تصویر جهان در فیزیک امروز (تئوری کوانتوم)

نوشته شده توسط:کیوان فیض مرندی در چالشهای فیزیک » جهان موازی | ۰۷ فروردین ۱۳۹۴ - ۱۴:۱۲ | ۰ دیدگاه

اواخر قرن نوزده مصادف بود با ایامی که دیدگاه اجزانگری شدیداً مورد توجه علم بود. این دیدگاه، دانشمندان فیزیک را تشویق می کرد تا در صدد کشف کوچکترین جزء ماده بی جان باشند، همانطور که زیست شناس ها به دنبال کشف کوچکترین جزء حیات بودند. از این رو، گروه اول سرگرم مطالعه اجزای اتم شدند و گروه دوم به اجزاء سلول پرداختند. کشف تئوری کوانتوم پیامد همین مطالعات بر روی ساختار و اجزا تشکیل دهنده اتم بود. به همین خاطر تئوری کوانتوم اساساً به دنیای داخل اتم تعلق دارد و اجزاء اتم و پدیده های مربوط به آنها را که اصطلاحاً "پدیده های کوانتومی" نامیده می شوند مورد بررسی قرار می دهد. در طی یک قرن از آغاز ورود این تئوری به عرصه علم و تکنولوژی، کارآیی و صحت آن به طور مداوم مورد مداقه قرار گرفته است و تا امروز موردی پیش نیامده است که ما را به رد این تئوری تشویق نماید. کاربردهای عملی آن نیز خود را به شکل ترانزیستور، آی سی، لیزر، میکروسکوپ الکترونی، انرژی هسته ای و... نشان داده است.

علیرغم تواناییها و کاربردهای عملی اثبات شده آن، این تئوری از همان آغاز برای بسیاری از متفکرین دردسرآفرین بوده است چرا که موضوعاتی را مطرح می کند که سازگاری چندانی با برداشت عادی ما از پدیده های اطرافمان ندارد. همین موضوع باعث شد که نیلزبوهر یکی از بنیانگذاران اصلی و معتقدین سرسخت تئوری کوانتوم چنین اظهار نظر کند : "اگر کسی بعد از خواندن تئوری کوانتوم دچار شوک نشود، این تئوری را درک ننموده است". هنوز هم فیزیک دان هایی هستند که تئوری کوانتوم را مورد انتقاد قرار می دهند و احساس ناخوشایند خود از این تئوری را پنهان نمی کنند.

از موارد جالبی که در تئوری کوانتوم با آن مواجه می شویم موضوع تجزیه مواد رادیو اکتیو است که یک فرآیند غیرقابل پیش بینی و باصطلاح "راندُم" می باشد. این بدان معنی است که وقتی یک اتم رادیو اکتیو (مثلاً اورانیوم) را در نظر می گیریم نمی توان زمان دقیق تجزیه آن را با قطعیت پیش بینی کرد چرا که ممکن است یک ثانیه بعد و یا یک سال دیگر اتفاق بیافتد. این عدم قطعیت در توضیح فرآیند رادیو اکتیو در مورد تمام پدیده های دنیای اتم (یا پدیده های کوانتومی) صدق می کند و ضربه بزرگی است به فیزیک نیوتونی. یادآوری می شود که در فیزیک نیوتونی عدم قطعیت جایگاهی ندارد چرا که همه پدیده ها محاسبه پذیر و قابل پیش بینی هستند و ما اساساً با یک جهان محاسبه پذیر طرف هستیم. شایان ذکر است که وقتی مجموعه ای از تعداد بسیار زیادی از اتم های رادیواکتیو را در نظر می گیریم، فرآیند تجزیه آن مجموعه را می توان به کمک علم احتمالات با دقت بالایی توضیح داد و مثلا گفت که در فلان مدت نصف آن مجموعه تجزیه خواهد شد. به عبارت دیگر، هرچند می توان گفت که نصفی از اتم ها تجزیه خواهند شد ولی هرگز نخواهیم توانست بگوییم که کدامیک از اتم ها تجزیه خواهند شد.

قبلاً تصور می شد که هر اتم ساختاری شبیه به منظومه شمسی دارد که الکترونها در مدارهای مشخص و ثابتی در اطراف هسته می چرخند. تئوری کوانتوم چنین برداشتی از اتم را منسوخ می کنند. دیگر یک الکترون در یک مسیر مشخص و ثابت حرکت نمی کند و بلکه لحظه ای در یک نقطه و لحظه دیگر در نقطه دیگر قرار دارد. این غیرقابل پیشی بینی بودن نه تنها در مورد الکترون بلکه تمام ذرات اتمی و حتی خود اتم صدق می کند. مثلاً نمی توان به طور همزمان محل و مسیر حرکت یک اتم را با قطعیت پیش بینی کرد. در حقیقت، مقوله عدم قطعیت اساس تئوری کوانتوم را تشکیل می دهد.

به خاطر همین عدم قطعیت است که پدیده های کوانتومی غیرقابل پیش بینی هستند. بنابراین، دیگر نمی توان گفت که اتفاق "آ" علتِ اتفاق "ب" است چرا که در دنیای کوانتوم می توان معلولی بدون علت داشت! به عبارت دیگر، مقوله "علت و معلول" چندان جایگاهی در دنیای کوانتوم ندارد. با این اوصاف، به نظر می رسد که هیچ نظم و انضباطی هم نباید حاکم بر دنیای اتم باشد.

همین عدم قطعیت و امکان وجود معلول بدون علت موجب شد که انیشتین به مخالفت با تئوری کوانتوم برخیزد و اعلام دارد که دنیای بدون نظمی که تئوری کوانتوم ارائه می کند نمی تواند واقعیت داشته باشد و لذا اظهار داشت که "خدا طاس بازی نمی کند". از طرف دیگر، بوهر که اعتقاد عمیقی به صحت تئوری کوانتوم داشت، نظری مخالف انیشتین ابراز می نمود دال بر اینکه "بر دنیای اتم نیز نظم حاکم است لیکن نظمی خاص که ما به آن عادت نداریم". بحثی که توسط انیشتین و بوهر آغاز شد هنوز هم در فیزیک ادامه دارد. البته، روز به روز به موارد بحث اضافه شده است و موضوعات دیگری را نیز شامل گشته است و از جمله این موضوع که آیا می توان اتم را "چیز" به حساب آورد؟ تا آنجائی که به برداشت عادی ما مربوط می شود لیوان "چیز" هست و چون هر لیوانی در نهایت از اتم ها ساخته شده است پس اتم هم باید "چیز" باشد. متاسفانه تئوری کوانتوم این توضیح را قبول ندارد چرا که هر "چیزی" دارای مکان مشخص و در صورت حرکت مسیر مشخصی است. لیکن نمی توان به طور همزمان هم محل و هم حرکت اتم را با قطعیت تعیین کرد.

برطبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ که یکی از اصول بنیادی تئوری کوانتوم را تشکیل می دهد، هرگز نمی توان به طور همزمان هم سرعت و هم موقعیت (محل) یک ذره کوانتومی را با قطعیت تعیین نمود. هرقدر دقت ما در تعیین محل بیشتر باشد، خطای ما در تعیین سرعت نیز بیشتر خواهد بود و برعکس. لذا در هر لحظه تنها می توان یکی از دو مشخصه مکان و سرعت یک ذره کوانتومی و از جمله اتم را تعیین نمود. می توان پرسید که فلان اتم کجاست و جواب خیلی دقیقی نیز داد. همچنین می توان جواب دقیقی به سوالی مانند "سرعت فلان اتم چقدر است؟" داد. لیکن پرسشی مانند "فلان اتم کجاست و در آن نقطه چه سرعتی دارد؟" پاسخی ندارد. با این برداشت، نمی توان یک اتم را "چیز" دانست. از نظر انیشتین اتم یک "چیز" است ولی از دیدگاه بوهر اتم یک "چیز" نیست مگر آنکه مورد مشاهده قرار بگیرد و تا وقتی که مورد مشاهده قرار نگرفته است تنها یک شبح خواهد بود و دیگر هیچ. نه تنها عمل مشاهده موجب می شود تا یک اتم (یا هر ذره کوانتومی دیگر) تبدیل به یک "چیز" بشود، بلکه این مشاهده کننده است که تصمیم می گیرد مکان اتم را تعیین کند یا حرکت آن را مشخص نماید.

پذیرفتن چنین تفکری در زندگی روزمره چندان راحت نیست. جای شک نیست که یک میز یا یک لیوان چه ما آن را مشاهده کنیم و چه نکنیم به عنوان یک "چیز" وجود دارد. به نظر می آید که مشاهده ما تنها گوشه ای از واقعیتی مانند اتم را به ما نشان می دهد، نه اینکه آن واقعیت را به وجود بیاورد. همین الان کتاب های قفسه پشت سر من وجود دارند حال آنکه من آنها را مشاهده نمی کنم. این جهان با کهکشانها و سیارات آن قبل از پیدایش انسان بر روی کره زمین موجود بوده اند و بعد از انقراض نسل بشر نیز ممکن است تا مدت ها وجود داشته باشند. حال، سئوال این است که چطور می شود که مجموعه ای از اتم ها که به تنهایی "چیز" نیستند یک "چیز" مانند مداد را به وجود می آورند. این مشابه مثال ماده رادیو اکتیو است که چطور می شود تجزیه یک اتم غیرقابل پیش بینی است ولی تجزیه مجموعه اتم ها قابل پیش بینی است؟ چه کیفیت ویژه

تئوری نسبیت تنها به درد بررسی حرکتی می خورد که در آن سرعت ثابت باشد. بنابراین، این تئوری به درد بررسی نیرو نمی خورد چون نیرو وقتی تولید می شود که تغییر سرعت (یا شتاب) داشته باشیم. همچنین، برای سرعت های پایین اثرات نسبیت به قدری ناچیز است که می توان از آنها چشم پوشی نمود. تنها در سرعت های نزدیک به سرعت نور است که اثرات نسبیت چشمگیر می شوند. بنابراین، تئوری نسبیت چندان به درد کاربردهای زندگی روزمره ما نمی خورد.

ای در ناظر (مثلا انسان) وجود دارد که می تواند از مجموعه چند موجود شبح گونه ای که "چیز" نیستند تولید یک "چیز" بنماید؟ به طور خلاصه، ادعاهای تئوری کوانتوم مبنی بر "چیز" نبودن اتم ها، سازگاری چندانی با واقعیت ملموسی که من و شما داریم ندارند.

موضوع دیگری که بعضی از فیزیکدان ها و خصوصاً انیشتین را به مخالفت با تئوری کوانتوم وا می داشت (و هنوز هم وا می دارد) موضوع سرعت انتقال اطلاعات است. تئوری کوانتوم معتقد است که می شود اطلاعات را با سرعتی بالاتر از سرعت نور انتقال داد، حال آنکه طبق تئوری نسبیت هیچ چیز (حتی اطلاعات) نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند. همین مطلب ناسازگاری دو تئوری اساسی فیزیک جدید (یعنی نسبیت و کوانتوم) را مطرح می کند. این ناسازگاری به حدی است که گاه آنها را به آب و روغن تشبیه می کنند.

انیشتین و دو تن از همفکرانش به منظور رد کردن امکان انتقال اطلاعات با سرعتی بالاتر از سرعت نور معمایی مطرح کردند که به معمای EPR مشهور شد. این معما را به طور بسیار خلاصه می توان چنین توضیح داد. دو الکترون را به طریقی به هم مربوط می کنند که این عمل در آزمایشگاه کاملاً مقدور است. حال، فرض کنید که آنها را از هم جدا کنیم و یکی را در همین جا باقی بگذاریم و دیگری را به یک کهکشان دیگر ببریم. برطبق تئوری کوانتوم، اگر اتفاقی بر سر یکی از این دو الکترون بیاید، الکترون دیگر "بلافاصله" متوجه خواهد شد. کلمه بلافاصله بدان معنی است که اطلاعات از یک الکترون به الکترون دیگر با سرعتی برابر بی نهایت انتقال خواهد یافت. اینجاست که انیشتین و دو همکارش به مخالفت برمی خیزند چرا که چون طبق تئوری نسبیت هیچ چیز نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند، بنابراین هر اتفاقی بر سر یک الکترون بیاید باید چندین سال طول بکشد تا به الکترون دیگر برسد. ناسازگاری دو تئوری نسبیت و کوانتوم و اختلاف مهم آنها در همین چندین سال است.

معمای فوق بحث بین بوهر و انیشتین را شدت بخشید. بوهر در پاسخ به آن اظهار داشت که انیشتین و همفکرانش دو فوتون فوق را به دلیل فاصله زیادی که در بین آنهاست، مستقل از هم در نظر می گیرند، حال آنکه مجموعه این دو فوتون "تشکیل یک سیستم واحد" را می دهند و تا وقتی که ما دخالت نکرده ایم (مثلاً اسپین یکی از آنها را اندازه نگرفته ایم) این مجموعه به همان حالت باقی خواهد ماند. به عبارت دیگر، انیشتین در بررسی این دو الکترون، دیدگاه اجزانگری را به کار می گیرد. در صورتی که بوهر به این قضیه و تمام پدیده های جهان با دیدگاه کل نگری می نگرد. از نظر بوهر ما مجاز نیستیم که جهان را مجموعه اجزاء مستقل از هم در نظر بگیریم بلکه جهان باید یک "مجموعه واحد" در نظر گرفته شود که تمام اجزاء آن به همدیگر وابسته اند. این بحث ادامه داشت تا آنکه طی چندین آزمایش دقیق درستی نظرات بوهر تایید شد و بدین ترتیب پایه های تئوری کوانتوم محکم تر گشت.

