جدید ترین عناوین خبری امروز
مجله علمی کیهان‌شناس

توجه: کلمه عبور به آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.

واقعیت‌‌های چندگانه در مکانیک کوانتومی
بر خلاف فیزیک کلاسیک، نتایج اندازه‌گیری نمی‌توانند به عنوان حقیقت مطلق شناخته شوند. بلکه آن‌ها متناسب با ناظری که شاهد آزمایش بوده، به دست می‌آیند...

واقعیت‌‌های چندگانه در مکانیک کوانتومی

آیا ممکن است دو نسخه از واقعیت به طور همزمان وجود داشته باشد؟ طبق گفته‌ی فیزیک‌دانان، وجود واقعیت‌‌های چندگانه در مکانیک کوانتومی امکان‌پذیر است.

محققان اخیرا جهت یافتن پاسخ سؤالی قدیمی و نظری در علم فیزیک که در ارتباط با هماورد دو واقعیت است، دست به انجام آزمایش‌های گوناگونی می‌زنند. این آزمایش‌های فکری زیرکانه، نشان می‌دهد که اگر دو فرد، یک فوتون را مشاهده و بررسی کنند، هرکدام نتایج متفاوتی از حالت فوتون ارائه خواهند داد و البته، هر دو مشاهده صحیح خواهند بود!

برای اولین بار، دانشمندان شرایط توصیف ‌شده در آزمایش را بازسازی کردند. نتایج به‌ دست‌ آمده، روز ۱۳ فوریه در پیش‌نویس‌های اولیه نشریه‌ی آرکایو (arXiv.org) منتشر شد. این نتایج تائید کرد، با وجود این‌که ناظران آزمایش، حالت‌های متفاوتی از یک فوتون را گزارش می‌کنند، هر دو واقعیت متفاوت، می‌تواند درست باشد.

به گزارش کیهان‌شناس، مارتین رینگ‌بوور (Martin Ringbauer)، نویسنده‌ی همکار این پژوهش و محقق فوق‌دکترا در دانشکده‌ی مطالعات فیزیک تجربی دانشگاه اینسبروک (University of Innsbrück) اتریش، به نقل از سایت لایو ساینس (Live Science) گفت: «شما می‌توانید صحت هر دو حقیقت را تائید کنید.»

«یارِ ویگنر» به کمک واقعیت‌‌های چندگانه در مکانیک کوانتومی می‌شتابد!

این ایده‌ی پیچیده متعلق به یوجین ویگنر (Eugene Wigner)، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک در سال ۱۹۶۳ بوده است. در سال ۱۹۶۱، ویگنر آزمایشی فکری معرفی کرد که با عنوان «یار ویگنر» (Wigner’s friend) شناخته شد. این آزمایش با یک فوتون (ذره‌ی از نور) آغاز می‌شود. زمانی که ناظر در آزمایشگاهی ایزوله (isolated laboratory) شده فوتونی را اندازه‌گیری می‌کند، به قطبیت (محور چرخش فوتون) آن که یا عمودی است یا افقی، پی می‌برد.

فیزیکدانان اروپایی درهم تنیدگی کوانتومی را در ابرهای چگال اتمی بررسی کردند

با این حال، طبق قوانین کوانتومی، فوتون، قبل از انجام اندازه‌گیری، به طور همزمان هر دو قطبیت را در خود دارد. این فوتون در یک برهم‌نهی (superposition) بین دو حالت ممکن قرار دارد.

وقتی که شخصی در آزمایشگاه، فوتون را اندازه‌گیری کند، این ذره قطبیت ثابتی را نشان خواهد داد. اما برای فردی خارج از آن آزمایشگاه ایزوله، که از نتیجه اندازه‌گیری بی‌خبر است، فوتون اندازه‌گیری نشده همچنان در حالت برهم‌نهی قرار دارد. مشاهدات بیرونی یا همان واقعیت، با واقعیت شخصی که در آزمایشگاه فوتون را سنجیده بود، اختلاف پیدا می‌کنند. در عین حال، مطابق مکانیک کوانتومی، هیچ یک از این مشاهدات متناقص اشتباه نمی‌باشند.

حالت‌های تغییریافته

رینگ‌بوور اظهار کرد: «در طول چندین دهه، طرح تکان‌دهنده‌ی ویگنر، صرفا یک آزمایش نظری جالب به شمار می‌آمد. اما در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های مهم در فیزیک سرانجام این توانایی را به متخصصان داد تا طرح ویگنر را به مرحله‌ی آزمایش برسانند.»

او توضیح داد: «این پیشرفت‌های نظری باید مشکل را طوری فرمول‌بندی می‌کردند که بتوان آن را آزمایش کرد. سپس، بخش تجربی نیاز به توسعه‌ی کنترل سیستم‌های کوانتومی داشت تا بتواند چنین چیزی را اجرا کند.»

رینگ‌بوور و همکارانش ایده‌ی اصلی ویگنر را با دقت و سختی بیشتری آزمایش کردند و با این کار، روند انجام آزمایش چندبرابر شد. آن‌ها دو آزمایشگاه برای انجام آزمایشات طراحی کرده و دو جفت فوتون درهم‌تنیده (entangled photons) – یعنی فوتون‌هایی که سرنوشت آن‌ها به یکدیگر ارتباط دارد – را معرفی کردند. به این ترتیب، با دانستن حالت یکی از دو فوتون، حالت دیگری نیز مشخص می‌شد. (فوتون‌ها، واقعی بودند. چهار شخص در این آزمایش، یعنی «آلیس»، «باب» و دوستی برای هرکدام، واقعی نبودند اما به عنوان ناظر درنظر گرفته شده بودند.)

