گربه های شرودینگر و دنیاهای موازی
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ دیدگاه ما را نسبت به رویدادهای آینده و نحوه پیش گویی رویدادها از طریق قوانین علمی به کلی دگر گون ساخت. این مطلب در دهه بیست، هایزنبرگ، اروین شرودینگر و پل دیراک را بر آن داشت تا مکانیک را بازسازی نمایند. آنها براساس اصل عدم قطعیت، نظریه جدیدی بنام مکانیک کوانتومی تدوین نمودند. در این نظریه، ذرات دارای وضعیت و سرعت مجزا و در عین حال مشاهده ناپذیر نیستند. بلکه آنها دارای حالت کوانتومی اند که ترکیبی از وضعیت و سرعت می باشد.
به طور کلی مکانیک کوانتومی، برای یک مشاهده، نتیجه ای واحد را پیش بینی نمی کند. بلکه مجموعه ای از احتمالات را مطرح می سازد و درجه احتمال هریک را مشخص می کند. این بدین معنی است که اگر سیستمهای مشابه بسیاری را در شرایط مساوی اندازه گیری کنیم، در می یابیم که تعداد معینی سیستم در حالت A و تعدادی دیگر در حالت B و... قرار دارند. اما برای یک سیستم منفرد هیچگاه نمی توان گفت که این سیستم پس از اندازه گیری در کدام حالت قرار خواهد گرفت.مکانیک کوانتومی به این ترتیب عنصر پشبینی ناپذیری یا تصادف و احتمال را وارد علم می کند. انشتین برغم نقش مهمی که در تدوین مکانیک کوانتومی داشت قویا به این امر اعتراض داشت. او به خاطر آزمایش فوتوالکتریک که یکی از پایه های شکل گیری مکانیک کوانتومی به حساب می آید، جایزه نوبل دریافت کرد اما با این همه هرگز نپذیرفت که جهان بر حسب تصادف اداره می شود. این جمله معروف او احساساتش را به خوبی بیان می کند: « خداوند در اداره جهان تاس نمی ریزد.»
در اینجا به یکی از پارادوکسهای مطرح شده توسط شرودینگر اشاره می کنیم.
فرض کنید گربه ای در جعبه ای در بسته زندانی است. در این جعبه یک شیشه گاز سیانور، یک چکش، یک سنسور رادیو اکتیو و یک منبع رادیو اکتیو نیز وجود دارد. همانطور که می دانید ذرات رادیو اکتیو بصورت نامنظم تابش می کنند و به همین دلیل برای آنها نیمه عمر در نظر می گیرند. حال فرض کنید سنسور و چکش طوری تنظیم شده باشند که در صورت تابش موج رادیو اکتیو بین ساعت 12 و 12:01، چکش شیشه حاوی گاز را شکسته و گربه بمیرد. اگر شما در ساعت 12:30 درب جعبه را باز کنید چه خواهید دید؟ اگر از طریق فرمول نیمه عمر منبع، احتمال تابش بین ساعت 12 و 12:01 را 90% پیش بینی کنید. گربه داخل جعبه در هنگام برداشن درب جعبه 90% مرده است و 10% زنده است. اما وقتی درب جعبه را بر می دارید خواهید دید که گربه یا مرده و یا زنده است. نمی توان گفت 90% سلولهای بدن گربه مرده اند و 10% آنها زنده اند. در فاصله یک لحظه، احتمال به یقین تبدیل خواهد شد. این امر کاملا متضاد با مکانیک کوانتومی می باشد. همانطور که گفتیم هیچگاه نمی توان موقعیت یک سیستم را به دقت اندازه گیری نمود. اما در این مثال کاملا این امر ممکن شده است.
این گونه پارادوکسها در مکانیک کوانتومی بسیار زیاد است. اما با این همه مکانیک کوانتومی در پیش بینی نتایج بسیاری از آزمایشها به طور درخشانی موفق بوده است و زمینه تقریبا تمامی علم و فن نوین است. بر رفتار ترانزیستورها و مدارهای مجتمع که جزء اساسی وسائلی نظیر تلوزیون و کامپیوترند، فرمان می راند و نیز بنیاد شیمی و زیست شناسی نوین می باشد.