مطالعه و بررسی اجزاء کوچک ماده به منظور درک ساختار جهان، ناشی از اعتقاد به فلسفه اجزانگری دیدگاه مکانیکی است. در اینکه این برخورد اطلاعات گرانقیمتی را به ما هدیه کرده است و می کند جای شک نیست ولی باید تاکید کرد که این اطلاعات نمی توانند تمام واقعیت را بیان کنند و گاه حتی منجر به برداشتی نادرست و گمراه کننده از واقعیت می شوند. مگر می شود با شناختن اجزاء یک سلول (که در نهایت اتم ها هستند)، سلول را توصیف کرد؟ مگر می شود با درک نقطه های یک عکس موضوع یک تصویر را بیان نمود؟ مگر می شود با دانستن حروف یک کتاب موضوع کتاب را حدس زد؟ زندگی یا موضوع عکس و کتاب چیزی است ماورای اجزاء تشکیل دهنده آنها و به دنیایی ماورای دنیای آن اجزاء تعلق دارد. این مفاهیم تنها با برخورد کل نگری قابل توجیه و توصیف هستند، یعنی همان برخوردی که یکی از پایه های فلسفی تئوری کوانتوم را تشکیل می دهد.

شایان ذکر است که وقتی یک فیزیکدان کوانتوم می گوید "پروتون از سه کوارک ساخته شده است،" منظوری متفاوت از مثلا یک زیست شناس دارد که می گوید "موجودات زنده از سلول ساخته شده اند". یک زیست شناس اعتقاد دارد که می تواند با جدا کردن سلولی از کبد و مطالعه آن در زیر میکروسکوپ به عملکرد کبد پی ببرد. یک فیزیکدان چنان برداشتی از دنیای کوانتوم ندارد چرا که می داند قرار گرفتن سه کوارک در کنار همدیگر همیشه منجر به تولید یک پروتون نمی شود، همانطور که در کنار هم قرار گرفتن حروف همیشه منجر به ایجاد یک کلمه معنی دار نمی گردد.

از موارد دیگری که تئوری کوانتوم ابراز می دارد ولی درک آن چندان راحت نیست، موضوع دوگانگی ذره- موج اجزاء کوانتومی (مانند الکترون، پروتون، فوتون و غیره) است. اینکه یک فوتون هم ذره باشد و هم موج به نظر عجیب می رسد چرا که ذره به موجودی اطلاق می شود که در نقطه ای از فضا متمرکز باشد و حال آنکه موج درگستره ای از فضا پخش است. چطور می شود که یک الکترون هم در فضا متمرکز باشد و هم پخش؟ به اعتقاد فیزیک کوانتوم، اینکه یک فوتون کدامیک از دو خصیصه فوق را از خود بروز می دهد بستگی به ما (ناظر) دارد. ما هرکدام را بخواهیم همان را نشان خواهد داد. به زبان دیگر، اجزاء کوانتومی با ساز ما (ناظر) می رقصند.

آزمایش مشهوری در فیزیک است که به آزمایش "شیار نور" معروف است که به طور خلاصه چنین است. در محل تاریکی، دو پرده موازی را در برابر یک منبع نور (یا منبع الکترون) قرار می دهیم. ابتدا یک شیار باریکی را در پرده اول که نزدیک منبع هست ایجاد می کنیم و عبور نور (یا الکترون) را از آن مورد مشاهده قرار می دهیم. یک نوار روشن را بر روی پرده دوم ملاحظه خواهیم کرد. لیکن، اگر شیار خیلی باریک باشد، هیچ چیز بر روی پرده دوم مشاهده نخواهد شد که این برخلاف انتظار است چرا که این بار انتظار می رود نوار نورانی بسیار باریکی را ببینیم. البته این یک انتظار بی موردی هم نیست چرا که اگر فرض کنیم که نور از ذرات فوتون تشکیل شده باشد هرقدر هم که شیار باریک باشد باید تعدادی فوتون از شیار عبور کنند و یک نوار روشن هرچند بسیار باریک را بر روی پرده دوم ایجاد کنند. اوضاع مبهم تر می شود اگر بر روی پرده اول به جای یک شیار دو شیار خیلی باریک داشته باشیم. آنچه در این حالت مشاهده خواهیم کرد نه هیچ و نه دو نوار نورانی خواهد بود بلکه تعداد بسیار زیادی نوارهای روشن و تاریک را بر روی پرده خواهیم دید. اینکه چطور ذرات فوتون چنین تصویری می آفرینند قابل توجیه نیست. این پدیده تنها وقتی قابل توضیح خواهد بود که فوتون (یا الکترون) را موج فرض کنیم چرا که تجربه نشان می دهد که دو موج می توانند با هم تداخل داشته باشند و در بعضی جاها همدیگر را تقویت و در جاهای دیگر تضعیف نمایند. بر روی پرده، جاهایی که دو موج نور همدیگر را تقویت می کنند به صورت نوار روشن و جاهایی که همدیگر را تضعیف می کنند به صورت نوارهای تاریک دیده می شوند. اینکه در حالت یک شیار بسیار باریک هم هیچ چیز بر روی پرده مشاهده نمی شود بدان دلیل است که دیواره های شیار موجب پراکندگی موج می شوند و لذا هیچ نوار روشن یک پارچه ای بر روی پرده دوم شکل نمی گیرد.

این آزمایش دو مطلب را نشان می دهد. اول آنکه یک فوتون یا الکترون هم ذره است و هم موج. اگر درک این مطلب مشکل است آن را می توان به شکلی دیگر بیان کرد و گفت که یک فوتون یا الکترون می تواند هم رفتاری ذره گونه و هم رفتاری موج گونه داشته باشد. مطلب دیگر آنکه هرکدام از این دو خصیصه را بر طبق میل ما (ناظر) از خودش بروز می دهد. اگر ناظر بخواهد موج باشد چنان خواهد کرد و اگر بخواهد ذره باشد باز هم چنان خواهد کرد. به طور خلاصه، فوتون یا الکترون با ساز ما خواهد رقصید. البته تنها دو نوع رقص بلد است که برای هرکدام نیز ساز مخصوصش را می طلبد. ناظر نمی تواند یک شیار قرار دهد و از الکترون بخواهد رفتار موج گونه اش را نشان دهد.

طبق تئوری کوانتوم، تمام موجودات کوانتومی (شامل پروتون، کوارک، نوترون و...) و حتی خود اتم دارای دو خصیصه ذره ای و موجی هستند و هر خصیصه ای مکمل خصیصه دیگر است. این مطلب یکی از اصول مشهور تئوری کوانتوم را تشکیل می دهد و به "اصل مکمل" بوهر معروف است و از فلسفه یین- ینگ چین اقتباس شده است. در این فلسفه، هر خصیصه ای اطلاعاتی را در خود دارد که خصیصه مکملش فاقد آنست. طبق این اصل، موجودیت فوتون یا هر موجود کوانتومی دیگر وقتی معنا پیدا می کند که هر دو خصیصه را با هم در نظر بگیریم. موقعی که تنها بر روی یک خصیصه تمرکز می کنیم از وحدانیت به دور می افتیم چرا که از نیمه دیگر اطلاعات که ذاتاً در خصیصه مکمل آن وجود دارد چشم پوشی می کنیم.

این درست مثل فرآیند تنفس است که وقتی معنی می یابد که هم دم و هم بازدم را در نظر بگیریم. تنفس فقط دم یا فقط بازدم نیست. هرکدام از اینها حاوی نیمی از اطلاعات در مورد واقعیتی به نام تنفس هستند و یکی دیگری را تکمیل می کند. هر واقعیت جهان ملموس ما شامل دو قطب به ظاهر متضاد یین و ینگ است ولی نه یین تنها و نه ینگ تنها می تواند یک واقعیت را تعریف کند بلکه یین و ینگ هر دو با هم به واقعیت ها موجودیت می بخشند. واقعیتی مانند تنفس نه دم تنهاست و نه بازدم تنها، بلکه هم دم است و هم بازدم. به همین منوال، شب بدون روز بی معنی است و حیات وقتی معنا می یابد که هم شب و هم روز هر دو باشند. نور نیز بدون ظلمت معنا ندارد. خوبی و بدی، سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر، موضوع یک عکس و مجموعه نقطه های تشکیل دهنده آن، زمینه نقاشی و موضوع اصلی، مفهوم یک کلمه و حروف تشکیل دهنده آن، جسم و ذهن، و غیره همگی شواهدی بر صحت اصل مکمل هستند. با این برداشت، خصیصه ذره ای فوتون مترادف است با حروف یا سخت افزار و خصیصه موجی آن مترادف است با مفهوم یا نرم افزار.

همانطوری که در آزمایش دو- شیار نور ملاحظه گردید، اگر به دنبال اندازه گیری یک فرآیند کوانتومی باشیم ناگزیریم که از ابزار و وسایلی استفاده نماییم که خود این ابزار از اتم ها تشکیل شده اند ولی هریک از آنها اندازه ای بسیار بزرگتر از اتم دارد. این نشان می دهد که برای درک واقعیت دنیای کوانتوم (مثلا اندازه یک پروتون) نیاز به واقعیت های دنیای بزرگتر (مثلا لوازم اندازه گیری) داریم. یادآوری می شود که واقعیت های کوانتومی محاسبه ناپذیر و غیرقابل پیش بینی هستند حال آنکه واقعیت های دنیای بزرگ محاسبه پذیر و قابل پیش بینی اند. در مطالعه و بررسی واقعیت های کوانتومی دیدگاه کل نگری رل غالب را دارد حال آنکه واقعیت های دنیای بزرگ را می توان با دیدگاه اجزانگری بررسی نمود. واقعیت های کوانتومی پیرو نظم خاصی هستند که متفاوت از نظم علت و معلولی حاکم بر واقعیت های دنیای بزرگ است. این موارد همگی حکایت از آن دارند که ظاهراً این دو واقعیت چندان با هم سازگار نیستند و بلکه در دو قطب متضاد قرار دارند. موجودیت و تضاد این دو واقعیت ما را تشویق می کند که در این مورد نیز اصل مکمل بوهر را به کار بگیریم، بدان معنی که واقعیت های کوانتومی و واقعیت های دنیای بزرگ را مکمل هم بدانیم چرا که هیچکدام از این دو واقعیت بدون دیگری معنی ندارد و هرکدام تنها نیمی از اطلاعات را دربرمی گیرد.

این همان دیدگاه کل نگری است که جهان و پدیده هایش را یک کل تقسیم ناپذیر می داند، جهانی که در آن مشاهده کننده جدای از آنچه مورد مشاهده قرار می دهد نیست. یک وسیله اندازه گیری نیز جدای از آنچه که اندازه گرفته می شود نیست. به طور کلی، ناظر جدای از پدیده ها یا رویدادها نیست بلکه خود قسمتی از همان پدیده هاست. اگر در تئوری نیوتون و فیزیک قدیم (کلاسیک) جهان به ساعتی تشبیه می شود که کارش مستقل از حضور ناظر است، در تئوری کوانتوم و فیزیک جدید ناظر قسمتی از جهان و فرآیندهای آن را تشکیل می دهد. واقعیت های کوانتومی را من و شما (یعنی واقعیت های دنیای بزرگ) تعیین می کنیم و خود ما نیز مجموعه واقعیت های کوانتومی هستیم! مشابه بحث مرغ و تخم مرغ و اینکه کدامیک قبل از دیگری وجود داشته است، پرسشی که اینجا مطرح می شود این است که کدام واقعیت قبل از دیگری به وقوع پیوسته است یا کدامیک علت و کدام معلول است؟ واقعیت دنیای کوانتومی یا واقعیت دنیای بزرگ؟ چگونه دنیای بزرگ (آنچه که در زندگی روزمره با آن سروکار داریم) واقعیت دنیایی را تعیین می کند که خود از آن ساخته شده است؟ توجه کنید که این سئوال ما را وارد بحث علت و معلول می کند. بنابراین، زمانی این بحث معنی دار خواهد بود که نظم علت و معلولی را قابل اعمال به تمام واقعیت ها بدانیم که درست نیست چرا که چنان نظمی در مورد پدیده های کوانتومی صدق نمی کند. همانطور که بررسی یین مستقل از ینگ تصویر ناقصی از واقعیت به دست می دهد، در جدا کردن دنیای کوانتوم از دنیای بزرگ نیز مرتکب خطای زیادی خواهیم شد. به قول هرمان هسه : "واقعیت شامل مجموعه حقایق و ضد حقایق است. در مقابل هر حقیقتی یک ضد حقیقت وجود دارد که آن نیز به نوبه خود یک حقیقت است. وقتی تنها حقیقت یا ضد حقیقت را در نظر می گیریم فقط نیمی از واقعیت دربرگرفته می شود که از کمال و وحدانیت بی بهره است."

شاید مهمترین پرسش این باشد که چگونه فرآیند مشاهده توسط یک ناظر مجموعه ای از واقعیت های محتمل کوانتومی را به یک واقعیت ملموس فیزیکی تبدیل می کند؟ چه چیزی در فرآیند اندازه گیری یا مشاهده هست که موجب می شود واقعیت ملموسی شکل گیرد؟ این پرسش چندین دهه است که فیزیکدانها و فیلسوف ها را به خود مشغول کرده است. شرودینگر که یکی دیگر از بنیانگذاران تئوری کوانتوم است با مطرح کردن مثال خاصی که به مثال "گربه شرودینگر" مشهور شده است، موضوع مشاهده و اندازه گیری را مورد توجه قرار داده است. این مثال را به صورت ساده چنین می توان بیان کرد. مقداری سم در داخل جعبه کوچکی که درب آن کاملا بسته است قرار دارد. سویچی قفل این درب را کنترل می کند و خود این سویچ وقتی عمل می کند که یک ماده رادیو اکتیو تجزیه شود. حال این جعبه را به همراه گربه فرضی و ماده رادیو اکتیو در داخل اتاقکی که هیچ پنجره ای ندارد قرار می دهیم. تا وقتی درب اتاقک بسته باشد، نخواهیم دانست که گربه زنده است یا مرده. چون احتمال تجزیه ماده رادیو اکتیو پنجاه درصد است، بنابراین پنجاه درصد احتمال دارد که سویچ عمل کرده باشد، سم آزاد شده و گربه مرده باشد. به عبارت دیگر، به احتمال پنجاه درصد ممکن است گربه مرده باشد و باز به احتمال پنجاه درصد ممکن است که گربه زنده مانده باشد. ما (یا ناظر) فقط وقتی از سرنوشت گربه خبردار خواهیم شد که درب اتاقک را باز کنیم. از نظر ناظر، مادامی که فرآیند مشاهده انجام نگرفته است، گربه در یک حالت شبح گونه زنده- مرده قرار دارد. تا آنجائی که به تئوری کوانتوم مربوط می شود، این عمل "مشاهده" است که تکلیف گربه را تعیین می کند و وی را از حالت شبح گونه زنده – مرده به یک موجود زنده یا مرده تبدیل می نماید . به نظر مسخره می آید که موجودی در یک حالت شبح گونه زنده- مرده قرار داشته باشد. راستی، اگر یک انسان را به جای گربه در محفظه فوق قرار دهیم چه احساسی خواهد داشت. من که الان دارم این کتاب را می نویسم و یا شما که دارید می خوانید احساس زنده بودن داریم. احساس شخص درون محفظه، قبل از آنکه مورد مشاهده قرار گیرد چگونه خواهد بود؟

برخی از فیزیکدانها که در راس آنها ویگنر قرار دارد اعتقاد دارند که آنچه موجب واقعیت یافتن یکی از دو حالت در پی فرآیند مشاهده می شود، ذهن انسان است، هرچند که هنوز تعریف درستی از ذهن ارائه نشده است. از دیدگاه این عده، این ذهن انسان است که موجب می شود تا حالت شبح گونه زنده- مرده تبدیل به یک واقعیت ملموس فیزیکی مانند زنده یا مرده گردد. به همین ترتیب، این ذهن انسان است که حالت شبح گونه ذره- موج یک الکترون را به یکی از دو حالت واقعی ذره یا موج تبدیل می کند.

علم امروز وجود ذهن را در عین اینکه آن را یک "چیز" به حساب نمی آورد، قبول دارد. رابطه بین ذهن و بدن را مشابه رابطه بین نرم افزار و سخت افزار یک کامپیوتر تعبیر می کند. در مقایسه با دنیای جسم که شامل "چیزهایی" می شود که فضا را اشغال می کنند و حجم، جرم و بار الکتریکی دارند، دنیای ذهن تنها شامل فکر می گردد که نه فضا را اشغال می کند و نه حجم و جرم دارد. البته، مانند ماده که تغییر می یابد و با مواد دیگر همکنش دارد، فکر نیز می تواند تغییر یابد و یا با افکار دیگر همکنش داشته باشد. لیکن دنیای جسم ملموس و قابل مشاهده است و حال آنکه دنیای ذهن غیرقابل مشاهده است. اینکه دو دنیای ذهن و ماده را جدای از هم فرض می کنیم و هریک را جداگانه مورد مطالعه قرار می دهیم، ناشی از دیدگاه اجزانگری است. واقعیت این است که این دو دنیای به ظاهر مجزا و متفاوت دو روی یک سکه را تشکیل می دهند، چرا که یک همکنش مداوم بین آنها در جریان است.

تا امروز فیزیک بیشتر بر روی ماده و جسم تمرکز داشته است و بررسی ذهن به روانشناسی حواله گردیده است. همانطور که اشاره شد در فیزیک نیوتونی ناظر و ذهن وی هیچ رلی ندارند و اعتقاد بر آنست که اتفاقات جهان چه با ناظر و چه بدون وی همان خواهند بود. لیکن، تئوری کوانتوم ناظر و ذهن وی را وارد فیزیک می کند و در برخوردی که با پدیده ها دارد ناظر را قسمتی از پدیده به حساب می آورد. یادآوری می شود که در تئوری نسبیت نیز ناظر رل اساسی دارد ولی بعد از تئوری کوانتوم است که مقوله شعور (که ذهن به آن ارتباط داده می شود) وارد فیزیک جدید می شود.

موضوع دیگری که در اینجا قابل طرح است این است که وقتی در پی فرآیند مشاهده یکی از دو حالت زنده و مرده واقعیت فیزیکی می پذیرد چه بر سر حالت دیگر می آید؟ فرض کنید که در همان مثال گربه شرودینگر، ناظری دریچه را باز می کند و گربه را مرده می یابد. البته پنجاه درصد هم احتمال دارد که گربه را زنده بیابد. یادمان باشد که تا قبل از باز کردن دریچه، احتمال وقوع هر دو حالت به یک اندازه بود. ولی می دانیم که در پی مشاهده تنها یکی از این دو حالت به وقوع خواهد پیوست: زنده یا مرده. پس چه بر سر حالت دیگر می آید؟ متاسفانه پاسخ به این سئوال چندان ساده نیست. یک پاسخ ممکن اینست که در پی فرآیند مشاهده هر دو حالت واقعاً به وقوع می پیوندند. این پدیده را می توان چنین توضیح داد: درست در لحظه مشاهده، جهان و ناظر به دو جهان و دو ناظر تبدیل می شوند. هرکدام از ناظرها در یک جهان قرار می گیرد و دو جهان فوق مستقل از هم ولی به موازات هم ادامه می دهند. در یکی از این جهان ها یک ناظر خوشحال و یک گربه زنده وجود دارند و در جهان موازی آن ناظر غمگین و گربه مرده! هر دو جهان به یک اندازه واقعیت دارند و هیچکدام واقعی تر از دیگری نیست. این بدان معنی است که از لحظه مشاهده به آن طرف شمای مشاهده کننده نیز در دو جهان موازی به طور همزمان حضور خواهید داشت. به نظر عجیب می آید، نه؟

فرض کنیم من بعد از مشاهده متوجه شوم که گربه زنده است. با توجه به فرضیه جهان های موازی، در همان لحظه یک من دیگر نیز به وجود می آید که در جهانی موازی با من و گربه زنده زندگی می کند که در آن گربه مرده است. پس چرا من دیگرم را نمی بینم؟ جواب این است که به آن جهان و من دیگرم دسترسی ندارم و همینطور آن جهان به من اینجا. به عبارت دیگر، جهان های موازی مستقل از هم هستند. این قضیه مثل دو شاخه شدن تنه درخت است و اینکه شاخه ها بعد از دو شاخه شدن کاملا مستقل از هم هستند. آیا می توان از جهانی به جهان های موازی اش رفت؟ پاسخ مثبت است البته اگر بشود در زمان به عقب رفت!

اولین بار، نظریه "جهان های موازی" توسط فیزیک دانی به نام ایورت در سال 1957 ارائه شد. برطبق این نظریه تمام احتمالات ممکن واقعاً اتفاق می افتند لیکن هرکدام در یکی از جهان های موازی. اگر نظریه جهان های موازی درست باشد بدان معنی است که در همین لحظه میلیاردها من وجود دارند که به طور موازی با منی که دارم این کتاب را می نویسم زندگی می کنند. البته در بعضی از این جهان ها من مرده ام، در بعضی در حال مردن هستم، در بعضی چند سال دیگر خواهم مرد و.... این جهان ها کجا هستند؟

جواب این است که آنها که خیلی شبیه به جهان ما هستند خیلی نزدیک به ما قرار دارند ولی آنها که خیلی متفاوتند بسیار از جهان ما دورند. بنابراین میلیون ها جهان موازی ما در چند سانتی متری ما وجود دارند و میلیاردها جهان دیگر نیز بسیار دور، درست مشابه شاخه ها یا ریشه یک درخت. بنابراین جهانی وجود دارد که در آن چنگیز وجود نداشته است، جهانی وجود دارد که در آن من و بعضی از شما در ایران زندگی نمی کنیم. جهانی وجود دارد که در آن شما در جنگ ایران- عراق کشته شده اید. تجسم دنیایی که در آن متولد نشده اید یا مرده اید باید بسیار جالب باشد و همینطور جهانی که در آن امیرکبیر به قتل نرسیده است، یا جهان فاقد سلسله های صفوی و قاجار. صرفنظر از وجود من و شما که تنها چند ده سالی است که در جهان هستیم، آن جهان های موازی که در آغاز پیدایش جهان منشعب شده اند و خصوصاً آنها که زیاد باهم متفاوت بوده اند (مثلا آنهایی که در آنها هیدروژن تولید نشد و یا آنهایی که در آنها هیدروژن وجود دارد ولی دو تریوم به وجود نیامد) باید فوق العاده متفاوت از جهان ما باشند که اصلا قابل تصور برای ما نخواهد بود. بعضی از آن جهان ها هرگز نمی توانند شرایط مناسبی برای زندگی داشته باشند و لذا موجودی به نام انسان نمی تواند در آنها حضور داشته باشد. در بعضی دیگر باید موجوداتی باشند لیکن بسیار متفاوت از انسان (مثلا سه چشم).

نظرات
ارسال نظر

هیچ نظری تا کنون برای این مطلب ارسال نشده است، اولین نفر باشید...

تصویر جهان در فیزیک امروز (تئوری کوانتوم)

نظرات

ارسال نظر