دیوار آتشین سیاه‌چاله یا افق رویداد؟!

دو دوست آلیس و باب، که در هر کدام در داخل آزمایشگاه‌ها مستقر بودند، هر یک فوتونی از جفت‌های درهم‌تنیده را می‌سنجیدند. این عمل، قید و برهم‌نهی آن‌ها را از بین ‌می‌برد. یعنی فوتونی که هر کدام از آن‌ها اندازه گرفتند، در حالت معینی از قطبیت قرار گرفته بود. آن‌ها نتایج را در حافظه‌ی کوانتومی که در قطبیت دومین فوتون کپی شده بود، ثبت کردند.

آلیس و باب که در بیرون از آزمایشگاه‌های ایزوله قرار داشتند، دو انتخاب برای پیش بردن مشاهدات خود ارائه دادند. آن‌ها توانستند نتایج دوستانشان را که در حافظه‌ی کوانتومی ذخیره شده بود، بسنجند و از این طریق، به نتیجه‌ی یکسان درباره‌ی فوتون‌های قطبیده برسند.

همچنین، آن‌ها می‌توانستند آزمایشات خود را در میان فوتون‌های مقید انجام دهند. این آزمایش که به «آزمایش تداخل» شناخته می‌شود، درصورتی که فوتون‌ها مانند موج رفتار کنند و در حالت برهم‌نهی باقی بمانند، آلیس و باب الگوهایی از خطوط (fringes) تاریک و روشن را مشاهده خواهند کرد. در این خطوط، قله‌ها و دره‌های موج به هم می‌پیوندند یا یکدیگر را خنثی می‌کنند. اگر حالت فوتون‌ها تغییر یابد، الگوی متفاوتی دیده می‌شود. ویگنر قبلا بیان کرده بود که این موضوع، نشانگر این است که فوتون‌ها همچنان در حالتی مقید باقی مانده‌اند.

پژوهش‌گران دریافتند که نتایج آزمایش اخیر، توسط ویگنر اثبات شده بوده است. آلیس و باب توانستند به نتایجی درباره‌ی فوتون‌ها برسند که درست و قابل اثبات بودند. در عین حال، این نتایج با یافته‌های دوستانشان که طبق پژوهش‌های انجام شده، آن‌ها نیز درست و قابل اثبات بوده‌اند، تفاوت داشته است.

مکانیک کوانتومی نحوه‌ی کار دنیا را در مقیاسی چنان کوچک توصیف می‌کند که، قوانین عادی فیزیک دیگر در آن کاربردی ندارند. طی چندین دهه، متخصصانی که در این زمینه مطالعه می‌کنند، تفاسیر متعددی از این مفهوم ارائه کرده‌اند.

گرانش کوانتومی چیست؟

با این وجود، اگر همان‌طور که یافته‌های جدید بیان می‌کنند، اندازه‌گیری‌ها، دقیق و قطعی نباشند، تمام مفاهیم مکانیک کوانتوم زیر سوال خواهند رفت.

رینگ‌بوور می‌گوید: «به نظر می‌رسد که بر خلاف فیزیک کلاسیک، نتایج اندازه‌گیری نمی‌توانند به عنوان حقیقت مطلق شناخته شوند. بلکه آن‌ها متناسب با ناظری که شاهد آزمایش بوده، به دست می‌آیند.»

او همچنین افزود: «داستان‌هایی که درباره‌ی مکانیک کوانتومی می‌گوییم باید با این قضیه سازگار باشد.»


مترجم: فاطمه پایمرد/ ویراستار: هانیه الزهرا بوداغی/ تحریریه‌ی رسانه‌ی علمی کیهان‌شناس

منبع: space

 دسته‌ها:
       
برچسب‌ها:
avatar
  Subscribe  
Notify of

رصد و اکتشافات فضایی

عبور سیارک
عبور سیارک بزرگی در روز ۱۰ آگوست از نزدیکی زمین
98
نظریه‌های توطئه‌ی ماه
مهم‌ترین نظریه‌های توطئه‌ی ماه و بررسی آن‌ها
130
ماموریت فرود بر روی ماه
ماموریت فرود بر روی ماه «آپولو۱۱» نشان داد که موجودات فرازمینی فراتر از داستان‌های علمی‌تخیلی هستند
145
تمدن‌های فرازمینی
تمدن‌های فرازمینی از چه راه‌هایی می‌توانند با ما ارتباط برقرار کنند؟
105
دو سیاره شبیه به زمین در اطراف ستاره‌ای در نزدیکی ما یافت شد
دو سیاره شبیه به زمین در اطراف ستاره‌ای در نزدیکی ما یافت شد
152

ذرات بنیادی

اولین تصویر درهم‌تنیدگی کوانتومی
دانشمندان از اولین تصویر درهم‌تنیدگی کوانتومی پرده‌برداری کردند
204
ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
92
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
109
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
49
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
173