تیتر امروز

گفتگو با منوچهر متکی؛ وفادار به مواضع رسمی نظام!
«دیپلمات»؛ برنامه اول ـ قسمت دوم

گفتگو با منوچهر متکی؛ وفادار به مواضع رسمی نظام!

«دیپلمات» عنوان برنامه‌ای است از مجموعه رسانه‌ای دیدار که در گفتگو با دیپلمات‌های ایرانی به کندوکاو در ذهنیت و تجربیات و خاطرات آن‌ها می‌پردازد. منوچهر متکی وزیر امور خارجه دولت‌های نهم و دهم...
دیدار آدینه ۲۵
کد خبر: ۷۷۱۴۱
۱۵:۵۳ - ۱۴ آذر ۱۳۹۹

دانش آدینه ۱۶: احتمال کلاسیکی و احتمال کوانتومی، تشابه یا تمایز؟

دیدارنیوز ـ سروش زمانی مقدم: آنچه عموما به لحاظ تاریخی از مفهوم احتمال در ذهن ما وجود دارد، آنست که در پیش‌بینی‌ها و برآورد‌های عددی فیزیکی مان از جهان اطراف، هر آن زمان که دامنه مجهولات بسیار زیاد است و نه به لحاظ منطقی، بلکه به لحاظ عملی و فنی، امکان محاسبه و معلوم کردن آن‌ها ممکن نیست، با ترفندی ریاضی بنیان، به حساب احتمالات متوسل شده و در واقع ضعف خود را به جهت عدم امکان حل مجهولات بی نهایت در مسایل و پیش بینی نتایج، می‌پوشانیم.


این نگاه، اما به لحاظ مبانی و اصول مکانیک کوانتومی در محاسبات فیزیک کوانتوم که در آن احتمال نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند و در حقیقت قلب منطق کوانتومیست، کاملا دگرگون می‌شود. بالاخص بحثی که در ادامه خواهیم داشت، بیشتر منطبق بر نسخه رایج و مورد اجماع کوانتوم مکانیک، موسوم به "تعبیر کپنهاگی" است که زاده بزرگان نسل اول و دوم مبدعان نظریه کوانتوم است که اوایل قرن بیستم بر گرد "نیلز بوهر" در کپنهاگ به تدوین اولیه اصول مکانیک کوانتومی پرداختند و آنچه را که امروزه به تعبیر کپنهاگی کوانتوم مکانیک معروف است را برایمان به یادگار گذاشتند.


در واقع نیاز به احتمال در معنای عام و کلاسیک آن، ناشی از جهل ما به داده‌ها و عدم توانایی فنی مان برای معلوم کردن آنهاست، اما معتقدان به مکتب کپنهاگیسم مکانیک کوانتومی، هیچوقت به این تعبیر اعتقاد نداشته اند و تعبیر احتمالاتی رایج در مکانیک کوانتوم از ماکس بورن، موسوم به "تعبیر احتمالاتی ماکس بورن" را نه از " نقص اطلاعات" بلکه، از ساختار هستی میکرومقیاس می‌دانند. در نظر آنان، برخلاف حساب احتمالات در مکانیک کلاسیک، که کاربرد تعبیر احتمالاتی دقیقا ناشی از "نقص اطلاعات " ما از سیستم تحت بررسی است، در مکانیک کوانتومی، تعبیر احتمالاتی ابدا ناشی از کمبود اطلاعات ناظر نیست بلکه اصولا معتقدند که فرض وجود چنین اطلاعاتی، فی نفسه غلط است. این نگاه بدان معنیست که بگوییم که، چون مثلا مکان و اندازه حرکت ذره الکترون را همزمان و در یک لحظه نمی‌دانیم و البته نمی‌توانیم هم بدانیم، به ناچار و به لحاظ محدودیت‌های کوانتومی نهاده شده در دل نظریه، مجبور به رعایت "اصل عدم قطعیت" و استفاده از حساب احتمالات هستیم!


نکته مهم در آنجاست که در نگاه کپنهاگیون اصولا فرض وجود چنین اطلاعات همزمانی غلط است و بنابراین پرسیدن چنین سوالاتی و کوشش در پی یافتن چنین اطلاعاتی نه تنها ممکن نبوده بلکه به لحاظ اصولی مجاز نیست و در نتیجه در این منطق به هیچ وجه موضوع نقص اطلاعاتی ناظر و آزمایش گر در کار نیست، بلکه در واقع در این نگاه، چنین داده‌هایی اصلا وجود ندارد!


