كوانتوم و نسبيت دوست يا دشمن

بخش سوم نویسنده :قاسم رضايي راد

فهرست:

10- مشكل بزرگ

هنگاميكه نور را با شرايط خاصي از دو شكاف عبور دهيم نقشي كه برجا مي‌گذرد مانند رفتاري است كه موج از خود نشان ميدهد(تداخل)حال اگر آزمايشي را با ذراتي چون الكترون انجام بدهيم و در اين آزمايش بخواهيم بدانيم كه يك الكترون از كدام شكاف مي‌گذرد(خصلت ذره اي ماده) به فرض كه قادر به ديدن الكترون و انجام اين آ‎زمايش باشيم.
اگر ذرات را با آهنگ كندي به طرف شكافها شليك كنيم با ظاهر شدن روي پرده مي‌توانيم بفهميم الكترون مورد نظر ما از كدام شكاف عبور كرده است در اين صورت ديگر نقش تداخلي(كه ويژه امواج است)درحالتي كه الكترونها رابدون محدوديت به طرف شكافها شليك مي‌كرديم ايجاد نمي‌شود در اين حالت ماتنها الكترون را ازجنبه ذره اي آن مورد بررسي قرار داديم و خصلت موجي آنرا نمي‌توانيم ببينيم.ولي درصورتيكه نقش تداخلي الكترونها را روي پرده مورد مطالعه قرار دهيم تنها خصلت موجي آنها را مشاهده كرده‌ايم و ديگر نمي‌توانيم بگوئيم كه الكترون شليك شده از كدام يك از دو شكاف عبور كرده زيرا تنها موج است كه مي‌تواند با گذشتن از دو شكاف و سپس با تركيب مجدد ايجاد تداخل نمايد. بنابراين ما تنها مي‌توانيم يا رفتار موجي تابش‌هاو ذرات را مشاهده كنيم يا رفتار ذره اي آنها را و قادر نيسيتم به هيچ عنوان اين دو جنبه تابش و ماده را بطورهمزمان اندازه گيري و يا مشاهد كنيم.اين محدوديت‌‌ها مربوط به چيست به ذات طبيعت يا ناتواني ذهن ما در خلق يك راه نو براي سنجش همزمان آنها؟

11-اصل عدم قطعيت  Uncertainty principle) ≥  h/2   Δx Δp)

 پلانك و اينشتين به اندازه كافي موجب سردرگمي دانشمندان شده بودنند دانشمنداني كه ساليان سال نور را در قالب يك موج مي‌ديدند و با اين موج هر كاري كه مي‌خواستند انجام ميدانند حال اگر اين موج از عهده حل معماي تابش جسم سياه و اثر فوتوالكتريك برنمي‌آيد نيايد اينها چيزهايي نبودند كه ستونهاي مستحكم ديدگاه موجي نور (تابش) را درهم بريزند ولي شايد دهه بيست قرن گذشته را بتوان زلزله بار ترين ساليان عمر فيزيك دانست در اين دهه بود كه مكانيك موجي و ماتريسي شرودينگر و هايزنبرگ شكل گرفت و طومار جبر نيوتني درهم نورديده شد اصل عدم قطعيت مانند شبحي خواب خوش دانشمنداني چون اينشتين و همكفرانش را آشفته ساخت و ابرهاي تيره كه بر زواياي پنهان ديناي زير اتمي سايه افكنده بود آرام آرام جاي خود را به روشناي آمار و احتمالات سپردنند هر چند كه اين مبحث جديد از انحرافات چشمگيري نسبت به اصول عقل سليم برخوردار بود ولي نتايج آن به طرز جالبي با واقعيت ها مطابقت داشت به طوري كه اينشتين با تمام مخالفت‌هاي بنيادي كه با اين رويكرد جديد علمي داشت  بارها به توانمندي عملي آن اقرار نمود.
گفتيم كه ماهيت دوگانه موجي- ذره‌اي هم براي تابش و هم براي ماده وجود دارد و ما نمي‌‌توانيم همزمان به كمك يك آزمايش هم ماهيت ذره‌اي وهم ماهيت موجي يك تابش ياذره ‌مادي رااندازه بگيريم گرچه به سادگي باصرفنظر كردن از يك خاصيت تابش يا ذره مادي مي‌توان خاصيت ديگر آن را به دقت سنجيد مثلا اگر بخواهيم بدانيم كه فوتون از كدام يك از دو شكاف موجود در آزمايش تداخل گذر نموده است(چشم پوشي از ماهيت ذره‌اي فوتون) مي‌توانيم بخوبي خاصيت موجي آن را مشاهده كنيم و اگر بدنبال فريزهاي تداخلي نباشيم(چشم پوشي از ماهيت موجي فوتون)  مي‌توانيم تشخيص دهيم فوتون مورد نظر ما از كدام يك از شكاف ها گذشته است (خصلت ذره‌اي)
 
 اين موضوع يعني دوگانگي موجي –ذره‌اي ((Wave-particle duality تابش هاي الكترومغناطيس و ماده موجب شده است تا با تدبيرزيركانه هايزنبرگ اصل عدم قطعيت برمبناي آن شكل بگيريد و باب جديدي را بردنياي زير اتمي را بگشايد.

سال 1926 سال تعيين كننده براي مكانيك كوانتومي بود اروين شرودينگر با طر  ErwinSchrödingerح مكانيك موجي خود و ورنرهايزنبرگ با ارائه مكانيك ماتريسي سنگ بناي اين علم نوين را بنا نهادنند، شرودينگر با تدوين مكانيك موجي توانست تابع موج يك ذره مانند الكترون را به كمك معادله خود مشخص كند اين تابع موج تا حدود زيادي از اصل موجبيت يا جبر نيوتوني پيروي مي‌كرد.ماباحل معادله شرودينگر( Schrödinger equation) مي‌توانستيم با تعيين نيروي وارد برذره (الكترون) تابع موج آن ذره را كه رفتار آينده آن رامشخص مي‌كند بدست بياوريم اين تقريبا شبيه آن چيزي است كه فيزيك كلاسيك براي پيش بيني رفتار يك ذره يا موج به كمك قوانين نيوتن يا معادلات ماكسول با دانستن وضعيت كنونيش به دست مي‌آورد بود. معادله شرودينگر كه براي تعيين رفتار موجي ذره درنظر گرفته شد معجوني از فيزيك كلاسيك ونظريه‌هاي جديد (كه صحت آنها به كمك آزمايش تاييد گرديد) بود در اين معادله اصل پايستگي انرژي ماهيت دوگانه‌ ذره‌اي – موجي ماده بر اساس فرض دوبروي اصل برهم نهي امواج نظير امواج صوتي و الكترومغناطيس رعايت شده است اين معادله مستقل از زمان و يك بعدي است مجذور  تابع موج به ما كمك مي‌كند تا بتوانيم موقعيت يك ذره مانند الكترون را با احتمال بسيار زياد در محل معيني از فضا تعيين كنيم.كاري كه شرودينگر انجام داد شبيه كاري بود كه نيوتون و ماكسول انجام دادند و آن قراردادن وقايع مشاهده شده در يك چارچوب رياضياتي بود نيوتون و ماكسول تنها براي مسائلي كه مشاهده مي‌شدند قانون وضع نمودنند و اين قوانين به خوبي كار خود را انجام ميدادند شرودينگر نيز با استفاده از مفاهيم جديد و تازه كشف شده و با تركيب آنها با يافته‌هاي پيشين توانست يك قالب به صورتيكه ناقص اصل عليت نباشد براي آنها تدوين نمايد ولي اين هايزنبرگ بود كه به كلي بنيان اين اصل را درهم ريخت و رابطه علت و معلولي را كه پيش از اين براي رويدادهاي فيزيكي تدوين شده بود به عدم قطعيت و ترديد مبدل نمود. اصل عدم قطعيت يكي از جنجالي ترين اصول مكانيك كوانتومي است اين اصل بيان ميدارد تعين دقيق مكان و تكانه (اندازه حركت) يك ذره به طور همزمان غير ممكن است و حاصل ضرب اين عدم قطعيت‌ها در مكان و اندازه حركت ذره همواره كمتر يا مساوي 1.0510-34 ژول ثانيه است. كوچكي اين مقدار به ما مي‌گويد كه بايد در ذرات زير اتمي بدنبال عدم قطعيت باشيم نه در ذرات ماكروسكوپي و بزرگ گرچه آنان نيز از اصل عدم قطعيت پيروي مي‌كنند ولي مقدار آن در مقابل اندازه جسم چنان ناچيز است كه قابل صرفنظر كردن مي‌باشد مثلا يك توپ بيس بال به جرم 145 گرم كه با سرعت 5/42 متر برثانيه حركت مي‌كند در صورتي كه بتوان سرعت آن را با دقت يك درصد اندازه گرفت تكانه آن از عدم قطعيتي معادل 6.1610-2 كيلوگرم در متر برثانيه و بدنبال آن مكان نيز از عدم قطعيت مكان 1.7*10-33 متر(چيزي در حدودهزار ميليارد ميليارد ميليارديم يك ميليمتر) برخوردار خواهد بود كه نسبت به اندازه توپ بيس بال بسيار بسيار ناچيز مي‌باشد. ولي در مورد فوتون و ذرات بنيادي و زير اتمي ديگر جايز نيست كه ما از عدم قطعيت‌ها در مكان و تكانه چشم پوشي كنيم چرا كه مقدار عدم قطعيت ها درمقابل اندازه ذره چشمگير و قابل توجه مي‌باشد.