاصله دلخواه از هم جدا کنیم، سنجش اطلاعات خاصی از هرکدام از آنها، وضعیت ذره دوم را با هر فاصله ای، بدون نگاه کردن به آن و بدون سنجش مستقیم عیان می‌کند و اطلاعات وضعیت آن را "بطور آنی" به ما منتقل می‌کند! این اتفاق ریشه در خاصیت کوانتومی به نام "اسپین ذرات" دارد که همتای کلاسیکی نداشته و به زبان ساده مثلا در مورد ذره الکترون، می‌توان آن را بصورت زیر تشبیه کرد هر چند که نتایج بحث، فقط منحصر به ذره الکترون نیست. فرض کنید اسپین الکترون موجودیتی همانند دست برای انسان باشد و در هر لحظه از "مشاهده" تنها بتواند دو حالت "بالا" و یا "پایین" را اختیار کند. از طرفی وقتی که دو الکترون را کنار هم قرار می‌دهیم و به اصطلاح آن‌ها را در هم تنیده می‌کنیم، هر دو نمی‌توانند همزمان دارای حالت بالا یا پایین اسپینی باشند. یعنی اگر الکترون اول دارای حالت اسپینی بالا باشد، الکترون دوم باید حتما دارای وضعیت اسپینی پایین باشد. حال دو الکترون در هم تنیده را در عالم خیال، سوار بر الاکلنگی به درازای کیهان کرده و در حالت در هم تنیده آن‌ها را از هم دور می‌کنیم. آنگاه هر سنجشی از وضعیت اسپین اولی، همانند وضعیت دست نفر اول، "بلافاصله" اطلاعات اسپین الکترون دوم، یا به تشابه حالت دست نفر دوم را به ما منتقل می‌کند! "پایین- بالا" و یا "بالا-پایین"!


مشکل آنجاست که تقریبا چیزی از نوع این ارتباط و چگونگی این "کنش از راه دور" نمی‌دانیم و شناختی از چیستی الاکلنگ بین دو ذره در هم تنیده نداریم! در واقع اگر ذرات پیشتر با هم در بر همکنش باشند و پس از آن از هم جدا شوند، همواره به طرز عجیب و شبح واری، از فاصله دور با هم برهمکنش خواهند داشت، بطوریکه هرگونه تغییری در اسپین ذره اول، یا بطور مشابه ایجاد تغییری در حالت دستان نفر اول سوار بر یک طرف الاکلنگ، وضعیت اسپین ذره در هم تنیده دوم یا بطور مشابه وضعیت دستان نفر دوم سوار بر سمت دیگر الاکلنگ را، حتی در فاصله‌ای برابر با میلیارد‌ها سال نوری آن طرف‌تر تغییر خواهد داد!

 

اگر بپرسید چگونه؟ و ماهیت الاکلنگ بین این ذرات و ارتباط ناشناخته بینشان چیست؟ پاسخ آنست که به جمع عظیم فیزیکدانان مشتاق دانستن جواب این سوال خوش آمدید!

 

اگر ناگزیر پس از نیافتن جواب سوال اول خود، نسبت به نقض شدن یا نشدن نسبیت خاص سوال کنید، با حجم زیادی از راهکار‌ها و بحث‌های متنوع و نظریات عجیبی که سعی در توضیح این خاصیت شبح وار دارند، مواجه خواهید شد که در نهایت توافق قابل قبولی بین آن‌ها نخواهید یافت!


و چه زیباست که فیزیک مدرن با سوالات بی پایان درونش، همواره آماده به چالش کشیدن ذهن انسانیست که به قول بزرگان، همانند بچه‌ای که مشغول بازی با سنگ ریزه‌های کنار ساحل است و بعضا دنبال سنگ ریزه‌های تراش خورده‌تر زیبایی می‌گردد، سعی در شناخت اقیانوس بیکران روبرویش دارد!

 

نتیجه آنکه گویا در مکانیک کوانتومی فعلا ردپایی از "کنش از راه دور" به جا مانده و بنابراین جایگاه این نظریه به عنوان کاندید دیگری برای یک نظریه لوکال، چندان مستحکم و مطمئن نیست.

 

در انتها ذکر این نکته لازمست که در هم تنیدگی کوانتومی با همه عجیب و بی پاسخ بودنش، اصل و اساس، کامپیوتر‌های کوانتومی مبتنی بر "کیوبیت ها" یا همان کوانتوم بیت هاست که نبض فناوری‌های آینده در همه زمینه‌های تکنولوژیک و قلب تپنده همه قدرت‌های آینده در همه عرصه هاست. پس در وجود و صحت آن شک نکنید!

ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
نظر: