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.
اما بر اساس تعبیر کپنهاک فرد نمى تواند چنین چیزى بگوید مگر هنگامى که یک مشاهده گر واقعاً به درون جعبه نگاه کند و «ببیند» که گربه مرده است (یا زنده). تا آن هنگام گربه را مى توان در یک زمان هم مرده «و» هم زنده شمرد.
واضح است که چنین وضعیتى حالتى غیرعادى از امور است، با این حال این تعبیر بخشى از اصول پذیرفته شده علمى در 80 سال گذشته بوده است. اما احتمالاً این اعتبار دیگر ادامه نخواهد یافت، اگر ثابت شود که نتایج آزمایش بحث برانگیز فیزیکدان شهریار افشار معتبر است. یکى از خصلت هاى عجیب واحدهاى ساختمانى واقعیت این است که تحت برخى شرایط به صورت ذره عمل مى کند، در حالى که تحت شرایط دیگر خواص موج مانند آشکارى دارد. این وضع را روشن تر از همه مى توان در آزمایش «شکاف دوتایى» double-slit experiment نشان داد که در آن الکترون ها به سوى یک حائل فلزى نازک با دو شکاف باریک روى آن پرتاب مى شوند. الکترون ها از یکى از این شکاف ها مى گذرند و به یک صفحه پوشیده از فسفر برخورد مى کنند. برخورد الکترون ها با این صفحه جرقه اى نورانى به وجود مى آورد که به وسیله یک شناساگر ثبت مى شود.
این آزمایش در سه مرحله انجام مى شود. در مرحله اول، تنها یکى از شکاف ها گشوده است و الکترون ها الگویى روى صفحه تشکیل مى دهند که مشابه آنى است که هنگام شلیک گلوله به یک هدف دیده مى شود. تمرکزى از اصابت ها که روى قسمتى از صفحه که به تدریج هنگامى که فرد از مرکز دور مى شود محو مى شود. در مرحله دوم این آزمایش، شکاف اول بسته مى شود، شکاف دوم باز مى شود و الکترون ها الگویى روى صفحه تشکیل مى دهند که مشابه الگوى مشاهده شده در مرحله اول است، اما تمرکز یافتن «اصابت ها» در موقعیتى متفاوت در صفحه انجام مى گیرد که با موقعیت متفاوت شکاف دوم روى حائل فلزى تطبیق مى کند.تا اینجا همه چیزها مطابق روال معمول است. موضوع وقتى جالب مى شود که هر دو شکاف حائل فلزى را باز مى کنید و الکترون ها را به سمت صفحه آشکارکننده شلیک مى کنید. اگر الکترون ها همیشه مانند ذره عمل مى کردند (همچنان که در مراحل 1 و 2 این گونه هستند)، شما انتظار داشتید که ترکیبى از نتایج مرحله 1 و 2 را ببینید. به این معنى که صفحه باید دو ناحیه تمرکز «اصابت ها» مربوط به الکترون هایى که از میان دو شکاف مى گذرند داشته باشد. اما شما چیز دیگرى را مشاهده مى کنید. آنچه مشاهده مى کنید یک الگوى تداخلى کلاسیک است، مانند طرحى که هنگام برخورد دو موج آب به وجود مى آید. به عبارت دیگر مجموعه اى از اوج و فرودهاى «اصابت ها» را روى صفحه مى بینید، که با الگوى اصابت حاصل از پرتاب شدن ذراتى ساده از میان دو شکاف متفاوت است. به نظر مى رسد الکترون ها هنگامى که از تفنگ الکترونى شلیک مى شوند رفتار ذره اى دارند و هنگامى که مسیرشان را با اصابت بر صفحه فسفرى به پایان مى رسانند نیز ذره هستند، اما در مسیر حرکتشان بین این دو نقطه خودشان را به نوعى از موج تغییر شکل مى دهند.براساس چنین آزمایش هایى ممکن است به نظر رسد که الکترون ها مى توانند هم موج و هم ذره باشند، اما «بور» اعتقاد داشت که محتمل است که آنها چیزى مطلقاً متفاوت باشند، چیزى آن قدر بدیع که نه تجربه هاى عادى روزمره ما به ما امکان توصیف یا فهم آن را بدهد و نه تجهیزات آزمایشگاهى ما توان احاطه کامل بر آن را داشته باشد. یک موجودیت کوانتومى هنگامى که اندازه گیرى مى شود یا مانند ذره یا مانند موج رفتار خواهد کرد. «بور» استدلال مى کرد که طریقه اى که شما آزمایش خود را ترتیب مى دهید است که تعیین مى کند شما چه نوع رفتارى را مشاهده کنید و همزمان و در یک آزمایش هر دو رفتار را نخواهید دید. او این وضعیت را «اصل مکملیت» principle of conplementarity نامید. اینشتین به این اصل اعتراض داشت اما نمى توانست به طور تجربى آن را نقض کند. اکنون به نظر مى رسد شهریار افشار از عهده این کار برآمده است.
آزمایش افشار که اخیراً در مجله نیوساینتیست توصیف شده است، گونه اى از همان آزمایش «شکاف هاى دوتایى» است. نور لیزر روى دو سوراخ ریز روى یک صفحه مات تابانده مى شود. در طرف دیگر این صفحه یک عدسى وجود دارد که نورى را که از هر یک از این سوراخ هاى ریز مى گذرد، مى گیرد (یک صفحه مات دیگر مانع رسیدن پرتوهاى دیگر نور به عدسى مى شود) و شعاع هاى در حال پراکندگى را روى یک آینه دوباره متمرکز مى کند. این آینه هر یک از این شعاع ها را به یک کشف کننده فوتون جداگانه بازتاب مى دهد. به این ترتیب افشار مى تواند میزان فوتون هاى بیرون آمده از هر سوراخ را ثبت کند. بر طبق اصل مکملیت، چنین وضعى به معناى آن است که نباید هیچ شاهدى از الگوى تداخلى وجود داشته باشد. اما به نظر افشار [بر اساس نتایج این آزمایش] چنین الگویى وجود دارد، همچنان که او به طور خاص این آزمایش را براى آزمودن حضور همین الگو طراحى کرده است. به گفته افشار: «این آزمایش مکملیت را زیر پا مى گذارد... به نظر مى آید چیزى که همه به آن اعتقاد داشتند و هیچ کس در 80 سال گذشته در مورد آن تردیدى به خرج نمى داد، اشتباه باشد» هنگامى که افشار براى تکرار آزمایش اش در ابتداى سال جارى میلادى به دانشگاه هاروارد دعوت شد نتایج مشابهى را به دست آورد و اکنون کار او براى انتشار پس از مرور به وسیله دانشمندان دیگر پذیرفته شده است. این مرحله یقیناً آزمونى حساس براى پژوهش اوست و معین خواهد کرد که آیا نظرات او به وسیله جامعه گسترده تر علمى پذیرفته مى شود یا نه، گرچه عده اى از فیزیکدانان از هم اکنون پشتیبانى از نظرات او را آغاز کرده اند.
افشار مطمئن است که پژوهش او مورد قبول قرار خواهد گرفت و براى بسیارى این آزمایش مایه آسودگى خاطر خواهد بود. به گفته افشار: «بسیارى از فیزیکدانان نظرات بور را یا مبهم یا غیرقابل پذیرش یافته بودند، اما تا به حال کسى نتوانسته است در یک آزمایش بى پایه بودن مکملیت را نشان دهد.»
با این حال پیش از آغاز جشن گرفتن براى پیروزى ظاهرى عقل سلیم بر غرابت کوانتومى، باید یادآور شد که براى مثال ما هنوز در موقعیتى مى مانیم که در آن یک ذره، یک موج است و یک موج یک ذره، بخشى از معضل لاینحل نظریه کوانتوم ممکن است به آهستگى در حال گشوده شدن باشد، اما بیشتر بقیه آن به همان اندازه 80 سال قبل کاملاً پیچیده باقى مى ماند.
منبع :www.sharghnewspaper.com