آیا تفسیر کپنهاک بى اعتبار مى شود
نوشته: ماتیو ایردیل
ترجمه: على ملائکه
« تفسیر کپنهاک » از نظریه کوانتوم از هنگامى که براى اولین بار در 70 سال پیش تکوین یافت، عامل اختلاف نظر فراوان بین فیزیکدانان و فیلسوفان بوده است.
«نیلس بور» فیزیکدان دانمارکى، معمار اصلى این نظریه، واکنش نمونه اى به این نظریه را چنین خلاصه کرده است: «هر کسى از نظریه کوانتوم تکان نخورد آن را نفهمیده است.» اینشتین این نظریه را به خاطر استلزامات احتمال گرایانه اش دوست نمى داشت، اما علت عدم تمایلش این هم بود که اعتقاد داشت وظیفه علم فراهم آوردن دانشى از جهان است که مستقل از مشاهده گران و اعمال مشاهده گرانه شان باشد و این چیزى بود که تعبیر کپنهاکى از نظر کوانتوم به وضوح آن را رد مى کرد.
«بور» اصرار داشت که تنها طریق معنادار بودن ریاضیات نظریه کوانتوم این است که فرض کنیم هیچ چیز تا هنگامى که اندازه گیرى نشود وجود ندارد. ما نمى توانیم درباره واقعیت عینى مستقل از مشاهده گران سخن بگوییم زیرا مشاهدات ما آنچه را که خواهیم دید متفاوت خواهد کرد.معمار دیگر نظریه کوانتوم، اروین شرودینگر تحت تاثیر این تعبیر قرار نداشت. او آزمایش فکرى مشهورى را طرح کرد «که امروزه به آن آزمایش گره شرودینگر مى گویند» تا یاوگى ذاتى این تعبیر را روشن کند [آزمایشى که امروزه به نحوى متناقض به معرف این تعبیر بدل شده است] او اتاقى در بسته را تصور کرد که حاوى گربه اى زنده و نمونه کوچکى از یک ماده رادیواکتیو به صورت ماشه اى متصل به یک محفظه سیانید است. همه این اجزا براى این چیده شده تا احتمال اینکه ماشه رادیواکتیو آزادى سیانید و نهایتاً مرگ گربه را باعث شود، 50-50 باشد. عقل سلیم به ما مى گوید که گربه درون جعبه یا مرده است یا زنده، بسته به اینکه ماشه رادیواکتیو عمل کرده باشد یا نه.
یکی از مشهورترین نظریههای فضایی عصر حاضر دایر بر این که هیچ چیزی قادر به فرار از سیاهچالهها نیست توسط خالق این نظریه نقض شده است. استفان هاکینگ، فیزیکدان مشهور استاد دانشگاه کمبریج میگوید نظریهٴ مشهور او دربارة سیاهچالهها تاکنون اشتباه بوده است. وی در کنفرانسی با موضوع جاذبه در دایلین گفت که او در نظریهاش، دایر بر این که هر چه که به درون سیاهچالهها (Black holes) سقوط کند نابود میشود، تجدید نظر کرده است. او اکنون به این نتیجه رسیده است که سیاهچالهها ممکن است به اطلاعات اجازة فرار دهند. تحقیقات تازة او حتی ممکن است به حل "پارادوکس اطلاعات سیاهچالهها" که یکی از معماهای مهم فیزیک نوین است کمک کند. سیاهچاله شیئی فضایی است که اگر چیزی وارد ان شود امکان فرار از آن نخواهد داشت. مرز سیاهچاله "افق رویداد" خوانده میشود. سیاهچاله گاه در اثر فروپاشی ستارگان عظیم به درون خود شکل میگیرد و گفته میشود حتی نور قادر به فرار از آن نیست. اما اکنون اقای هاکینگ به این باور رسیده است که سفر به سیاهچاله ممکن است چنان که تاکنون تصور میشد سفری یک طرفه نباشد. پیش از این تصور میشد، زمانی که چیزی به داخل سیاهچاله سقوط کرد برای همیشه گم و ناپدید شده است و تنها اطلاعاتی که دربارة سیاهچاله باقی میماند، جرم و سرعت چرخش آن است." اما این فرض با قوانین فیزیک کوانتوم که رفتار جهان را در کوچکترین ابعاد توضیح میدهد متمایز است. این قوانین حکممیکند که اطلاعات نمیتواند برای همیشه از دست برود و نابود شود. این که اطلاعات از دست میرود یا نه دارای پیامدهای مهم و عملی و فلسفی است.