تنها مسائل فیزیکی که مکانیک کوانتومی هنوز موفق به یکپارچگی و وحدت آنها نشده است، عبارنتد از: گرانش و ساختمان کلان جهان.
تا پیش از این تصور می‌شد که دلیل عدم امکان مشاهده اثرات کوانتومی، وجود پدیده عدم وابستگی است. اما محققان نشان دادند دشواری‌های موجود در سر راه شمارش فوتون‌ها نیز می‌توان دلیل عدم امکان مشاهده اثرات کوانتومی باشد.
آیا دنیاهای موازی وجود دارد؟ چگونه ما می‌توانیم این دنیاها را بشناسیم؟ این موضوع یک از موضوعات بسیار جالب است که فیزیک‌دانان در حوزه کوانتوم به‌دنبال پاسخ آن هستند. محققان دانشگاه‌های کالگری و واترلو در کانادا به‌همراه پژوهشگران دانشگاه ژنو در سوئیس اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان Coarse Graining Makes It Hard to See Micro-Macro Entanglement در نشریه Physical Review Letters به چاپ رساندند. در این مقاله محققان به تفصیل توضیح می‌دهند که چرا ما معمولا قادر به دیدن اثرات فیزیکی مکانیک کوانتومی نیستیم.
کریستوفر سایمون، از محققان دپارتمان فیزیک و نجوم در دانشگاه کالگری می‌گوید فیزیک کوانتومی در مقیاس‌های بسیار کوچک کاملا درست پاسخ می‌دهد اما زمانی که به مقیاس‌های بزرگتر پا می‌گذاریم، شمارش فوتون‌ها تقریبا غیر ممکن می‌شود. ما ثابت کردیم که مشاهده این اثرات در زندگی روزمره بسیار دشوار است.
همگان می‌دانند که سیستمهای کوانتومی بسیار شکننده هستند. زمانی که یک فوتون با محیط واکنش می‌دهد، هر قدر هم که این برهمکنش کوچک باشد، باز هم ابرموقعیت فوتون از بین می‌رود. ابرموقعیت یکی از مفاهیم بنیادی در فیزیک کوانتوم است که می‌گوید سیستم‌ها قادرند به‌طور خودبه‌خودی در تمام حالت‌های ممکن خود وجود داشته باشند. اما اگر محاسبه انجام شود نتیجه یکی از حالت‌ها به‌دست خواهد آمد.
این اثر به‌عدم وابستگی شهرت دارد که در دهه‌های گذشته به‌وفور روی آن تحقیق شده است. ایده عدم وابستگی توسط اروین شرودینگر ارائه شد که به‌عنوان یکی از بنیان‌گذارن فیزیک کوانتومی شناخته می‌شود. او این مفهوم را از پارادوکس گربه در جعبه استخراج کرد در این پارادوکس گفته می‌شود که یک گربه درون جعبه هم می‌تواند مرده باشد و هم زنده.
اما به اعتقاد نویسندگان این مقاله، تنها عدم وابستگی نیست که موجب دشواری مشاهده اثرات کوانتومی می‌شود. برای مشاهده اثرات کوانتومی نیاز به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی است. سایمون و همکارانش روی یک مثالی از این گربه تحقیق کردند برای این کار آنها از یک حالت کوانتومی ویژه که در آن تعداد بسیار زیادی فوتون درگیر است، استفاده شده است. آنها نشان دادند که برای مشاهده طبیعت کوانتومی این حالت، باید بتوان تعداد فوتون‌ها را با دقت شمارش کرد. با افزایش تعداد فوتون‌ها این کار دشوارتر می‌شود.
پژوهشگران در اتریش چیزی را ساخته‌اند که خود به آن «چاق‌ترین گربه شرودینگر دیده شده تاکنون» می‌گویند. آنها سوپرپوزیشن کوانتومی (که در آن، یک ذره می‌تواند در آن واحد، در دو حالت قرار داشته باشد) را برای مولکول‌هایی به نمایش گذاشتند که هر یک از 430 اتم تشکیل شده بودند؛ یعنی چندین برابر بزرگتر از مولکول‌های مورد استفاده در آزمایش‌های قبلی.
به گزارش نیچر، در آزمایش ذهنی مشهوری که در سال 1935 توسط اروین شرودینگر ترتیب داده شده بود تا پارادوکسهای ظاهری نظریه کوانتوم را توضیح دهد، بسته به وضعیت اتم (قوانین کوانتوم وضعیت اتم را مشخص می‌کنند)، یک گربه می‌توانست، همزمان هم مسموم شده باشد و هم نشده باشد. از آنجا که نظریه کوانتوم الزام می‌داشت که این قوانین، سوپرپوزیشن را ممکن سازند، به نظر می‌رسید که گربه شرودینگر می‌توانست همزمان در ترکیبی از دو حالت «زنده» و «مرده»، وجود داشته باشد.
این پارادوکس، این سوال را به ذهن متبادر ساخت که چگونه و در چه زمانی، قوانین دنیای کوانتوم (که در آنها چیزهایی مانند اتم‌ها می‌توانند در آن واحد در چندین وضعیت وجود داشته باشند) با مکانیک کلاسیک جایگزین می‌شوند که دنیای ماکروسکوپی تجربیات هر روزه ما را مدیریت می‌کنند، دنیایی که در آن هر چیزی تنها یک وضعیت دارد و نمی‌تواند در آن واحد در دو حالت متفاوت قرار داشته باشد. به این حالت، گذار کوانتوم به کلاسیک گفته می‌شود.
عموما گمان بر این است که «کوانتیدگی» در فرایندی که گسستگی نام دارد گم می‌شود، فرایندی که در آن آشفتگی در محیط پیرامونی، تابع موج کوانتومی را که توضیح‌دهنده بروز سوپرپوزیشن‌های چندحالتی است، وامی‌دارد تا به یک حالت مشخص کلاسیک فروبپاشد. هر چقدر که جسم بزرگتر باشد، تمایل به گسستگی بیشتر می‌شود، چرا که احتمال تعامل با محیط بیرون بیشتر می‌شود.
یک جلوه انطباق کوانتومی، تداخلی است که می‌تواند بین ذرات کوانتومی که از میان دو یا تعداد بیشتری از شکاف‌های باریک رد می‌شوند، رخ دهد. در دنیای کلاسیک، ذرات بدون تغییر مسیر حرکت خود عبور می‌کنند، مانند توپ‌های فوتبالی که از میان یک دروازه عبور می‌کنند. ولی ذرات کوانتوم می‌توانند مانند امواج رفتار کنند، و هنگامی که از شکاف عبور می‌کنند با یکدیگر تداخل کنند، و یکدیگر را یا تقویت و یا خنثی کنند تا یک سری نوارهای تاریک و روشن ایجاد کنند. این تداخل ذرات کوانتومی، که اولین بار در سال 1927 / 1306 در الکترون‌ها دیده شد، نتیجه عبور یک ذره از بیش از یک شکاف است: یک سوپرپوزیشن کوانتومی.
هنگامی که ابعاد آزمایش بزرگتر می‌شود، در یک نقطه رفتار کوانتومی (تداخل) باید جای خود را به رفتار کلاسیک (بدون تداخل) بدهد. ولی این ذرات را چقدر می‌توان بزرگ کرد بدون این که این گذار رخ دهد؟
بزرگ کردن
در سال 1999 / 1378، گروهی در دانشگاه وین، با استفاده از پرتوهایی از مولکول 60 اتمی کربن که به شکل یک کره توخالی بود، تداخل را یک آزمایش با شکاف‌های متعدد نشان دادند. اکنون مارکوس ارنت، یکی از پژوهشگرانی که در آزمایش قبلی شرکت داشت، و همکارانش از اتریش، آلمان، ایالات متحده و سوئیس، اثر مشابهی را نمایش دادند؛ آن هم با استفاده از مولکول‌های بسیار بزرگ‌تری که فقط به این منظور ساخته شده بودند و با داشتن 430 اتم، تا 6 نانومتر پهنا داشتند. این‌ها حتی از برخی از مولکول‌های پروتئین، (مانند انسولین) هم بزرگتر هستند.