هر فرضی راجع به ارتباط بین نقص اطلاعات و تعبیر احتمالاتی در حوزه ریز مقیاس، به نسخه‌های دیگری از کوانتوم مکانیک موسوم به " مکانیک کوانتومی بوهمی" می‌انجامد که علیرغم دستاورد‌های خیلی خوب در بازگرداندن علیت به کوانتوم و طرد احتمال ذاتی در آن، به مشکلات نابسامان دیگری نظیر مشکلات فرض "متغیر‌های نهان" و ... می‌انجامد که خود بحث‌های مفصل دیگری را طلب می‌کند؛ لذا مکانیک کوانتومی، ما را مجبور می‌کند که در بیان این جمله که: "همیشه نقص اطلاعات است که به تعبیر احتمالاتی منجر میشود"، کمی محتاط‌تر باشیم.


لازم به توضیح است که مبنای این تفاوت احتمال در مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی در آنجاست که ما به عنوان مشاهده گر و ناظری که کمیتی را اندازه میگیرد، ناچار به ایجاد اختلال و اثرگذاری در سیستم تحت مشاهده مان هستیم و بنابراین نمی‌توان ناظر را از آنچه مشاهده می‌شود جدا کرد و از نقش اختلالی که در سیستم ایجاد می‌کند صرفنظر کرد.


به بیانی دیگر آزمایشگر و سیستم تحت مشاهده قابل تفکیک نیستند و با هم تشکیل یک سیستم می‌دهند. بد نیست برای ادامه بحثمان کمی در مورد اندازه گیری در مکانیک کوانتومی صحبت کنیم.


در واقع سازوکار اندازه گیری بدین صورتست که ما با مشاهده سیستم مورد نظرمان، باعث فروریزی و رمبش تابع موج آن شده و به اصطلاح، دامنه احتمالِ بودن جسم مورد مشاهده در همه حالت‌ها یا آنچه را که عموما حالت "برهم نهی کوانتومی" نامیده می‌شود را به صفر می‌رسانیم، اما از دیگرسو جسم مورد مشاهده، بعد از فروپاشیده شدن تابع موجش، با احتمال صد درصد، به یکی از حالت‌های ممکن بالقوه اش خواهد رفت.


البته اینکه چرا با مشاهده جسم مورد آزمایش، تابع موج آن دچار رمبش شده و فرو می‌پاشد، معمای بی پاسخیست که غالبا در مکانیک کوانتومی از آن به عنوان "مساله اندازه گیری" یاد می‌شود.


در اینجا توضیح این نکته نیز جالب و البته ضروریست که چنین مساله‌ای نه تنها در جهان ریزمقیاس، بلکه در جهان بزرگ مقیاس نیز پابرجاست و برای مثال وقتی که بخواهیم از کیهانشناسی کوانتومی برای بررسی جهان استفاده کنیم، مشکل مذکور بار دیگر بروز می‌کند چراکه ما خودمان قسمتی از جهانی هستیم که میخواهیم آن را بررسی کنیم.

 

در مکانیک کلاسیک برای بدست آوردن نتایج دقیق، مشاهده‌گر را از سیستم‌ مورد مشاهده جدا میکنند یا علی الاصول فرض برآنست که به تمامی می‌توان این کار را انجام داد، تا مشاهده‌گر اثری بر روی سیستم مورد مشاهده و نتایج آزمایشات نگذارد.

اما براستی چگونه می توان با اعتقاد به جهانشمول بودن مکانیک کوانتومی، جهان مشاهده پذیر را بررسی کرد،وقتی که ما خودمان نیز بر روی آن تاثیر می‌گذاریم‌ و بخشی از آن هستیم؟

به بحث اصلی خود باز می‌گردیم و بر عبارت "نقص اطلاعات" که منجر به تفاوت نگرش ما در مفهوم احتمال در مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومیست، متمرکز می‌شویم.

در مکانیک کلاسیک، منظور از نقص اطلاعات آنست که مثلا برای یک سیستم کلاسیک با تعداد زیادی ذره، یا به اصطلاح "سیستم بس ذره ای" ،اگر ما دقیقا جملگی شرایط اولیه، شامل سرعتها و مکان‌های اولیه تک تک ذرات را بدانیم، و از شرایط محیطی موثر روی سیستم و تک تک اجزاء آن آگاه باشیم، علی الاصول می‌توانیم آینده سیستم را بطور کاملا علیتی، محاسبه کنیم. اما نه به چنین اطلاعاتی دسترسی داریم(نقص اطلاعات!)و نه زمان و امکان حل"3Nعدد آووگادرو" معادله دیفرانسیل نیرو را برای مثلا یک سیستمNذره ای با سه درجه آزادی برای هر ذره داریم. لذا علیرغم اینکه در اصول، چنین پیش بینی امکان پذیر باشد، ناچار به حساب احتمالات روی می آوریم.