ی از رازهائی که ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول کرده مربوط به سیاهچاله ها می باشد. آیا اطلاعات زمانی که به درون یک سیاهچاله وارد می شوند، نابود می شود و یا به شکل دیگری باقی می ماند؟
گزارش واحد خبر مرکز مطالعات و پژوهش هاى فلکى ـ نجومى به نقل از سایت " yorku.ac.uk" ، استفن هاوکینگ بر این باور بود که سیاه چاله ها طی یک زمان طولانی بخار می شوند و به آرامی ذرات بدون شکلی را آزاد می کنند. در نتیجه ، هر گونه اطلاعاتی که وارد آن شد از بین خواهد رفت.
اما، یک تحقیق جدید که در دانشگاه یورک و موسسه علمی ساینیک در هند انجام شد دیدی تازه از پارادوکس سیاهچاله را عنوان کرده که ممکن است به حل اسرار اطلاعات ورودی به سیاهچاله کمک کند. این محققان دریافتند که اگر اطلاعات در سطح کوانتمی نابود شوند، این اطلاعات در واقع مخفی می باشند و قادرند در جائی دیگر ظاهر شوند.
به جای اینکه اطلاعات به طور کامل نابود شوند، برخی ارتباط و پیوند بین ذرات نابود شده و وضعیت درونی سیاه چاله باقی می ماند.
دردسامبر 2005 تصادم دهنده عظیم هادرون (ال اچ سی) در سرن در نزدیکی ژنو اولین عملیات موفقیت آمیز خود را به پایان رساند. در اتاق فرمان نیمه تاریکی در اعماق زمین، نمایشگر رایانه تصاویر رنگی دو رویداد ذوره ای از میلیلردها رویداد مشاهده شده توسط یکی از آشکارسازهای غول پیکر ( ال اچ سی ) را نشان میدهد. این تصاویر برای فیزیکدانانی که دور آن جمع شده اند و طی هفته های گذشته به سختی مشغول کار بوده اند ، بسیار مهیج است آنها از خوشحالی فریاد میکشند ،زیرا بر صفحه نمایش امظای غیر قابل تردید بعد پنجم را میبینند .گروه بسیاری از فیزیکدانان بر این عقیده اند که چهار بعد چهان ما ( سه بعد مربوط به فضا و یک بعد مربوط به زمان) همانند نوک یک کوه یخ هستند که قسمت اعظم آن زیر آب قرار دارد. علاوه بر این میگویند ممکن است به زودی قادر به دیدن اثرات بعد پنجم باشند. حتی ممکن است بعد پنجم دست خود را در دور بعدی آزمایشهای شتاب دهنده، برای ما رو کند و این چشم اندازی است که دهان هر فیزیکدان ذره ای را آب خواهد انداخت ! اما این شور و شعف تنها به خاطر خود بعد پنجم نخواهد بود . زیرا چنین چیزی گامی بزرگ در پیشروی دراز مدت به سوی یک « نظریه همه چیز» خواهد بود .
تئوری جدیدی که دانشمندان استرالیایی مطرح کردهاند و سرعت نور را ثابت نمیدانند مهمترین تئوری فیزیک نوین یعنی نسبیت انیشتین را از اریکه قدرت به پایین میکشد.
تیم فیزیکدانان دانشگاه مک کواری سیدنی در استرالیا به ریاست پال دیویز Paul Davies احتمال آن که سرعت نور طی میلیاردها سال کندتر شده باشد را مطرح ساختهاند. در این صورت فیزیکدانان باید در مورد بسیار از فرضیهها و تئوریهای پایه بویژه در مورد قوانین حاکم بر عالم تجدید نظر کنند. دیویز در مصاحبه با رویتر گفت: «معنی این تئوری جدید آن است که باید از خیر تئوری نسبیت و فرمول E=mc2 و این جور چیزها بگذریم البته نه به این معنی که کتابها را در این مورد دور بیندازیم؛ همیشه تحولات علمی تئوریهای قدیمیتر را در خود هضم میکند».
نتایج تحقیقات این تیم در مجله نیچر Nature به چاپ رسیده است. جان وب اختر شناس دانشگاه نیوساوث ویلز با ارائه تئوری خود براساس شواهدی که به دست آمده است ادعا میکند که سرعت نور میتواند ثابت نباشد، که این موضوع معمای لاینحلی را پیش روی فیزیکدانان و اخترشناسان قرار داده است. براساس یافتههای وب، نوری که از کوثر- Quasar شیء شبیه به ستاره در آسمان - در طی دوازده میلیارد سال سفر خود تا رسیدن به زمین فوتونهایی از سحابی بین ستارهای دریافت کرده است که با فوتونهایی که تاکنون میشناختیم تفاوت دارد.
یکی از دانش آموختگان کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شریف در رشته فیزیک، بطور نظری منشا انرژی تاریک کیهانی را معرفی کرد. آقای "شانت باغرام" روز یکشنبه در گفت وگو با خبرنگار ایرنا گفت، مشاهدات اخیر کیهان شناسی مانند رصد ابرنواختر نوع Iنشان میدهد کیهان در حال حاضر در یک فاز شتاب تندشونده قرار دارد و سایر مشاهدات مانند تابش پس زمینه کیهانی نیز حاکی از تخت بودن عالم است.
وی افزود، نتیجه این مشاهدات این است که ۷۰درصد عالم از یک مولفه ناشناخته موسوم به "انرژی تاریک" تشکیل شده که مسوول انبساط تندشونده عالم است و شناخت منشا این عنصر ناشناخته یکی از اساسیترین مسایل پیش روی فیزیک - دانهای قرن ۲۱تلقی میشود.
باغرام در پایاننامه کارشناسی ارشد خود با عنوان " گرانش تعمیم یافته بعنوان جایگزین انرژی تاریک" آورده است در واقع تغییر رفتار گرانشی در مقیاسهای بزرگ کیهانی عامل ایجاد انرژی تاریک و در نتیجه انبساط تندشونده عالم است.
وی به ایرنا گفت که در این مطالعه تئوری با استفاده از روابط ریاضی و فیزیک نشان داده شد که رفتار گرانشی در واقع آن چیزی نیست که تصور میشود و این رفتار میتواند در مقیاس بزرگ و کیهانی بجای نقش جاذبهای، نقش دافعه داشته باشد.
این دانش آموخته دانشگاه خاطر نشان کرد اغلب برای توضیح علت انبساط تند- شونده عالم موجودات جدیدی تعریف میشود که البته توضیحات نظری وی نیاز به تعریف این موجودات را از بین میبرد.
توالی زمانی مفهومی ندارد ، چرا که ساختارها در ورای زمـان شکل می گیرند.