اگر در آزمايش پراش، قطر روزنه كه فوتون از آن مي‌‌گذرد را بعنوان عدم قطعيت درمكان ذره وپهناي نقش پراش كه روي پرده ايجاد مي شود را به عنوان عدم قطعيت در تكانه و اندازه حركت فوتون بدانيم در صورتي كه بخواهيم  عدم قطعيت در مكان ذره  را كاهش دهيم تا با اطمينان بيشتري از مكان فوتون آگاهي يابيم بايد قطر روزنه راكم وكمتر كنيم ، در اينجا ما اگر بتوانيم ذرات را مشاهده كنيم با برخورد آنها به پرده مي‌توانستيم اندازه حركت آنها را نيز بدست بياوريم ولي همين كوچك كردن قطر روزنه يا شكاف موجب مي‌شود پهناي نقش پراش كه بيانگر جنبه موجي نور است افزايش يابد ، ظهور اين ماهيت از ماده ما را در تعيين اندازه حركت ذر ه با يك عدم قطعيتي گريز ناپذير روبرو مي‌كند كه براي برطرف كردن آن بايد از پهناي نقش پراش بكاهيم براي اينكار بايد قطر روزنه يا شكاف را افزايش دهيم همين افزايش قطر شكاف موجب ايجاد عدم قطعيت در مكان ذره مورد نظر (فوتون) خواهد شد با يك آزمايش فكري بهتر مي‌توان به اصل عدم قطعيت پي برد.WernerKarlHeisenberg
 فرض كنيد مي‌خواهيم سرعت حركت يك الكترون و جاي آن را در يك لحظه معين در اطراف هسته حساب كنيم براي اين كار بايد قادر به ديدن الكترون باشيم اگر دستگاهي بتواند قدرت ديد ما ر ا تا حد ديدن يك الكترون بالا ببرد در اين صورت براي تشخيص دقيق مكان الكترون بايد پرتو نوري را با طول موج كوتاهتر به آن بتابانيم و چون برخورد اين پرتو به الكترون باعث انتقال انرژي به آن مي‌‌شود اين انرژي منتقل شده سرعت حركت الكترون را افزايش مي‌دهد و ما براي تعيين سرعت الكترون و بدنبال آن براي تعين تكانه آن با يك عدم قطعيتي مواجه مي‌شويم براي اينكه اين عدم قطعيت را به حداقل كاهش دهيم بايد پرتوي نوري كه براي تشخيص مكان الكترون بكار مي‌بريم از انرژي كمتري (طول موج بيشتري) برخوردار باشد.
 اين كاهش انرژي پرتو نور سبب ايجاد يك عدم قطعيتي در تعيين مكان الكترون مي‌شود كه با كاهش انرژي پرتو نور اين عدم قطعيت در مكان الكترون افزايش مي‌يابد( هرچه طول موج نور تابيده شده به يك جسم كوتاهتر باشد جزئيات آن جسم بهتر مشخص مي‌‌شود.) وما قادر نخواهيم بود با دقت مورد علاقه‌مان جاي الكترون را در يك محدوده معين از فضاي اطراف هسته معين سازيم. اصل عدم قطعيت نه تنها تعيين همزمان مكان و تكانه ذره را با دقت نامحدود غيرممكن مي‌سازد بلكه تعيين همزمان انرژي و مختصه زمان ذره را نيز با دقت نامحدود محال مي‌داند.همان گونه كه در مكان و اندازه حركت يك ذره مانند الكترون عدم قطعيتي گريز ناپذير وجود دارد در انرژي يك ترازتشديد نيز عدم قطعيت وجود دارد اين بدان معناست كه اگر دستگاه مورد نظر در زمان كمتري در يك تراز تشديد بماند محاسبه انرژي آن تراز از دقت كمتري برخوردار خواهد بود اگر بخواهيم عدم قطعيت در انرژي را كاهش دهيم بايد اتم مدت بيشتري در آن تراز تشديدبماند كه در آن صورت عدم قطعيت در اندازه گيري زمان افزايش مي يابدبنابراين اصل عدم قطعيت دقت در اندازه گيري  انرژي را نيز محدود مي سازد.