در آزمایش این گروه، پرتوهای نور از میان سه سری شکاف می‌گذرند. اولین شکاف، از یک قطعه نیترید سیلیکون ساخته شده که روی آن، شبکه‌ای از شکاف‌هایی به پهنای 90 نانومتر ایجاد شده تا مولکول‌ها را به حالت گسسته‌ای ببرد که در آن، تمام موج‌های ماده، هماهنگ با هم هستند. دومی، یک «شبکه مجازی» با استفاده از نور لیزر است و در آن، چند آینه نور لیزر را به گونه‌ای می‌تابانند که موج ایستایی از نور و تاریکی ایجاد شود، این شکاف، الگوی تداخل را ایجاد می‌کند. شبکه سوم، که آن هم از جنس نیترید سیلیکون است، مانند یک ماسک عمل می‌کند تا قسمت‌هایی از الگوی تداخل را به یک طیف‌سنج جرمی چهار قطبی هدایت کند، که تعداد مولکول‌هایی را که از آن می‌گذرند می‌شمرد.
پژوهشگران این آزمایش، در مقاله‌ای که در نیچر منتشر شده، گزارش داده‌اند که هنگامی که پرتوی خروجی از چپ به راست پیمایش می‌شود، این تعداد به طور منظم بالا و پایین می‌رود، امری که نشان‌دهنده تداخل است و به تبع آن می‌توان گفت که سوپرپوزیشن اتفاق افتاده است.
با وجود این که این آزمایش خیلی شبیه به آزمایش کلاسیک گربه شرودینگر به نظر نمی‌رسد، به دنبال اثرات کوانتومی مشابهی می‌گردد. این آزمایش مانند این است که خود گربه‌ها را به شبکه‌های تداخل شلیک کنیم، به جای این که سرنوشت یک گربه را به یک رخداد مقیاس اتمی وابسته کنیم.
مارتین پلنیو، پژوهشگر فیزیک کوانتوم از دانشگاه اولم آلمان، این تحقیق را بخشی از یک خط پژوهشی مهم می‌داند: «شاید ما با این آزمایش، به درک عمیق و جدیدی از طبیعت نظریه کوانتوم نرسیده باشیم، اما این امید وجود دارد که با بهبود روزافزون شیوه‌های آزمایش، بتوانیم در نهایت چیز جدیدی را کشف کنیم».
به گفته آرنت، چنین آزمایش‌هایی باید در نهایت امکان آزمایش جنبه‌های بنیادین نظریه کوانتوم را فراهم کنند، مانند این که چگونه با مشاهده، تابع موجی فرو می‌پاشد: «باید در آزمایش‌های آینده دور، پیش‌بینی‌هایی از قبیل این که جاذبه بعد از یک مرز جرمی مشخص شامل فروپاشی تابع موجی است یا نه، در جرم‌هایی به مراتب بیشتر از این، قابل انجام شوند».
آیا موجودات زنده، (شاید نه گربه‌ها، ولی موجودات ذره‌بینی مانند باکتری‌ها) را می‌توان در حالت انطباق کوانتومی قرار داد؟ این کار برای ویروس‌ها انجام شده است، (البته کوچک‌ترین آنها که تنها چند نانومتر پهنا دارند) هرچند در مورد این که ویروس‌ها باید موجود زنده تلقی شوند یا نه، وجود ندارد. آرنت می‌گوید: «در چنین آزمایش‌هایی، استفاده از مولکول‌های ساخته شده دانشمندان خیلی ساده‌تر از کار با ویروس‌ها است». ولی وی این را نیز می‌افزاید که اگر بتوان به همه مسائل تکنیکی متعدد آن (که کم هم نیستند) پرداخت، «من دلیلی نمی‌بینم که نتوان این کار را انجام داد».