دلیل اینکه توالی زمانی مفهومی ندارد این است که رویه ی شکل گیری ، قبل از اینکه ماده شکل خارجی به خود بگیرد شروع می شود. فیزیکدانــان کوانتوم آن را « پیش – ماده » می نامند ؛ تابع موج کوانتومی. اگر چه تابع موج کوانتومی با دقت بالایی قابل محاسبه است اما نمی توان آنرا ماده به حساب آورد. در واقع هیچ چیز نیست. امواج کوانتومی قادر به حرکت اند ، و بسیار بسیار سریع حرکت می کنند. در حقیقت آنها می توانند سریع تر از نور حرکت کنند. این بدان مفهوم است که آنها قادرند در زمـان ، رو به عقب یا رو به جلو حرکت کنند. فیزیکدانان ذراتی را که قادر به حرکتِ سریعتر از نور هستند (اگر چنین چیزهایی در واقه وجود داشته باشند) ، را تاکیون می نامند. اینشتین و فیزیکدانان بعد از او نشان دادند هر چیزی که بتواند سریع تر از نور حرکت کند را می توان به صورت توالی زمانی معکوس مشاهده کرد. برخی از ناظران ، این توالی زمانی را به صورت نمایش یک فیلم مشاهده می کنند ، در حالیکه از نظر بقیه ، فیلم به صورت معکوس پخش میشود. هر چند بسیار خارق العاده و خیالی به نظر می رسد ، امـــا نمونه های ریاضی چنین چیزهایی بسیار خوب تعریف شده اند و می توان گفت که حداقل از نظر ریاضی ، به خوبی درک می شوند.
خاصیت اصلی دیگر امواج کوانتومی این است که در مکان و زمانی که احتمال وقوع چیزی می رود نمایــان میشود ؛ به عبارت دیگر ، معیاری برای احتمال وقوع یک واقعه است. یک تعبیر شگفت انگیز این است که بگوییم این احتمال نه تنها در ذهنِ ما وجود دارد ؛ بلکه در فضا – زمان حرکت می کند. به عبارت دیگر ، این موج هم درون ذهن ما و هم خارج از آن در جهان قرار دارد. به طور خلاصه ، موج کوانتومی ، موجی از احتمال است که با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت می کند و ذهن ما را به جهانی مادی پیوند می زند.
برگرفته از کتاب : متا فیزیک از نگاه فیزیک
نویسنده : فرد آلن ولف – باب توبن
در ابتدای قرن بیستم دو نظریه مهم در فیزیک پایه گذاری شد ، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت. برخلاف موفقیت های فراوانی که هرکدام از این نظریه ها بطور جداگانه بدست آورده اند ، با یکدیگر ناسازگار به نظر می رسند. این تنا قض در قلب فیزیک نظری همچنان یکی از جنجا لی ترین مطالب علم است.
نظریه نسبیت عام در محاسبه دقیق گرانش موفق عمل می کند. اگر در میدان گرانش ، مکانیک کوانتومی را بکار بگیریم ، به گرانش کوانتومی دست می یابیم. در نگاه اول ساختن نظریه گرانش کوانتومی مشکلتر از نظریه الکترودینامیک کوانتومی به نظر نمی رسد. الکترودینامیک کوانتومی نیم قرن پیش ابداع شد. اساس الکترودینامیک کوانتومی توصیف نیروهای الکترومغناطیسی برحسب تبادل ذراتی است که آنها را فوتون می نامیم. بعبارت دیگر کوانتای میدان الکترومغناطیس است. این فوتون ها گسیل شده و بلافاصله جذب می شوند. در نتیجه گسیل و جذب فوتون ها انرژی و اندازه حرکت ذرات ثابت نمی ماند. بنابراین دافعه الکتروستاتیک بین دو الکترون را می توان در نتیجه گسیل فوتون از یک الکترون و جذب آن توسط الکترون دیگر دانست.
همانطور که می دانید در قرن هجدهم نظریه وجود اتر مطرح بود که آزمایش مایکل سون مورلی رامردود شناخت وبعد آلبرت اینشتین نظریه نسبیت را مطرح کرد. این داستان ازدیدگاه منطقی درست است اماازدیدگاه تاریخی چنین نیست . من می خواهم درباره بخشی ازاین نظریه که لورنس نامیده می شود توضیحی بدهم . درمعادلات انتقال لورنس قبل ازهرچیزسرعت نورمطرح است . سرعتی که ازمعادلات مکث ون بدست می آید.مایکل سون با دقت زیادی سرعت نور را سیصد هزار کیلومتردرثانیه تعیین کرد. سرعت نوردرفیزیک جدید و درک جهان هستی ازاهمیت زیادی برخورداراست . دراواخرقرن نوزدهم سرعت که متحرک ترین تجربه انسان بود با قطار تأ مین می شد. درآن هنگام موتور هنوز تکامل نیافته بود.درآن دوره هرنوع از قطارها نشان سرعت بودند .ولی تنها چیزی که همیشه انسانها راسریعترجابجا می کند سیاره زمین است که باسرعت صد وهشت هزار کیلومتر درساعت به دور خورشید می گردد. برای فیزیکدانان قرن بیستم سرعت زمین نسبت به سیال اتر اهمیت زیادی داشت . ازروزگارارسطو این باور شکل گرفته بود که فضا ازسیالی به نام اتر پرشده است .این سیال مدتها بعنوان یک فرضیه مطرح بود تا سرانجام دوآمریکایی تصمیم گرفتند وجود سیال اتر رابرای همیشه اثبات کنند. این دو آمریکایی آلبرت مایکل سون وادوارد مورلی نام داشتند . هدف آنان ازاین آزمایش ، تعیین چگونگی حرکت زمین درون اتربا بررسی تأثیرسرعت آن برسرعت نوربود. آنان باحساس ترین دستگاههای آزمایشی چیزی رایافتند که بدنبال آن نبودند . دستگاه اینترفرامت نشان داد بدون درنظرگرفتن حرکت هرناظر سرعت نوربرای همه انها یکسان است . البته این خبرخوشایندی برای آن دونبود و این خبردرسراسرجهان منتشرشد وبه ایرلند رسید درآنجا فیزیکدانی به نام چورال که درزمینه نظریه الکترومغناطیس مکث ون تحقیقاتی کرده بود ، نتایج بدست آمده ازآزمایش مکث ون رابازنگری کرد. وی گفت :" حرکت دستگاه اینترفرامت درون سیال اترباعث انقباض یکی ازبازوهای آن شده است ومقداراین انقباض به اندازه ای بوده است که باعث شده است هردوپرتو نورهمزمان باهم به دستگاه برسند.بسیاری ازدانشمندان بااین فرضیه مخالفت کردند . ولی هنگامی که فیزیکدانی به نام هنری لورنس به این نتیجه رسید کسی بااومخالفت نکرد. لورنس ازاستادان نظریه الکترومغناطیس مکث ون بود که توانست توضیح محسوسی درباره پدیده انقباض عرضه کند. به نظراو این انقباض ازخواص الکترونها بود که وجود آنها به وسیله تامسون وهمکارانش درانگلستان اثبات شده است .به نظرمی رسید که الکترونها بخشی ازاتمها ویکی ازذرات بنیادین ماده باشد. ولی درآن دوران همه تواناییهای الکترونها کشف نشد. لورنس احتمال داد که الکترونها درامتداد جهت حرکت منقبض می شوند.اگراین امر صحت داشت با توجه به اینکه همه چیز ازالکترون سا خته شده است دستگاه اینترفرامت نیزممکن بود درجهت حرکت منقبض شود. به نظرمی رسید که انقباض طولی توضیح مناسبی برای نتیجه آزمایش مایکل سون مورلی وتمام آزمایشهایی است که برای حرکت زمین درون سیال اتر انجام شده است .
در بهار 1913 سؤال قدیمی ماده از چه چیزی ساخته شده است، ذهن نیلس هنریک دیوید را به خود مشغول کرده بود. پاسخ وی به این سؤال که انقلابی را برپا میکرد در الگوی اتم نیتروژن نهفته بود. کار او اهمیت زیادی داشت و نقطه عطفی در فیزیک نظری به حساب میآمد. ولی طبق نظریه مکانیک نیوتن و الکترومغناطیس مکث وین که در آن دوره اعتبار و اهمیت ویژهای داشت، نظریه وی نمیتوانست درست باشد، اما به سادگی درک میشد. بُور برای اتم الگوی ذرهای همانند مجموعه منظومه شمسی را پیشنهاد کرد. در این الگو یک هسته سنگین با بار مثبت جانشین خورشید میشود و الکترون نیز همانند یک سیاره به دور آن میگردید. همانند سیارهای که با نیروی جاذبه در مدار به دور خورشید باقی میماند، الکترون نیز با نیروی الکتریسیته به طرف هسته جذب میشود. به رغم تفاوت ظاهری این دو با نیرویی که به صورت عکس مجذور شعاع ظاهر میشوند، جذب میشوند و هر دو مدار همسانی را طی میکنند. مدار سیارات همانطور که نیوتن توضیح داده بود بیضوی است. البته بسته به میزان خروج از مرکز این مدار میتواند شکل دایره را به خود بگیرد. برای سادگی بیشتر نیزبور مدار اتمها را به صورت دایره در نظر گرفت در یک مدار دایرهای شکل انرژی پتانسیل برابر D منهای R و انرژی جنبشی برابر نصف این مقدار ولی با علامت مثبت است. از اینرو انرژی کل برابر است با منهای یک دو دی (D) بر روی R این فرمول برای سیارات و اتم صادق است. به نظر میرسید که این الگو با مکانیک نیوتنی سازگار است. مشکل آن کجا بود؟ به عبارت دیگر این فرضیه چگونه قوانین فیزیک آن روزگار را نقض میکرد و اگر او واقعاً قوانین فیزیک را نقض کرده بود چرا همه دانشمندان از همان ابتدا با او به مخالفت برنخاستند؟ نخست به این دلیل که این مرد جوان هنوز در ابتدای راه بود و کار وی به بازنگری بیشتری نیاز داشت. با این حال بور جوان که به راهی جداگانه میرفت گام را فراتر نهاد و معتقد بود که الکترونها تنها میتوانند در مدارهای مشخصی وجود داشته باشند. این امر با قوانین نیوتن تناقض داشت. او همچنین برخلاف نظر مکث وین اظهار داشت که: الکترونها هنگامی که از مداری به مدار دیگر میروند میتوانند انرژی جذب کنند و آن را از دست بدهند. این اظهارات چیزی بیشتر از یک تناقض بودند و در دنیای فیزیک آن روز این گفتار مخالف با قوانین فیزیک بود. ولی چیزی که باعث رسیدن وی به چنین دیدگاهی شده بود، یک نسل قبل از او، پروفسور جیمز مکث ون درباره اتمی کتابی نوشته است. او که وظیفه ویراستاری دایرة المعارف بریتانیکا را نیز عهدهدار بود، با ورود به دنیای اتمها یکی از پیشرفتهترین موضوعهای علمی روز را مطرح و همچنین آنچه را که از گذشته در این زمینه وجود داشت، جمعبندی کرد. قرنها پیش از میلاد مسیح فیلسوفی یونانی به نام دموکراتوس اتم را به صورت ذرات متحرکی که درون فضای تهی حرکت میکنند، در نظر گرفت. ولی ارسطو با این دیدگاه درباره اتم مخالف بود. موضوع آن روزها در همینجا خاتمه یافت. بعدها در عصر رنسانس گالیله فرضیه اتم را دوباره مطرح کرد. کار او را دِکارت، نیوتن، مکث ون و بسیاری از دانشمندان دنبال کردند. مکث ون در کتاب خود مینوسید، اکنون وجود اتم یکبار دیگر در مباحث علمی مطرح شده است. جان دالتون یکی از کسانی بود که در این زمینه نظریههایی را مطرح کرده است. در سال 1807 این شیمیدان انگلیسی مشغول بررسی درباره ترکیبات شیمیایی عناصر شناخته شده در آن دوران بود. کارهای او به کشف قوانین نسبتهای ساده و چندگانه منجر شد. هنگامی که دو عنصر در یک واکنش شیمیایی با یکدیگر ترکیب میشوند، جرم آنها نیز به نسبت معینی با هم ترکیب میشود. نتیجه این قانون نیز کاملاً مشخص است. برای ترکیب شدن با نسبت معین عناصر میباید از ذرات نهایی کوچکی که همان اتم است، تشکیل شده باشد.