11-1-  طبيعت و عدم قطعيت

در سال 1935 ميلادي يوكاوا دانشمند ژاپني براي توجيه پايداري هسته و به منظور نشان دادن بر هم كنش بين نوكلئون ها ي آن نيرويي پيشنهاد نمود كه از بردي در حدود يك فمتومتر(10^-15 متر) برخوردار بود و جرم ذرات ميدان كه نقش انتقال اين نيرو رابر عهده دارند را 200مگا الكترون ولت تخمين زد ذرات پيشنهادي يوكاوا مزون (متوسط) ناميده شدند چرا كه جرم ذره فرضي او حد واسط بين جرم ذرات شناخته شده سبك (الكترون ) و نوكلئون هاي سنگين بود در سال1947 ميلادي يعني دوازده سال بعد يك فيزيكدان انگليسي به نام سسيل پاول با مطالعه پرتو هاي كيهاني اين مزون را كه به پيون معروف است كشف نمود. برد اين ذره را مي توان به طرز جالبي با استفاده از اصل عدم قطعيت در انرژي بدست آورد بر اساس اصل عدم قطعيت ، يك ذره مجازي تا زماني كه t بزرگتر از آنچه كه اين اصل مجاز مي شمارد نباشد مي تواند بوجود آيد و براي مدت زمان t دوام داشته باشد انطباق جالب برد ذره مزون P بدست آمده از محاسبات يوكاوا با نتايج حاصل از رابطه عدم قطيعت در انرژي گواهي بر تاييد تجربي اين اصل مي‌باشد.

12-پيامدهاي فيزيك كوانتومي

هر نظريه جديد خواه ناخواه با خود يكسري نگرشهاي جديد نسبت به عالم به ارمغان مياورد چنانچه نسبيت جهان كوچك ما ر ا وسعت بخشيد وافق محدود عالم ما را تا ميلياردها سال نوري گسترش داد سكون را از عالم ما گرفت و براي خلقت آن، نقطه آغاز متصور گرديد زمان مطلق را كه ا ز ازل تايم شده بود و قرار بود تا ابد تيك تاك كند را درهم شكست و سرعت‌ها را كه فيزيك كلاسيك رها كرده بود سامان داد و درچارچوب سرعت نور مهار كرد فيزيك كوانتومي نيز با خود همانند نظريه نسبيت ديدگاههاي جديدي نسبت به عالم نه با مقياس نسبيت بلكه در مقياس بسيار كوچكتر (اتمي و زير اتمي) ارائه نمود .ما كه از دنياي كلان با فيزيك كلاسيك و نسبيت آگاهي رضايت بخشي كسب نموديم تا قبل از پيدايش مكانيك كوانتومي تنها الكترون و هسته را مي‌شناختيم آن هم در حد يك شناخت سطحي ويكسري روابط دست وپا شكسته كه اوج آنها روابطي بود كه بوهر فيزيكدان دانماركي با زيركي از تلفيق فيزيك كلاسيك با اصول موضوعه خود به آنها دست يافت گرچه اين روابط طيف حاصل از اتم هيدروژن را به خوبي توجيه مي‌كرد ولي عملا براي ساير اتم‌هاي سنگين‌تر ناكارآمد وبي‌استفاده بود.فيزيك كوانتومي با پيدايش خود سه بمب اتم بر سرعالم فرو ريخت دوتاي آنهادر ژاپن و سومي بر تفكر فلسفي فيزيكدانان .براي فيزيكداناني كه صدها سال با جبر نيوتني يا اصل عليت خوگرفته بودند و وقوع هر معلولي را به يك علت خاص ربط مي‌دانند بسيار بغرنج بود كه دست از اين تفكر بردارند چرا كه اين تفكر بخوبي با وقايع دنيايي قابل مشاهده منطق بود.گردش زمين تنها معمول نيروي گرانشي است كه خورشيد برآن وارد مي‌كند، انحراف نور ستارگان دور دست از يك مسير مستقيم، تنها معلول انحناي فضا – زمان است. پديده تداخل معلول رفتار موجي نور مي‌باشد و دامنه اين تفكر جبري به جائي رسيد كه لاپلاس رياضيدان فرانسوي بيان نمود كه حالت جهان معلول گذشته آن و علت آ‌ينده آن است. اين تفكر به ما مي‌گويد كه با آگاهي از موقعيت كنوني زمين و خورشيد نسبت بهم و سرعت چرخش زمين بدور خورشيد مي‌توان كسوف‌هاي آينده را دقيقا مشخص نمود حركت سيارات وحتي ستارگان دنباله دار را با دقت فوق العاده تعيين كرد. بنابراين همه چيز از جبر نيوتني يا اصل موجبيت يا عليت پيروي مي كرد ولي به يكباره پيدايش فيزيك كوانتومي با اصل عدم قطعيتش همه چيز را بهم ريخت وسايه ترديد و احتمال را بر دنياي زير اتمي مسلط ساخت.غير قابل پيش بيني بودن برخي از وقايع – تاثير روش هاي اندازه‌گيري بر روي سيستمهاي مورد آزمايش- ناتواني مطلق دراندازه گيري همزمان متغيرها‌ي مكمل(چون تكانه و مكان ذرات يا خاصيت موجي و ذره‌اي فوتون) از جمله پيامدهاي فيزيك كوانتومي بود. اين فيزيك جديد به ما مي‌‌گويد نمي‌توان با قطعيت مسير يك ذره‌اي را بادانستن تمامي حالات كنونيش پيش‌بيني كرد، ما هرگز نمي‌توانيم بفهميم در پديده تداخل الكترون مورد نظر ما از كدام يك از دو شكاف دستگاه عبور كرده است.فيزيك كوانتومي همانند فيزيك كلاسيك و نسبيت اين اجازه را به ما نمي‌دهد كه با دانستن حالت كنوني يك سيستم با قطعيت از آينده آن صحبت كنيم.همه جا صحبت ازميانگين‌ها و احتمال هاست و همين موضوع بود كه اينشتين را وادار به بيان اين جمله كرد : خدا هرگز تاس نمي‌اندازد ولي آيا طبيعت به راستي فرمانبردار مطلق خداست؟. آيا يك اتم اورانيوم هنگامي متلاشي مي‌شود كه از خدا فرمان بگيرد؟ و يا يك فوتون هنگام رسيدن به سر دو راهي شكاف‌ها منتظر فرمان خدا مي‌ايستد كه از كدام يك از شكاف‌ها بگذرد و بهمين خاطر ما قادر به تعيين محل آن نيستيم؟ يا اينكه طبيعت بعد از ساخته شدن توسط خدا رها شده است كه ذرات آن هر گونه كه دلشان بخواهند رفتار كنند اين تفكر كه نمي‌توان با قطعيت از رفتار آينده يك سيستم صحبت كرد و اين اندازه‌گيري‌ها است كه به پديده‌ها رنگ واقعيت مي‌بخشد به تفكر كپنها گي(  ( Copenhagen interpretation معروف است كه بوهر سردمدار آن بود.اين تعبير از جهان اطراف ما به ما مي‌گويد كه تصور مكان و تكانه مشخص براي يك ذره همانند الكترون تا موقعيكه اندازه‌گيري نشده‌اند بي معناست در اين اندازه گيري شي و دستگاه اندازهگيري توامان نتايج حاصل از اندازه‌‌گيري را مشخص مي‌كنند.

ولي آيا مي‌توان پذيرفت كه فرآيند اندازه‌گيري مي‌تواند روي جهان تاثير بگذارد آيا شليك يك گلوله تا موقعي كه گوشي صداي آن را نشنيده است(به عنوان دستگاه اندازه گيري) داراي صدا است آيا يك الكترون داراي بارالكتريكي است يا اينكه اين دستگاه اندازه‌گيري است كه براي الكترون باري مشخص در نظر مي‌گيرد. كوانتوم فرآيند اندازه گيري را مختل كننده و تاثيرگذار فرض مي‌كند تا جائيكه بوهر باني تفكر كپنهاگي بيان مي‌دارد كه خواصي مانند ماهيت موجي يا ذره‌اي يك فوتون يا الكترون يا بار الكتريكي ، تكانه ، محل و سرعت يك ذره، تا هنگامي كه اندازه‌گيري نشده‌اند وجود ندارد يا غير واقعي هستند به عبارت كلي تر يك سيستم كوانتومي فاقد خواص است .اينشتين  به واقعيت عيني معتقد بود،  اينكه جهان فيزيكي مستقل از هر نوع فرآيند اندازه‌گيري است، و به اين موضوع ايمان راسخ داشت. به عبارتي او تاثير گذاري فرآيند اندازه گيري را بر پديده‌هاي فيزيكي مردود مي‌دانست و معتقد بود كه ذرات زير اتمي داراي وجودي مستقل از اندازه‌گيري هستند براستي آيا فيزيك كوانتوم آن گونه كه اينشتين اعتقاد داشت ناقص است؟ ولي نتايج تمام آزمايشات به خوبي با محاسبات فيزيك كوانتومي مطابقت دارند گرچه فيزيك كوانتومي از پيش بيني رفتار يك فوتون يا يك هسته اتم راديواكتيو به تنهايي عاجز است ولي به خوبي رفتار گروهي اين ذرات را پيش بيني مي‌كند. فيزيك كوانتومي نه تنها قادر به توصيف رفتار ذرات زير اتمي است بلكه با تعميم آن مي‌‌توان رفتار اجرام ماكروسكوپي همانند يك توپ تنيس يا يك جسم قابل مشاهده ديگر را تعيين نمود و همين عامل موجب شده است تا فيزيكي كوانتومي را يك نظريه بنيادي كه رفتار جهان را توصيف مي كند در نظر بگيريم همانند فيزيك كلاسيك و نسبيت.  
پيامدهاي فلسفي اين علم جديد را مي‌توان به گردن بوهر انداخت. بوهر به جاي تكميل و رفع نواقص آن كه از ديد اينشتين و حاميان او( EPR paradox )مطرح مي‌گرديد با قاطعيت شروع به دفاع فلسفي از اين ايده جديد نمود او پديده تكميل يا اصل مكمليت( Principle of Complementarity) را كه مبتني بر اصل عدم قطعيت‌هايزنبرگ بود را براي تاثير اندازه گيري بر سيستم كوانتومي مطرح كرد. بر اساس اين اصل، اندازه گيري خاصيتي از يك سيستم است و درهنگام اندازه گيري يك خاصيت از يك سيستم اطلاعات مادر مورد ساير خاص آن سيستم از بين مي‌رود مثلا اگر بنا باشد خاصيت موجي نور را اندازه گيري كنيم اطلاعات ما در مورد خاصيت ذره اي آن به كلي از ميان مي رود. همچنين در تعبير كپنهاگي واقعيت تا هنگامي كه اندازه‌گيري نشود وجود ندارد بر همين اساس تصور بار و تكانه و… براي يك الكترون تا هنگاميكه اين كميت‌ها اندازه‌گيري نشوند بي‌معنا خواهد بود در سال گذشته يك جوان ايراني بنام پرفسور شهريار صديق افشار با انجام آزمايشي بربخشي از اصل مكمليت بوهر خط بطلان كشيد و سلطۀ هشتاد سالۀ آ‎ن بر فيزيك كوانتومي را در معرض تزلزل و تباهي قرار داد.
 

13-‎آزمايش افشار (  Afshar experiment) پرفسور شهريار صديق افشار

بور در طول شكل گيري فيزيك كوانتومي بي مهابا از آن جانبداري مي‌كرد هر جا به بن بست مي‌رسيد يا توسط منتقدان فيزيك كوانتمي به چالش كشيده مي شد با بنا نهادن يك اصل فلسفي از ايده كوانتومي دفاع ميكرد. وقتي سال 1935 اروين شرودينگر آزمايش گربه را پيش كشيد( اين آزمايش فكري به آزمايش گربه شرودينگر(Schrödinger's cat ) نيز معروف است) و در آن مسئله تاثير اندازه‌گيري بر يك سيستم و اينكه چگونه صرف مشاهده مي‌تواند زندگي يا مرگ گربه را رقم بزند، تناقض موضوع فرآ‎يند اندازه‌گيري در فيزيك كوانتومي را با درك عمومي بر ملا ساخت ولي اين ادعا كه اندازه‌گيري بر روي يك سيستم كوانتومي تاثيرگذر است جزء لاينفك فيزيك كوانتومي است كه تاكنون هيچ آزمايشي آنرا نقض ننموده است ولي اين موضوع كه اندازه‌گيري خاصيتي از يك سيستم اطلاعات ما را در مورد ساير خواص آن سيستم از بين مي‌برد.در ژوئيه 2004 با اعلام نتيجه آزمايشي كه پروفسور افشار از دانشگاه روان انجام داد به چالش كشيده شد ايده ناتواني در اندازه‌گيري همزمان متغيرهاي مكمل كه از اصل مكمليت بوهر استنتاج مي‌شود به طرز جالبي توسط آزمايش افشار رد شده است.افشار طي انجام يك آزمايش به طور عملي موفق شد كه همزمان ماهيت موجي و ذره‌اي نور را مورد اندازه‌گيري و مشاهده قرار دهد. نتيجه اين آزمايش به طور آشكارا با اصل مكمليت در تناقض است بنابراين هواداران تعبير كپنهاگي يا بايد نتيجه اين آزمايش را در قالب اصل مكمليت توجيه نمايند يا دست از حمايت از اين اصل بردارند ولي آنگونه كه مشخص است شق دوم محتمل تر به نظر مي‌آيد بر همين اساس تاريخ بارديگر درحال تكرارشدن است و نيمه اول قرن بيست ويكم همانند نيمه اول قرن بيستم شاهد جدل‌هاي تازه‌اي بين هواداران تعبير كپنهاگي و هواداران واقعيت عيني (اينشتين نيز به واقعيت عيني معتقد بود و عقيده داشت كه واقعيت‌ها مستقل از اندازه‌گيري هستند) خواهد بود.