منبع:شبکه فیزیک هاوکینگ
به طور کلی مکانیک کوانتومی، برای یک مشاهده، نتیجه ای واحد را پیش بینی نمی کند. بلکه مجموعه ای از احتمالات را مطرح می سازد و درجه احتمال هریک را مشخص می کند. این بدین معنی است که اگر سیستمهای مشابه بسیاری را در شرایط مساوی اندازه گیری کنیم، در می یابیم که تعداد معینی سیستم در حالت A و تعدادی دیگر در حالت B و... قرار دارند. اما برای یک سیستم منفرد هیچگاه نمی توان گفت که این سیستم پس از اندازه گیری در کدام حالت قرار خواهد گرفت.مکانیک کوانتومی به این ترتیب عنصر پشبینی ناپذیری یا تصادف و احتمال را وارد علم می کند. انشتین برغم نقش مهمی که در تدوین مکانیک کوانتومی داشت قویا به این امر اعتراض داشت. او به خاطر آزمایش فوتوالکتریک که یکی از پایه های شکل گیری مکانیک کوانتومی به حساب می آید، جایزه نوبل دریافت کرد اما با این همه هرگز نپذیرفت که جهان بر حسب تصادف اداره می شود. این جمله معروف او احساساتش را به خوبی بیان می کند: « خداوند در اداره جهان تاس نمی ریزد.»
در اینجا به یکی از پارادوکسهای مطرح شده توسط شرودینگر اشاره می کنیم.
فرض کنید گربه ای در جعبه ای در بسته زندانی است. در این جعبه یک شیشه گاز سیانور، یک چکش، یک سنسور رادیو اکتیو و یک منبع رادیو اکتیو نیز وجود دارد. همانطور که می دانید ذرات رادیو اکتیو بصورت نامنظم تابش می کنند و به همین دلیل برای آنها نیمه عمر در نظر می گیرند. حال فرض کنید سنسور و چکش طوری تنظیم شده باشند که در صورت تابش موج رادیو اکتیو بین ساعت 12 و 12:01، چکش شیشه حاوی گاز را شکسته و گربه بمیرد. اگر شما در ساعت 12:30 درب جعبه را باز کنید چه خواهید دید؟ اگر از طریق فرمول نیمه عمر منبع، احتمال تابش بین ساعت 12 و 12:01 را 90% پیش بینی کنید. گربه داخل جعبه در هنگام برداشن درب جعبه 90% مرده است و 10% زنده است. اما وقتی درب جعبه را بر می دارید خواهید دید که گربه یا مرده و یا زنده است. نمی توان گفت 90% سلولهای بدن گربه مرده اند و 10% آنها زنده اند. در فاصله یک لحظه، احتمال به یقین تبدیل خواهد شد. این امر کاملا متضاد با مکانیک کوانتومی می باشد. همانطور که گفتیم هیچگاه نمی توان موقعیت یک سیستم را به دقت اندازه گیری نمود. اما در این مثال کاملا این امر ممکن شده است.
این گونه پارادوکسها در مکانیک کوانتومی بسیار زیاد است. اما با این همه مکانیک کوانتومی در پیش بینی نتایج بسیاری از آزمایشها به طور درخشانی موفق بوده است و زمینه تقریبا تمامی علم و فن نوین است. بر رفتار ترانزیستورها و مدارهای مجتمع که جزء اساسی وسائلی نظیر تلوزیون و کامپیوترند، فرمان می راند و نیز بنیاد شیمی و زیست شناسی نوین می باشد.
تنها مسائل فیزیکی که مکانیک کوانتومی هنوز موفق به یکپارچگی و وحدت آنها نشده است، عبارنتد از: گرانش و ساختمان کلان جهان.