اما روی آوردن ما به حساب احتمالات در مکانیک کوانتومی، کاملا مفهومی متمایز از دیدگاه بالا دارد. ما به تعبیر رایج، به جهت ندانستن اطلاعات و نقص داده هایمان نیست که تعبیر احتمالاتی را در جهان ریزمقیاس بکار میبریم. بلکه به خاطر اصول موضوعمان در کوانتوم است که به چنین چیزی تن میدهیم و اصولا معتقدیم که چنین اطلاعات همزمانی برای دانستن وجود ندارد که ما بتوانیم آنها را اندازه گرفته و مقادیرشان را بدانیم!

البته اینکه این تعبیر رایج درست است یا غلط و یا اینکه نسخه فعلی مان از کوانتوم، خود حقیقت است یا فقط به حقیقت نزدیک است، امریست جداگانه و البته قابل بحث.

اینکه آیا بالاخره روزی نگرش ما به فضا-زمان در جهان ریز مقیاس دچار تغییر می‌شود و به اصطلاح مجبور به یک "پارادیم شیفت" میشویم یا خیر، در پس هاله ای از ابهام است.

این شاید یکی از مهمترین دلایلی باشد که در تقسیم بندی فیزیک، به فیزیک قبل و بعد قرن بیستم، علیرغم آنکه نسبیت خاص و عام اینشتین نیز در تقسیم بندی علوم مدرن قرار می‌گیرند، اما از یک منظر به خاطر آنکه ردپایی از احتمال به مفهوم کوانتومی آن در نسبیت وجود ندارد، برخی اوقات از آنها نیز به عنوان نظریه های کلاسیکی نام برده می‌شود.

توجه به این نکته ضروریست که تعریف نسبیت از فضا-زمان به عنوان یک میدان دینامیک، توسط "هندسه ریمانی" توضیح داده می‌شود و فقط در ابعاد بزرگتر از "طول پلانک" کاربرد دارد.

اما مطالعه ساختار فضا-زمان در مقیاس پلانک جزو مباحث "گرانش کوانتومی" است که به واقع نظریه دیگریست.

نسبیت عام توضیح می‌دهد که فضا-زمان یک میدان دینامیک است که تحت تاثیر جرم و انرژی خمیدگی پیدا می‌کند. از طرفی تنها در گرانش کوانتومی توضیح داده می‌شود که این میدان دینامیک، کوانتیزه شده است و خواص کوانتومی دارد.

این تفاوت نگاه در حساب احتمالاتی کلاسیک و احتمالات کوانتومی، زیربنای تمایز بین مکانیک آماری کلاسیک در مقابل آنچه که آن را آمار کوانتومی مینامیم نیز هست.

در آمار کلاسیک نگاه ما در صحبت از آمار و احتمال برای بدست آوردن مثلا فشار یک گاز یا دمای آن کاملا متفاوت از اصول آماری است که در مکانیک آماری کوانتومی، برای بدست آوردن مثلا تابع توزیع یک سیستم ذرات استفاده می‌کنیم.

بنابراین باید به این نکته توجه دقیق داشت که در اینجا، صحبت بر سر داشتن برداشت متفاوت از احتمال نیست بلکه این تمایز هر آیینه واقعی بوده و دارای اثرات قابل مشاهده و ملموس است.

به هر روی هر چقدر که چنین منطق کوانتومی که فعلا میشناسیم برای ذهن کلاسیکی جهت یافته ما عجیب و نامانوس باشد، فعلا مکانیسم منطقی کارآمدتر و زیباتری نداریم. این پرسش که آیا چنین نسخه ای از کوانتوم مکانیک، با چنین اصولی که تنها در مورد بخشی از آنها بحث شد، نسخه نهایی و تنها نسخه در دسترس و پاسخگوی مشاهداتمان در طبیعت اطرافمان است یا خیر، بحث دیگریست اما آنچه که به وضوح آشکارست، تا به امروز چه بخواهیم و چه نخواهیم، دست پیش با گروه کپنهاگیون بوده است.

 

ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
نظر:
تبلیغ شرکت هفت الماس
آکادمی دیدار
واحد بازرگانی دیدار