 14-آيا مكانيك كوانتومي يك نظريه كامل است؟

مكانيك كوانتومي به خوبي ما را در درك هرچه بهتر از ساختار وخواص اتمها ، مولكولها ، جامدات و رفتار ذرات زير اتمي ياري داده است و هداياي گرانقدري نيز به ما اعطا نمود ترانزيستور-ليزر-تلويزيون-كامپيوتر – ميكروسكوپ الكتروني – انرژي هسته‌اي و… همه و همه نتايج فيزيك كوانتومي است فيزيكي كه بر پايه عدم قطعيت، احتمال ، ميانگين و آمار بناشده است. نظريه كوانتومي كه توسط پلانك و اينشتين ساخته و پرداخته گرديد باسايه انداختن ديدگاه احتمال و عدم قطعيت برآن موجب نارضايتي و دلسردي اينشتين شد وراهش را از سايرين جدا كرد چراكه طرز فكري كه نسبيت‌‌ها از آن تراوش كرده بودنند اين اجازه را به اينشتين نمي‌داد كه جهان عيني و علّي را رها كند و درسايه ترديد و تزلزل در پي كشف حقايق عالم برآيد ولي شايد اينشتين درست انديشيده بود و اين بوهر وهمفكران او بودند كه در بكارگيري و تعميم اصل عدم قطعيت راه را به بيراهه رفتند. همان طور كه براي توجيه پديدهاي عالم ماكروسكوپي فيزيك كلاسيك به تنهايي ناقص و نارسا است شايد براي بررسي تمام جوانب عالم زير اتمي فيزيك كوانتومي نيز به تنهايي كافي نباشد و آنجا كه فيزيك كوانتومي دراندازه گيري همزمان تكانه و مكان ذره به بن بست مي‌رسد شايد براي رهايي از اين بن بست نمي‌بايست از اصل عدم قطعيت استفاده مي‌كرديم بلكه بايد مكانيك كوانتومي را كامل يا اصلاح مي‌نموديم يا با خلق روشهاي نوين در رفع اين معضل برمي‌آمديم وبدين گونه با تدوين نظريه‌اي جديد از اتهام طبيعت به سردرگمي و دو شخصيتي (يك شخصيت علّي در توجيه وقوع رويدادهاي ماكروسكوپي و ديگري شخصيت غير قابل پيش‌‌بيني و غير قطعي در رويدادهاي زير اتمي ) پرهيز مي‌كرديم.
ولي در حال حاضر فيزيك كوانتومي با سرعتي متحير كننده مسير ترقي و شكوفايي خود را مي‌پيمايد بي‌آنكه درجاده هموار خود با مشكل مواجه شود. و تا موقعي كه مشكلي ايجاد نشود( همانند مشكلات موجود در فيزيك كلاسيك كه زمينه را براي تولد نظريه‌هاي نسبيت و كوانتوم فراهم نمود) دانشمندان نيازي به خلق نظريه‌ائي جديد يا ايجاد تغييري درآن نمي‌بينند.