تا پیش از این تصور می‌شد که دلیل عدم امکان مشاهده اثرات کوانتومی، وجود پدیده عدم وابستگی است. اما محققان نشان دادند دشواری‌های موجود در سر راه شمارش فوتون‌ها نیز می‌توان دلیل عدم امکان مشاهده اثرات کوانتومی باشد.
آیا دنیاهای موازی وجود دارد؟ چگونه ما می‌توانیم این دنیاها را بشناسیم؟ این موضوع یک از موضوعات بسیار جالب است که فیزیک‌دانان در حوزه کوانتوم به‌دنبال پاسخ آن هستند. محققان دانشگاه‌های کالگری و واترلو در کانادا به‌همراه پژوهشگران دانشگاه ژنو در سوئیس اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان Coarse Graining Makes It Hard to See Micro-Macro Entanglement در نشریه Physical Review Letters به چاپ رساندند. در این مقاله محققان به تفصیل توضیح می‌دهند که چرا ما معمولا قادر به دیدن اثرات فیزیکی مکانیک کوانتومی نیستیم.
کریستوفر سایمون، از محققان دپارتمان فیزیک و نجوم در دانشگاه کالگری می‌گوید فیزیک کوانتومی در مقیاس‌های بسیار کوچک کاملا درست پاسخ می‌دهد اما زمانی که به مقیاس‌های بزرگتر پا می‌گذاریم، شمارش فوتون‌ها تقریبا غیر ممکن می‌شود. ما ثابت کردیم که مشاهده این اثرات در زندگی روزمره بسیار دشوار است.
همگان می‌دانند که سیستمهای کوانتومی بسیار شکننده هستند. زمانی که یک فوتون با محیط واکنش می‌دهد، هر قدر هم که این برهمکنش کوچک باشد، باز هم ابرموقعیت فوتون از بین می‌رود. ابرموقعیت یکی از مفاهیم بنیادی در فیزیک کوانتوم است که می‌گوید سیستم‌ها قادرند به‌طور خودبه‌خودی در تمام حالت‌های ممکن خود وجود داشته باشند. اما اگر محاسبه انجام شود نتیجه یکی از حالت‌ها به‌دست خواهد آمد.
این اثر به‌عدم وابستگی شهرت دارد که در دهه‌های گذشته به‌وفور روی آن تحقیق شده است. ایده عدم وابستگی توسط اروین شرودینگر ارائه شد که به‌عنوان یکی از بنیان‌گذارن فیزیک کوانتومی شناخته می‌شود. او این مفهوم را از پارادوکس گربه در جعبه استخراج کرد در این پارادوکس گفته می‌شود که یک گربه درون جعبه هم می‌تواند مرده باشد و هم زنده.
اما به اعتقاد نویسندگان این مقاله، تنها عدم وابستگی نیست که موجب دشواری مشاهده اثرات کوانتومی می‌شود. برای مشاهده اثرات کوانتومی نیاز به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی است. سایمون و همکارانش روی یک مثالی از این گربه تحقیق کردند برای این کار آنها از یک حالت کوانتومی ویژه که در آن تعداد بسیار زیادی فوتون درگیر است، استفاده شده است. آنها نشان دادند که برای مشاهده طبیعت کوانتومی این حالت، باید بتوان تعداد فوتون‌ها را با دقت شمارش کرد. با افزایش تعداد فوتون‌ها این کار دشوارتر می‌شود.
پژوهشگران در اتریش چیزی را ساخته‌اند که خود به آن «چاق‌ترین گربه شرودینگر دیده شده تاکنون» می‌گویند. آنها سوپرپوزیشن کوانتومی (که در آن، یک ذره می‌تواند در آن واحد، در دو حالت قرار داشته باشد) را برای مولکول‌هایی به نمایش گذاشتند که هر یک از 430 اتم تشکیل شده بودند؛ یعنی چندین برابر بزرگتر از مولکول‌های مورد استفاده در آزمایش‌های قبلی.
به گزارش نیچر، در آزمایش ذهنی مشهوری که در سال 1935 توسط اروین شرودینگر ترتیب داده شده بود تا پارادوکسهای ظاهری نظریه کوانتوم را توضیح دهد، بسته به وضعیت اتم (قوانین کوانتوم وضعیت اتم را مشخص می‌کنند)، یک گربه می‌توانست، همزمان هم مسموم شده باشد و هم نشده باشد. از آنجا که نظریه کوانتوم الزام می‌داشت که این قوانین، سوپرپوزیشن را ممکن سازند، به نظر می‌رسید که گربه شرودینگر می‌توانست همزمان در ترکیبی از دو حالت «زنده» و «مرده»، وجود داشته باشد.
این پارادوکس، این سوال را به ذهن متبادر ساخت که چگونه و در چه زمانی، قوانین دنیای کوانتوم (که در آنها چیزهایی مانند اتم‌ها می‌توانند در آن واحد در چندین وضعیت وجود داشته باشند) با مکانیک کلاسیک جایگزین می‌شوند که دنیای ماکروسکوپی تجربیات هر روزه ما را مدیریت می‌کنند، دنیایی که در آن هر چیزی تنها یک وضعیت دارد و نمی‌تواند در آن واحد در دو حالت متفاوت قرار داشته باشد. به این حالت، گذار کوانتوم به کلاسیک گفته می‌شود.
عموما گمان بر این است که «کوانتیدگی» در فرایندی که گسستگی نام دارد گم می‌شود، فرایندی که در آن آشفتگی در محیط پیرامونی، تابع موج کوانتومی را که توضیح‌دهنده بروز سوپرپوزیشن‌های چندحالتی است، وامی‌دارد تا به یک حالت مشخص کلاسیک فروبپاشد. هر چقدر که جسم بزرگتر باشد، تمایل به گسستگی بیشتر می‌شود، چرا که احتمال تعامل با محیط بیرون بیشتر می‌شود.
یک جلوه انطباق کوانتومی، تداخلی است که می‌تواند بین ذرات کوانتومی که از میان دو یا تعداد بیشتری از شکاف‌های باریک رد می‌شوند، رخ دهد. در دنیای کلاسیک، ذرات بدون تغییر مسیر حرکت خود عبور می‌کنند، مانند توپ‌های فوتبالی که از میان یک دروازه عبور می‌کنند. ولی ذرات کوانتوم می‌توانند مانند امواج رفتار کنند، و هنگامی که از شکاف عبور می‌کنند با یکدیگر تداخل کنند، و یکدیگر را یا تقویت و یا خنثی کنند تا یک سری نوارهای تاریک و روشن ایجاد کنند. این تداخل ذرات کوانتومی، که اولین بار در سال 1927 / 1306 در الکترون‌ها دیده شد، نتیجه عبور یک ذره از بیش از یک شکاف است: یک سوپرپوزیشن کوانتومی.
هنگامی که ابعاد آزمایش بزرگتر می‌شود، در یک نقطه رفتار کوانتومی (تداخل) باید جای خود را به رفتار کلاسیک (بدون تداخل) بدهد. ولی این ذرات را چقدر می‌توان بزرگ کرد بدون این که این گذار رخ دهد؟
بزرگ کردن
در سال 1999 / 1378، گروهی در دانشگاه وین، با استفاده از پرتوهایی از مولکول 60 اتمی کربن که به شکل یک کره توخالی بود، تداخل را یک آزمایش با شکاف‌های متعدد نشان دادند. اکنون مارکوس ارنت، یکی از پژوهشگرانی که در آزمایش قبلی شرکت داشت، و همکارانش از اتریش، آلمان، ایالات متحده و سوئیس، اثر مشابهی را نمایش دادند؛ آن هم با استفاده از مولکول‌های بسیار بزرگ‌تری که فقط به این منظور ساخته شده بودند و با داشتن 430 اتم، تا 6 نانومتر پهنا داشتند. این‌ها حتی از برخی از مولکول‌های پروتئین، (مانند انسولین) هم بزرگتر هستند.
در آزمایش این گروه، پرتوهای نور از میان سه سری شکاف می‌گذرند. اولین شکاف، از یک قطعه نیترید سیلیکون ساخته شده که روی آن، شبکه‌ای از شکاف‌هایی به پهنای 90 نانومتر ایجاد شده تا مولکول‌ها را به حالت گسسته‌ای ببرد که در آن، تمام موج‌های ماده، هماهنگ با هم هستند. دومی، یک «شبکه مجازی» با استفاده از نور لیزر است و در آن، چند آینه نور لیزر را به گونه‌ای می‌تابانند که موج ایستایی از نور و تاریکی ایجاد شود، این شکاف، الگوی تداخل را ایجاد می‌کند. شبکه سوم، که آن هم از جنس نیترید سیلیکون است، مانند یک ماسک عمل می‌کند تا قسمت‌هایی از الگوی تداخل را به یک طیف‌سنج جرمی چهار قطبی هدایت کند، که تعداد مولکول‌هایی را که از آن می‌گذرند می‌شمرد.
پژوهشگران این آزمایش، در مقاله‌ای که در نیچر منتشر شده، گزارش داده‌اند که هنگامی که پرتوی خروجی از چپ به راست پیمایش می‌شود، این تعداد به طور منظم بالا و پایین می‌رود، امری که نشان‌دهنده تداخل است و به تبع آن می‌توان گفت که سوپرپوزیشن اتفاق افتاده است.
با وجود این که این آزمایش خیلی شبیه به آزمایش کلاسیک گربه شرودینگر به نظر نمی‌رسد، به دنبال اثرات کوانتومی مشابهی می‌گردد. این آزمایش مانند این است که خود گربه‌ها را به شبکه‌های تداخل شلیک کنیم، به جای این که سرنوشت یک گربه را به یک رخداد مقیاس اتمی وابسته کنیم.
مارتین پلنیو، پژوهشگر فیزیک کوانتوم از دانشگاه اولم آلمان، این تحقیق را بخشی از یک خط پژوهشی مهم می‌داند: «شاید ما با این آزمایش، به درک عمیق و جدیدی از طبیعت نظریه کوانتوم نرسیده باشیم، اما این امید وجود دارد که با بهبود روزافزون شیوه‌های آزمایش، بتوانیم در نهایت چیز جدیدی را کشف کنیم».
به گفته آرنت، چنین آزمایش‌هایی باید در نهایت امکان آزمایش جنبه‌های بنیادین نظریه کوانتوم را فراهم کنند، مانند این که چگونه با مشاهده، تابع موجی فرو می‌پاشد: «باید در آزمایش‌های آینده دور، پیش‌بینی‌هایی از قبیل این که جاذبه بعد از یک مرز جرمی مشخص شامل فروپاشی تابع موجی است یا نه، در جرم‌هایی به مراتب بیشتر از این، قابل انجام شوند».
آیا موجودات زنده، (شاید نه گربه‌ها، ولی موجودات ذره‌بینی مانند باکتری‌ها) را می‌توان در حالت انطباق کوانتومی قرار داد؟ این کار برای ویروس‌ها انجام شده است، (البته کوچک‌ترین آنها که تنها چند نانومتر پهنا دارند) هرچند در مورد این که ویروس‌ها باید موجود زنده تلقی شوند یا نه، وجود ندارد. آرنت می‌گوید: «در چنین آزمایش‌هایی، استفاده از مولکول‌های ساخته شده دانشمندان خیلی ساده‌تر از کار با ویروس‌ها است». ولی وی این را نیز می‌افزاید که اگر بتوان به همه مسائل تکنیکی متعدد آن (که کم هم نیستند) پرداخت، «من دلیلی نمی‌بینم که نتوان این کار را انجام داد».
منبع:شبکه فیزیک هاوکینگ
+ نوشته شده در ساعت توسط کوثری
|