گذر درهم‌تنیدگی کوانتومی از فلسفه تا فیزیک ؛ آیا انیشتین اشتباه می‌کرد؟

در سال جاری، جایزه‌ی نوبل فیزیک اختصاص یافته است به «آزمایشاتی با درهم‌تنیدگی فوتون‌ها» که هم‌گام است بر قضیه‌ی بِل و روش نوِ نظریه‌ی اطلاعات کوانتومی.

برای درک این‌که تمام این‌ها به چه معنایی‌ است نیاز داریم به کندوکاو در این آزمایشات که به مدت طولانی در میان فیزیکدان‌ها بحث شده است و البته چرایی اهمیت آن. در دهه 60 مسیحی، بِل دریافت که چگونه پرسش‌های فلسفی درباره‌ی ذات واقعیت را به پرسش‌هایی درباره‌ی مسایل فیزیکی بکشاند! ــ این‌که چه‌چیزی را در باره‌یِ جهان می‌دانیم، و به واقع امر، جهان چگونه هست!ــ‌ پیش‌تر، پاسخ‌هایی که علم به‌مان داده، در کنار راه‌های دیگر همگی به بنبست رسیده بود.

بیشتر بخوانید: کشف یک اَبَر زمین زیست‌پذیر که تنها 37 سال نوری با ما فاصله دارد [+عکس]

درهم‌تنیدگی کوانتومی از فلسفه تا فیزیک

ما می‌دانیم که عینیات (اُبژه‌ها‌) کوانتومی ویژگی‌هایی دارند که به طور معمول ما به عینیات معمول زندگی منتسب نمی‌کنیم. چنان‌که نور گاه موج است و گاه ذره. و در درک ما چنین نیست. زمانی‌که به تبیین این‌طور رفتارهای نامعمول می‌پردازیم، در این‌جا دو نوع توضیح قابل تصور است.

احتمال یکم: جهان کوانتومی را واضح آنطور که هست درک می‌کنیم؛ آن‌چنان‌که هست و به طور غیرمعمول رخ می‌دهد. و در احتمال دیگر جهان کوانتومی فقط شبیه جهان معمول است که ما می‌شناسیم و دوست داریم امّا نگاه‌ ما از آن مغشوش است. بنابراین ما نمی‌توانیم واقعیت کوانتومی آن‌چنان‌که هست واضح مشاهده کنیم!

در اوان دهه‌های قرن بیستم مسیحی، فیزیک‌دان‌ها به دو بخش تقسیم شده بودند و هر دسته، یک توضیح را درست می‌دانست. بعضی از آن‌ها به سان، ورنر هایزنبرگ و نیلز بور جهان کوانتومی را غیرمعمول می‌پنداشتند و بعضی دیگر نیز به سان، آلبرت آینشتاین و اروین شرودینگر جهان کوانتومی را شبیه به جهان معمول و درک ما را از آن، مه‌آلود و ساده‌انگارانه می‌پنداشتند.

در بطن این بخش‌بندی، درک غیر معمولی از نظریه‌ی کوانتومی وجود داشت. بر اساس این نظریه، سازگان‌‌‌های کوانتومی با ویژگی‌های قطعی، مستقل ازهم و درکنارهم به کنش و اندرکنش می‌پردازند؛ حتی زمانی‌که این سازگان‌ها به از بخشی به بخشی دیگر حرکت بزرگی انجام دهند. در همین سال 1935 بود که شرودینگر ایده‌ی آزمایش گربه و جعبه را مطرح کرده و این پدیده را «درهم‌تنیدگی» نامید. بحث او این بود که درک ساز و کار جهان از این راه بیهوده به نظر می‌رسد.

بیشتر بخوانید: اسرار پیدایش زمین با مطالعه‌ی شهاب سنگ مریخی کهن‌سال فاش شد!

مسئله‌ی درهم‌تنیدگی کوانتومی

اگر سازگان‌های کوانتومی درهم تنیده واقعاً در کنار یکدیگر متصل باشند. حتی زمانی‌که از هم با فاصله جدا باشند، طوری به نظر می‌آیند که گویی ارتباطات‌شان با یکدیگر بی‌درنگ است. اما برخی از این ارتباطات مسدود است.

بر اساس قضیه‌ی نسبیت آینشتاین، او این ایده را «کنش شبح‌وار» در یک فاصله. دوباره در همان سال 1935 آینشتاین با دو همکار خود یک ایده‌ی تجربی دیگر را مطرح ساحت که نشان می‌داد مکانیک کوانتومی، همه‌ی ماجرا را درباره‌ی درهم‌کنش به ما نمی‌گوید. آن‌ها پنداشتند که این‌جا چیزی بیشتر وجود دارد در جهانی که هنوز ما نمی‌توانیم آن را مشاهده نماییم.

تئوری بل و درهم‌تنیدگی

امّا با گذر زمان، پرسشی مطرح شد که ـ«چگونه دریافت ما از نظریه‌ی کوانتومی به یک دانش پاورقی در محافل آکادمیک تبدیل شده است؟» پرسش که به نظر می‌رسد بسیار فلسفی باشد و در دهه ۴۰ میلادی بسیاری از نوابغ در فیزیک کوانتومی مشغول استفاده از این نظریه برای برنامه‌های مشخص‌تری شدند، من‌جمله تولید بمب اتمی.

این مشکل تا 1960 ادامه داشت، تا همان زمانی‌ که جان بل فیزیکدان ایرلندی، نبوغش را برای حل مسئله‌ی درهم‌تنیدگی به کار بست که جامعه‌ی علمی دریافت که این پرسش به ظاهر فلسفی می‌تواند پاسخی درخور داشته باشد.

بل با استفاده از سیستم علّی ساده‌ای که به آزمون فکری آینشتاین افزود، نشان داد که این‌جا راهی وجود ندارد تا زمانی که یک کنش کوانتومی ناکامل است توضیح کوانتومی داد. بنابراین، مادامی که «کنش شبح‌وار در یک فاصله» رخ نداده است نیز هم‌چنان بر احتمالات نظریه‌ی کوانتومی منطبق است.

این خبر خوبی برای آینشتاین نبود. این به خاطر این است که چنین چیزی در دهه‌ی 60 مسیحی مشهود نبود که دریابیم به راستی احتمالات نظریه کوانتومی لزوماً درست بوده است یا خیر؟!

به واقع امر، برای اثبات گفته‌ی بل، کسی باید بحث فلسفی‌ای را درباره‌ی واقعیت را مطرح می‌ساخت، تبدیل یک سازگان فیزیکی به یک آزمون تجربی. البته این امر، جایی است که دو نفر از برندگان جایزه نوبل وارد این ماجرا می‌شوند. در وهله‌ی نخست، جان کلازر، و سپس آلن اسپکت، آزمایش‌ها را درباره‌ی سیستم پیشنهادی بل انجام دادند که در نهایت منجر شد به این‌که پیش‌بینی های مکانیک کوانتومی دقیق باشد.

در نتیجه، علی‌رغم آن‌که ما «کنش شبح‌وار در یک فاصله» را بپذیریم یا نه، هیچ گزارش دیگری از سازگان‌های کوانتومی درهم تنیده که جهان کوانتومی مشاهده شده را توصیف کنند وجود ندارد.

بنابر این، آینشتاین در اشتباه بود؟

این شاید یک سورپرایز باشد، اما این پیشرفت‌هایی که در نظریه‌ کوانتومی پدیدار شده است نشان داده که آینشتاین در این نقطه اشتباه می‌کرد. این امر، به خاطر این است که به نظر نمی‌رسد که در نقطه نظر ما جهان کوانتومی مه‌آلود به نظر بیاید و فقط شبیه آن‌چیزی‌ست که جهان معمول ما هست.

اما ایده‌ی این که ما دریافت واضح و بخصوصی از جهان غیرمعمول کوانتومی داریم به نظر بسیار ساده‌انگارانه می‌آید و و این یکی از درس های مهم فلسفی را در بخش فیزیک کوانتومی و درهم‌تنیدگی به پیش می‌کشد. در همین خصوص سومین برنده‌ی جایزه نوبل آنتون زیلینگر خاطر نشان ساخت:

تفاوت بین واقعیت و دانش ما از واقعیت، در حقیقت امر، تفاوت واقعیت و اطلاعات است که نمی‌تواند ساخته شود. اینجا راهی برای ارجاع به واقعیت بدون استفاده از اطلاعاتی که ما در باره آن داریم، ممکن نیست.

بیشتر بخوانید:

شما دربارهٔ تاریخچه‌ی درهم‌تنیدگی کوانتومی چه فکر می کنید؟ نظرات خود را در بخش کامنت‌ها با مجله خبری آی تی و دیجیتال در میان بگذارید.

منبع: phys.org