 15- نگاهي به آينده

نسبيت و كوانتوم به خوبي نشان ميدهند كه اگر بخواهيم از اسرار دروني عالم آگاه شويم چه در ريزترين اجزاء آن و چه در بزرگترين اجسام آن(كهكشانها) بايد دالان هاي پيچ در پيچ زيادي را طي كنيم، نسبيت عام ، اصول و معادلات فيزيك كوانتومي بردشواري اين مسير دلالت دارند ولي چيزي كه مسلم است اين است كه هرچه به عمق اين اسرار نفوذ مي‌‌‌كنيم عدم قرابت و همخواني آنها با عقل سليم بيشتر مي‌شود و شايد از تركيب همين تضادهاست كه واقعيت‌هاي قابل مشاهده شكل مي‌گيرند و طبيعت در ظاهر (فيزيك كلاسيك) چنين ساده‌ وبي آلايش به نظر مي‌رسد.
 شايد اين گونه نيز نباشد و ما لقمه را دور سر خود پيچانده‌ايم اگر روزي انسان موفق به خلق يك نظريه‌اي شود كه همه چيز را از اتم تا انحناي فضا- زمان تا خلقت عالم و حركت با سرعت‌هاي فوق العاده و…را توضيح دهد آن هنگام خواهد بود( كه ما مي‌توانيم در مورد رفتار طبيعت قضاوت كنيم و او را به سادگي يا پيچيدگي متهم سازيم.ناتواني نسبيت در تراكم هاي  فوق العاده زياد ماده و انرژي (لحظه‌ آغاز خلقت كائنات و سياهچاله‌ها) عدم توانايي فيزيك كوانتوم در پيش بيني رفتار يك ذره در مقياس زير اتمي به تنهايي و عدم آگاهي از ماهيت برخي از ذرات زير اتمي (مانند نوترينو) ناتواني نظريه‌‌هاي فعلي در آشكار ساختن وقايع ورويدادهاي نخستين خلقت و بي اطلاعي از ماهيت برخي از پديده‌هاي موجود در عالم همانند ماده تاريك و انرژي تاريك و برخي ديگر از معماهاي كنوني همه وهمه به طور آشكار ناقص بودن نظريه‌هاي امروزي را نشان ميدهند.گرچه نسبيت خاص و عام و فيزيك كوانتومي و كلاسيك مشكلات عديده‌اي از پيش‌پاي بشر برداشته‌اند و هركدام مانند يك چراغ مسير تاريك حركت بشر را روشن نمودنند و رسيدن او را به جايگاه امروزي موجب شدند ولي براي گذر از مسير پر رمز و راز و صعب العبور امروزين ما نياز به يك نورافكن داريم نور افكني كه تمام زواياي پنهان طبيعت را روشن سازد و از ريزترين جزء طبيعت تا بزرگترين آنها را پوشش دهد ، دور نيست كه اين خواسته بشر با اتكا به اراده وهوشي كه در او نسبت به ساير جانوارن وجود دارد عملي گردد.

16 –  منابع

منابع داخلي – سيرتكاملي ساختمان اتم- فيزيك پايه جلد 4 – فيزيك كوانتومي – فراسوي اينشتين – فيزيك كوانتومي خيال يا واقعيت- فيزيك هسته اي – … 
The mathematical foundations of quantum mechanics-A history of quantum mechanics
Albert Einstein. Relativity: The Special and General Theory
Afshar experiment

منبع : Parssky.com

1,423 total views, 1 views today

Share

7 فکر می‌کنند “كوانتوم و نسبيت دوست يا دشمن”

  1. با سلام و تشکر فکر می کنم کتاب منطق اکتشاف علمی کارل پوپر هم در این زمینه جالب باشه چون بر اساس نظریه نسبیته و در چارچوب فلسفه علم بیان شده که توصیه می کنم مطالعه کنید …

    [پاسخ]

  2. سلام فکر میکنم کتاب (یک: کوانتوم،عرفان و درمان ) دکتر مسعود ناصری به علاقمندان این مبحث کمک کند.

    [پاسخ]

  3. در همين رابطه مايلم در مورد شعور ذرات هم بدونم كه احتمالا تكميل كننده است. ممنون

    [پاسخ]

  4. آيا شعور ذرات بااختيار وتاثير انسان در طبيعت تضاد دارد؟ بسياري از مباحث مطرح شده در فيزيك در آثار شعرابزرگ و به خصوص عرفا ما وجود دارد.

    [پاسخ]

  5. بیشتر یک تقتضا دارم تا یک نظر چنانچه دوستی کتابهای الکترونیکی دون خوان را دارد سپاسگذار میشوم که برای من ارسال نمایید د رضمن وجه ان را نیز پرداخت خواهم کرد

    [پاسخ]

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *