طبق آزمایشی کوانتومی، چیزی به‌نام واقعیت عینی وجود ندارد

همیشه در زندگی عادی، توصیف ما از واقعیت تصوری جهانی است که همه‌ی مشاهده‌گران در سراسر جهان در آن اتفاق‌نظر دارند؛ اما مکانیک کوانتومی به ما نشان می‌دهد می‌تواند این‌گونه نباشد.

در سال ۱۹۶۱، اگان ویگنر، فیزیک‌دان برنده‌ی نوبل، با آزمایشی فکری توانست یکی از پارادوکس‌ها‌ی مکانیک کوانتومی را مطرح‌ کند که کمتر به آن توجه‌ شده بود. این آزمایش نشان می‌دهد طبیعت عجیب جهان چگونه به دو مشاهده‌گر این امکان را می‌دهد دو واقعیت متفاوت از یک پدیده را تجربه‌ کنند.

پس‌ازآن، دانشمندان از این آزمایش فکری استفاده‌ کردند تا ماهیت اندازه‌گیری را مشخص‌ کنند و درباره‌ی این موضوع بحث کنند که آیا چیزی به‌نام واقعیت وجود دارد یا نه. این موضوع بسیار مهم است؛ چراکه دانشمندان از نتایج آزمایش‌ها برای مشخص‌کردن دقیق واقعیت استفاده می‌کنند؛ اما اگر آن‌ها واقعیت‌ها‌ی متفاوتی تجربه می‌کنند، چگونه می‌توانند بفهمند این واقعیت‌ها دقیقا چه چیزی هستند؟

این آزمایش موضوع مناسبی برای بحث و تبادل‌نظر فراهم‌ کرد؛ ولی آزمایش فکری ویگنر به‌هر‌حال تا‌کانن از آزمایشی فکری فرا‌تر نرفته است.

آزمایش ویگنر

بااین‌حال در سال گذشته، فیزیک‌دانان متوجه‌ شدند پیشرفت‌ها‌ی اخیر فناوری کوانتومی باز‌سازی آزمایش ویگنر را به‌صورت واقعی برایمان امکان‌پذیر کرده است. به‌عبارتِ‌دیگر، باید بتوان واقعیت‌ها‌ی مختلف را ساخت و آن‌ها را در آزمایشگاه مقایسه‌ کرد تا در آخر، بتوانیم درباره‌ی پذیرفتن یا نپذیرفتن آن‌ها بحث‌ کنیم.

درحال‌حاضر، ماسیمیلیانو پرویتی و تعدادی از همکارانش در دانشگاه هریوت وات ادینبورگ ادعا کردند این آزمایش را اولین‌بار انجام داده‌اند. آن‌ها واقعیت‌ها‌ی مختلفی ساخته‌اند و آن‌ها را با یکدیگر مقایسه کرده‌اند. نتیجه‌ی آن‌ها از این آزمایش گفته‌ها‌ی ویگنر را تأیید‌ کرد؛ یعنی این واقعیت‌ها می‌توانند کامل سازش‌نا‌پذیر باشند؛ بنابر‌این، توافق‌داشتن ناظران بر سر واقعیت عینی در آزمایش ناممکن است.

پایه‌ی آزمایش فکری ویگنر بسیار سر‌راست است. این آزمایش با تک فوتون قطبیده آغاز می‌شود که موقع اندازه‌گیری، می‌تواند قطبش افقی یا عمودی داشته‌ باشد. بااین‌حال طبق قوانین مکانیک کوانتومی، قبل از اندازه‌گیری، این فوتون در زمان مشخصی هر دو حالت قطبش را دارد. به این ویژگی اَبَر‌جای‌گزیدگی (Superposition) گفته می‌شود.

ویگنر دوست خود را در آزمایشگاهی تصور‌ کرد که او از همان‌جا، حالت فوتون را اندازه‌گیری و نتیجه را ذخیره می‌کند؛ در‌حالی‌که خود ویگنر حالت فوتون را از دور اندازه‌گیری می‌کند. ویگنر اطلاعی از اندازه‌گیری دوستش ندارد و باید این فرض را بپذیرد که فوتون و همه‌ی اندازه‌گیری‌ها روی آن، در اَبَر‌جای‌گزیدگی از همه‌ی نتایج ممکن آزمایش قرار‌ دارند. ویگنر باید فرض‌ کند دوستش همه‌ی نتایج ممکن آزمایش را به‌صورت هم‌زمان به‌دست آورده است.

ویگنر حتی می‌تواند برای مطمئن‌شدن از وجود این اَبَر‌جای‌گزیدگی آزمایشی انجام‌ دهد. این آزمایش نوعی آزمایش تداخلی است که نشان می‌دهد واقعا فوتون و اندازه‌گیری آن در اَبَر‌جای‌گزیدگی هستند یا خیر. از دید ویگنر، وجود اَبَر‌جای‌گزیدگی یک واقعیت است و این واقعیت ایجاب می‌کند اندازه‌گیری انجام شده باشد.

این دیدگاه با دیدگاه دوست ویگنر که اندازه‌گیری را انجام‌ و نتیجه را گزارش‌ داده، در تناقض شدید است. دوست ویگنر حتی می‌تواند به ویگنر تلفن‌ کند و بگوید اندازه‌گیری انجام‌ شده است؛ به‌شرط آنکه نتیجه را آشکار‌ نکند.

پس، دو نتیجه برای این دو نفر متفاوت‌ هستند. پرویتی و همکارانش گفتند:

این موضوع واقعیتی را رد می‌کند که هر‌کدام از این دو نفر گزارش‌ کرده‌اند.

این فقط تئوری است؛ اما سال گذشته، کاسلاو برکنر در دانشگاه وین اتریش با استفاده از تکنیک در‌هم‌تنیدگی چندین ذره در یک زمان راهی برای بازسازی آزمایش ویگنر در آزمایشگاه  پیدا‌ کرد و آن را انجام داد.

پرویتی و همکارانش می‌گویند:

دریافتیم که آزمایش ۶ فوتونی، حالت گسترده‌تر فیلم‌نامه‌ی آزمایش ویگنر است.

آن‌ها از ۶ فوتون در‌هم‌تنیده برای ایجاد دو نتیجه‌ی نهایی استفاده‌ کردند که یکی از آن‌ها نتیجه‌ی ویگنر و دیگری نتیجه‌ی دوست ویگنر را نشان می‌دهند. دوست ویگنر قطبش یک فوتون را اندازه‌ می‌گیرد و نتیجه را ذخیره می‌کند. سپس، ویگنر برای مشخص‌کردن بودن یا نبودن اَبَر‌جای‌گزیدگی میان فوتون و اندازه‌گیری آن، اندازه‌گیری تداخلی انجام می‌دهد.

از این آزمایش نتیجه‌ای قطعی به‌دست می‌آید. همان‌گونه که ویگنر پیش‌بینی کرده‌ بود، به‌نظر می‌رسد هر دو این واقعیت‌ها می‌توانند هم‌زمان وجود داشته‌ باشند؛ حتی در‌صورتی‌که دو واقعیت به‌شدت با یکدیگر نا‌سازگار باشند. این موضوع سؤال‌ها‌ی جالبی ایجاد می‌کند که فیزیک‌دانان را وادار می‌کند تا طبیعت واقعیت را از نو بررسی‌ کنند.

ایده‌ی اینکه مشاهده‌گر‌ان درنهایت می‌توانند نتایج خود را با دیگری تطبیق دهند، برپایه‌ی چند فرضیه استوار است. اولین فرض این است که واقعیت‌ها‌ی جهانی وجود‌ دارند و مشاهده‌گر‌ان می‌توانند بر سر آن‌ها با یکدیگر توافق داشته‌ باشند.

باوجوداین، فرضیه‌ها‌ی دیگری نیز وجود‌ دارد. یکی از این فرضیه‌ها این است که مشاهده‌گر‌ان در انتخاب مورد مشاهده‌ی خود آزاد هستند. فرض دیگر این است که انتخاب‌ها‌ی یکی از مشاهده‌گر‌ان بر انتخاب‌ها‌ی مشاهده‌گر دیگر تأثیر‌گذار نیست. فیزیک‌دانان به این فرض، «فرض محلی» می‌گویند. اگر یک واقعیت عینی وجود‌ داشته‌ باشد که همه در آن اتفاق‌نظر داشته‌ باشند، همه‌ی این فرض‌ها برقرار هستند.

بااین‌حال، نتایج حاصل از کار پرویتی و همکارانش نشان می‌دهد حقیقت عینی وجود‌ ندارد. آزمایش نشان می‌دهد یکی یا بیشتر از یکی از این سه فرضیه باید غلط باشند: ۱. یک حقیقت برای همه وجود‌ دارد؛ ۲. انتخاب‌ها‌ی آزاد داریم؛ ۳. شرط محلی‌بودن را داریم.

برای کسانی که همچنان به دیدگاه سنّتی حقیقت پایبند‌ هستند، راه دیگری وجود‌ دارد. با بازنگری دوباره‌ی آزمایش، روزنه‌ی دیگری پیدا می‌شود. البته، فیزیک‌دانان سال‌ها تلاش کرده‌اند در آزمایش‌ها‌ی مختلف، همه‌ی روزنه‌ها را ببندند؛ اما اعتراف‌ کردند شاید هیچ‌گاه نتوان همه‌ی روزنه‌ها را بست.

باوجوداین، این کار دستاورد‌ها‌یی برای کار دانشمندان داشته است. پرویتی و همکارانش می‌گویند:

راه علمی بر واقعیت‌ها‌یی استوار است که از تکرار آزمایش‌ها‌یی به‌دست‌ آمده‌اند که نتایج جهانی داشته‌اند و به مشاهده‌گر وابسته نیستند.

با‌این‌حال، آن‌ها در همین مقاله، این گفته را به‌صورت مرگباری سست‌کردند. قدم بعدی این است که جلو‌تر برویم: باید آزمایش‌ها‌یی طراحی کنیم که نتایج نهایی به‌شدت ناسازگاری داشته‌ باشند. اینکه این داستان ما را به چه سمتی پیش می‌برد، اصلا مشخص نیست و هر‌کسی نظر و پیش‌بینی خود را برای آن دارد؛ اما قطعا ویگنر و دوستش شگفت‌زده نخواهند‌ شد.

برای مشاهده‌ی اصل مقاله به اینجا مراجعه کنید.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده
تبلیغات

بیشتر بخوانید