☢Nuclear physics☢

ناپیوستگی بخش پنجم: سوال اصلی این است، یا این بود: چرا ذرات بنیادی سوپرپوزیشن دارند، اما در اجسام قابل مشاهده، که از همان ذرات ساخته شده اند، سوپرپوزیشن نمی بینیم؟ مثلا در آزمایش فکری شرودینگر، یک اتم رادیواکتیو داریم که سوپرپوزیشن دارد. یعنی این اتم بعد از یک ساعت که از شروع آزمایش بگذرد، هم متلاشی شده است هم نشده است. اما این سوپرپوزیشن به دنیای قابل مشاهده منتقل نمی شود. چه چیز است که باعث جدایی دنیای اتم و دنیای قابل مشاهده می شود؟ آزمایش فکری شرودینگر را یک بار دیگر مرور کنیم: گربه ای در یک اتاق فولادی زندانی شده است. در این اتاق یک تکه کوچک از یک ماده رادیو اکتیو هست که ممکن است بعد از یک ساعت فقط یک اتم آن متلاشی شود. اما همین قدر هم احتمال هست که متلاشی نشود. اگر متلاشی شود یک چکش کوچک را به حرکت درخواهد آورد، و این چکش که حرکت کند یک شیشه کوچک هیدروسیانیک اسید یا همان سیانور را خواهد شکست. اگر شیشه سیانور بشکند گاز سیانور آزاد خواهد شد و گربه را خواهد کشت. اگر هم اتم متلاشی نشود، چکش به حرکت در نخواهد آمد و شیشه سیانور نخواهد شکست، و گربه زنده خواهد ماند. بنابراین، اگر این سیستم را یک ساعت به حال خود گذاشته باشیم، می توانیم بگوییم بعد از یک ساعت یک اتم رادیو اکتیو داریم که هم متلاشی شده است، هم متلاشی نشده است. پس باید باید یک گربه هم داشته باشیم که هم زنده است هم مرده است. اما می دانیم که در مورد اتم واقعا چنین چیزی هست. الان دیگر چنین چیزی یکی از واقعیات مسلم در دنیای اتم است. اما گربه ای نمی تواند باشد که هم زنده باشد هم مرده. این را اگر به زبان فیزیکدان ها بگوییم چنین چیزی می شود: ذرات اتمی می توانند سوپرپوزیشن داشته باشند، اما اجسام دنیای قابل مشاهده که از همان اتم ها ساخته شده اند چنین چیزی ندارند. چرا؟ جوابی که نظریه ناپیوستگی به این سوال می دهد این است: آن سوپرپوزیشنی که آن اتم رادیواکتیو با خودش دارد، یعنی اتمی است که بعد از یک ساعت هم متلاشی شده هم نشده؛ آن سوپرپوزیشن دوام چندانی نمیاورد. چرا؟ برای این که آن اتم، یعنی اتمی که هم متلاشی شده هم متلاشی نشده، فورا با محیط خود وارد واکنش می شود. مثلا با فوتون هایی که در داخل محفظه هست. یا حتی با اتم هایی که در دیواره های محفظه هست. و این واکنش حکم یک «آزمایش» یا «مشاهده» را دارد! یعنی مثل این است که مثلا در آزمایش دو شکاف ما کاری می کنیم که یک الکترون به صورت ذره ظاهر شود. سپس الکترون هم به صورت ذره ظاهر می شود. اما ظاهر شدنِ الکترون به صورت ذره به چه معنی بود؟ به این معنی بود که الکترون دیگر از حالت سوپرپوزیشنی که داشت در می آید. حالت سوپرپوزیشنش این بود که می توانست مثلا در آنِ واحد در دو جا باشد، یا در آن واحد از هر دو شکاف رد شود. اما وقتی ما می خواستیم آن را ببینیم، فورا به صورت ذره در می آمد، و دیگر آن خاصیت سوپرپوزیشنش را از دست می داد. تئوری ناپیوستگی می گوید محیط دقیقا نقش یک مشاهده کننده (Observer) یا آزمایشگر را برای ذرات اتمی بازی می کند. برای همین است که نمی گذارد سوپرپوزیشن آنها زیاد دوام بیاورد؛ وگرنه این سوپرپوزیشن می توانست به دنیای قابل مشاهده هم سرایت بکند. الان ترکیبی از نظریه ناپیوستگی و جهان های موازی، قوی ترین تئوری ای است که برای جواب دادن به آن سوالی هست که در اول یادداشت آوردم. در یادداشت بعدی شب های آینده، entanglement یا درهم تنیدگی را خواهیم دید چیست. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

ناپیوستگی بخش چهارم: در اولِ بحث ناپیوستگی گفتیم آن پدیده های عجیب و غریبی که در دنیای اتم می بینیم به خاطر این است که ذرات اتمی ماهیت موجی دارند. برای همین است که هر کدام از این ذره ها می توانند سوپرپوزیشن ایجاد کنند. یعنی در آنِ واحد دو حالت مختلف، یا حتی بیشتر از دو حالت مختلف، ایجاد کنند. مثلا در آنِ واحد در دو یا چند جا باشند. بعد هم گفتیم برای این که چنین پدیده هایی ایجاد شود یک شرط لازم است. آن شرط هم این بود که ذره اتمی با خودش کوهرنس یا پیوستگی داشته باشد. آزمایش دو شکاف را به خاطر بیاوریم. در آن آزمایش، فاصله دو شکاف مهم بود چقدر باشد. اگر این فاصله از یک مقداری بیشتر می شد، الکترون نمی توانست در آن واحد از هر دوی آنها رد شود. به عبارت دیگر آن کوهرنس یا پیوستگی ای که لازمه این سوپرپوزیشن بود از بین می رفت و سوپرپوزیشن ایجاد نمی شد. آنگاه الکترون فقط از یک شکاف رد می شد و به صورت یک ذره در می آمد. انگار که از حالت کوانتومیِ خود در می آمد و مثل اجسام ماکروسکوپیک، یا اجسام دنیای قابل مشاهده می شد. اکنون معلوم شده است که محیط، یعنی همین فضایی که هست، و در همه جا هست، نقش بسیار مهمی در از بین رفتنِ این کوهرنس دارد. زیرا ذرۀ اتمی ای که حالت سوپر پوزیشن دارد، خیلی زود با محیط وارد واکنش هایی می شود. و این واکنش ها باعث می شود از آن حالت کوهرنسی که با خود داشت دور شود و آن سوپرپوزیشن از بین برود. وقتی هم سوپر پوزیشن از بین رفت، مثل این است که ذره از دنیای کوانتومی خود خارج می شود و وارد دنیای فیزیک کلاسیک می شود. اگر در دنیای ماکروسکوپیک نمی بینیم اجسام حالت سوپرپوزیشن داشته باشند، به خاطر این است که عالم واقع فرق دارد با عالم آزمایش. در عالم واقع هیچ جایی نیست که اتم ها و فوتون ها و یا امواجی آنجا نباشد. ملکول ها، که واقعا می توانند حالت سوپرپوزیشن داشته باشند، به محض این که در یک جا قرار بگیرند، فورا با آن اتم ها و فوتون ها و امواج وارد واکنش می شوند، و این واکنش ها باعث می شود آن سوپرپوزیشن‌شان از بین برود. از بین رفتنِ سوپر پوزیشن هم دقیقا به معنای این است که ملکول از دنیای کوانتوم خارج شده و تابع قوانین دنیای ماکروسکوپیک می شود. مثلا دیگر فقط در هر لحظه مشخص فقط در یک جا می تواند باشد نه در دو یا چند جا. اما به چه صورت است که وقتی ذرات دنیای ماکروسکوپیک با محیط خود وارد واکنش شدند، حالت سوپرپوزیشن خود را از دست می دهند؟ ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

ناپیوستگی بخش سوم: الان دیگر می دانیم سیستم در فیزیک کوانتوم یعنی چه. قبلا گفتیم یکی از کار های مکانیک کوانتوم و کلا علم فیزیک این است که می خواهد ماهیت عالم را بشناسد. یا می خواهد بداند واقعیت عالم چیست. منظور از عالم یا جهان هم تقریبا مشخص است. همه آنچه ما به طریقی مشاهده می کنیم، از ستاره ها و کاهکشان ها بگیرید تا ذرات اتمی، کلا هر چیزی که بشود آن را مشاهده یا حس کرد، جزء جهان می شود. همچنین گفتیم علم فیزیک، حتی با وجود اختراعات فوق العاده پیشرفته ای که اکنون در اختیارش است، نمی تواند کل عالم را یک جا مورد مطالعه و آزمایش قرار دهد. هر بار که می خواهد هر آزمایشی انجام دهد، این آزمایش را فقط می تواند روی یک جزء از دنیا متمرکز کند. مثلا روی یک کاهکشان، روی یک ستاره، روی یک عنصر شیمیایی، روی یک مولکول آب، روی یک دارو، روی یک الکترون، یا روی یک فوتون. هر کدام از اینها که انتخاب می شود تا مطالعه ای یا آزمایشی روی آن صورت بگیرد، در فیزیک و مکانیک کوانتوم حکم یک سیستم را دارد. حالا باید بدانیم هر سیستمی که در نظر بگیریم، این سیستم در یک جا از دنیا قرار دارد و خواه ناخواه چیزهایی در اطرافش هست. مثلا آن مثال مشهور و عجیبمان گربه شرودینگر را در نظر بگیریم. در این مثال فرض بر این است این گربه داخل یک محفظه ای است. اما برای این که گربه شانس زنده ماندن داشته باشد، باید هوایی داخل آن محفظه در اطرافش باشد. گربه باید روی یک سطحی بنشیند. بنابراین بعضی ملکول هایش با ملکول های آن سطح در تماس باشد. این تماس باعث خواهد شد تبادل گرمایی بین ملکول های گربه و آن ملکول ها صورت بگیرد. می بینیم که اتفاقاتی بین این گربه و محیط اطرافش در حال وقوع است. اما این اتفاقات تا این اواخر معمولا در فیزیک در نظر گرفته نمی شد. این هم یکی دیگر از بدیهیاتی بود که دست کم چندین دهه در دنیای فیزیک مورد غفلت واقع شد. در حالی که همین اتفاقات بدیهی می تواند نتایج بسیاری از آزمایشات را که روی هر سیستمی صورت می گیرد دگرگون کند. اکنون فیزیکدان ها، یا دست کم بعضی از آنها معتقدند همین اتفاقات بدیهی است که باعث می شود واقعیت دنیا، که در سطح اتم ها و ملکول ها صورت عجیبی پیدا کند، در دنیای اجسام بزرگ تر به صورتی در آید که می بینیم. همان که مثلا ذرات اتمی در آنِ واحد می توانند در دو یا چند جا باشند، اما در دنیای قابل مشاهده هر چیزی در هر لحظه فقط در یک جا یا یک نقطه می تواند باشد. اما این به چه صورت اتفاق می افتد؟ برگردیم به اول همین بحث. اولِ بحثِ ناپیوستگی. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

ناپیوستگی بخش دوم: چه چیزی بود که دنیای کوانتوم را از دنیای قابل مشاهده متفاوت می کرد؟ در دنیای قابل مشاهده، هر چیزی را که می بینیم، در هر لحظه مکان مشخص دارد، سرعت مشخص دارد، و تمام مشخصاتش در یک محدوده مشخص جمع شده است که همان مکانِ آن چیز در آن لحظه است. اینها نشانه یک نوع قطعیت است. یعنی با قطعیت می شود گفت مثلا یک فنجانِ قهوه در لحظه خاصی در فلان نقطه هست و در فلان نقطه دیگر نیست. اما ذرات کوانتومی این طور نیستند. در مورد این ذرات چنین چیزی نمی شود گفت. این ذرات در هر لحظه ای می توانند در چندین نقطه باشند. در بعضی نقطه ها با احتمالات بیشتری باشند، در بعضی نقطه ها با احتمالات کم تری. در هر لحظه می توانند چندین سرعت داشته باشند. بعضی سرعت ها را با احتمالات بیشتری داشته باشند، بعضی سرعت ها را با احتمالات کم تری. مشخصاتی که دارند در یک محدوده مشخص نیست، بلکه می تواند در فضا نشت کند! منتهی در بعضی جاها با احتمالات بیشتری می تواند باشد و در بعضی جاها با احتمالات کم تری. مهم تر از همه هم این است که این ذره ها ماهیت موجی دارند. و به خاطر این ماهیت موجی شان می توانند با خودشان تداخل ایجاد کنند! همچنان که در آزمایش دو شکاف دیده ایم. یا سوپر پوزیشن ایجاد کنند. یعنی مثلا یک اتم رادیو اکتیو می تواند در آنِ واحد هم متلاشی شده باشد، هم متلاشی نشده باشد! یا همین طور پدیده ای به نام درهم تنیدگی (entanglement) ایجاد کنند، که این را بعدا خواهم گفت به چه صورت است. البته همه اینها وقتی می تواند ممکن شود که موج های کوانتومی وارد یک رابطه مشخص با همدیگر بشوند. وگرنه این پدیده ها نمی توانند ایجاد شوند. مثلا اگر در همان آزمایش دو شکاف، فاصله شکاف ها از یک حدی بیشتر باشد، آنگاه دیگر پدیده تداخل را به شکل تیپیک و واضح آن نخواهیم دید. یک چیز دیگر را هم قبلاه گفته ام و اکنون باید به خاطر بیاوریم. اکنون مشخص شده است که ملکول ها هم ویو فانکشن یا تابع موج دارند و می توانند مثل الکترون ها و فوتون ها همه آن پدیده های عجیب و غریب مثل برهم نهش و درهم تنیدگی و تداخل را ایجاد کنند. پس چرا وقتی به دنیای قابل مشاهده می رسیم، آنگاه دیگر این پدیده ها را نمی بینیم؟ مگر اجسام و اشیای قابل مشاهده از همان ملکول ها ساخته نشده اند؟ پس چه می شود که آن پدیده ها در دنیای قابل مشاهده نمی تواند ایجاد شود؟ نظریه ناپیوستگی یا دکوهرنس این را به این صورت توضیح می دهد: درست است که ذرات کوانتومی و حتی ملکول ها تابع موج دارند و می توانند هر کدام آنها با خودشان وارد رابطه شوند و مثلا تداخل یا برهم نهش یا درهم تنیدگی ایجاد کنند؛ اما این رابطه شرط مهمی می خواهد تا به آن پدیده ها منجر شود. این شرط همان همگام ماندنِ موج ها با یکدیگر است. همان آزمایش دو شکاف را در نظر بگیریم. در این آزمایش، الکترون یا فوتون به راحتی با خودش تداخل ایجاد می کند و عکس بسیار واضحی از این تداخل بر صفحه حساس ظاهر می شود. اما وقتی این آزمایش را طوری انجام بدهند که یکی از موج ها پیش از آن که به موج دیگر برسد راه طولانی تری را طی کند، آنگاه دیگر آن تداخل از بین می رود. آنگاه دیگر الکترون فقط به صورت ذره ظاهر می شود. چرا که راه طولانی باعث می شود آن همگامی که بین آن دوتا موج بود از بین برود. طولانی تر شدنِ راه یکی از موج ها، یعنی وارد شدنِ یک عامل در آزمایش، که اسمش محیط است. بله، همین محیطِ اطراف ما، که راه های طولانی هم جزء آن است، نقش بسیار مهمی در از بین رفتن همگامی بین ذرات اتمی و ملکولی دارد. محیط است که دنیای کوانتوم را به صورت دنیای قابل مشاهده در میاورد؛ و عدم قطعیت را به یک نوع قطعیت تبدیل می کند. این را در یادداشت های آینده بیشتر توضیح خواهم داد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تعریف ناپیوستگی بخش اول: در یادداشت های گذشته تا حدی با ذرات کوانتومی آشنا شدیم. خاصیت مهم این ذرات خاصیت موج گونه بودنِ آنها بود. همه آن رفتارهای عجیب و غریبی که اینها از خودشان نشان می دهند به خاطرِ همین موج گونه بودنشان است. همین موج گونگی است که پدیده های مشخصی مثل تداخل یا سوپرپوزیشن و بعضی پدیده های دیگر را ایجاد می کند. این جور رفتارها وقتی امکان پذیر می شود که ارتباطی بین "امواج" کوانتومی برقرار شود. در واقع نه فقط باید ارتباطی بین آنها برقرار شود، بلکه باید وقتی وارد این ارتباط می شوند همگام هم باشند. این را در کوانتوم می گویند پیوستگی. اما همگام بودن امواج یعنی چه؟ آزمایش دو شکاف را به خاطر بیاوریم. دوتا موج از دو شکاف می گذشتند و این شکاف ها طوری بود که آن موج ها روی صفحه حساس با هم برخورد می کردند. اما شکاف ها طوری تعبیه شده بود که وقتی این موج ها با هم برخورد می کردند، در بعضی از این برخوردها نوسانشان کاملا هم جهت بود. یعنی در بعضی از لحظه های برخوردشان هر دو داشتند به طرف بالا می آمدند، و موقع پایین رفتن هم با هم پایین می رفتند. این بود که اثر همدیگر را تشدید می کردند. آن وقت تصویری از این برخوردشان روی صفحه حساس می افتاد، که به صورت یک نقطه روشن بود. در برخورد بعدی شان عکس این اتفاق می افتاد. یعنی موقعی روی صفحه حساس با هم برخورد می کردند که یکی داشت بالا می رفت و آن یکی پایین می آمد. این بود که اثر همدیگر را خنثی می کردند، و تصویری که از این برخوردشان روی صفحه حساس می افتاد به صورت یک نقطه تاریک بود. باری، وقتی این برخوردها روی صفحه زیاد می شد، از تجمع نقطه های روشن و تاریک، که به طور منظم و به دنبال هم روی صفحه می افتادند، تصویر خاصی به وجود می آمد. این تصویر مخصوص امواجی است که با هم برخورد می کنند، یعنی ارتباط برقرار می کنند، و "همگامی" هم بین آنها هست. اگر امواج با هم برخورد کنند اما همگامی بین آنها نباشد، یا همگامیِ چندانی بینشان نباشد، چنین تصویری ایجاد نخواهد شد. وقتی امواج با هم ارتباط برقرار کنند و همگاهی هم بین آنها باشد، این را می گویند "کوهرنس" یا "پیوستگی" . اما اگر با هم برخورد کنند و همگامی چندانی با هم نداشته باشند، این را می گویند "دکوهرنس" یا "ناپیوستگی" . همین پدیده ساده و رایج بود که مبنای نظریه ای شد به نام نظریه ناپیوستگی، که توضیح بسیار جالبی است درباره این که چرا دنیای قابل مشاهده با دنیای کوانتوم فرق می کند. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

مشکل بزرگ جهان های موازی این است که خیلی عجیب و غریب است. حتی اگر پشتوانه ریاضی قوی داشته باشد. برای همین بود که جستجوی فیزیکدان ها در جهان های موازی متوقف نشد. مسئله اصلی این بود که دنیای قابل مشاهده بالاخره کجا از دنیای کوانتوم جدا می شود؟ تفسیر کپنهاگ پاسخی به این سؤال نمی داد. این تفسیر، این دوتا دنیا را کاملا از هم جدا می کرد. اما مرز این جدایی را نمی توانست بگوید کجاست. مخصوصا که کم‌کم معلوم شده بود فقط ذرات اتمی نیستند که رفتارهای عجیب و غریب از خود نشان می دهند. مثلا می توانند در آنِ واحد در دو جا یا چند جا باشند. یا هم به صورت موج باشند هم به صورت ذره باشند. کم‌کم معلوم می شد بعضی ملکول ها هم مثل همان ذرات اتمی هستند. آنها هم می توانند مثلا در یک لحظه در دو یا چند جا باشند. هم به صورت موج باشند، هم به صورت ذره باشند. همین خودش تفسیر کپنهاگ را زیر سوال می برد. برای این که همه اجسام قابل مشاهده از ملکول ساخته شده اند. وقتی ملکول های اجسام رفتارهای کوانتومی داشته باشند، یعنی این که خود اجسام هم باید رفتارهای کوانتومی داشته باشند. بنابراین، جدایی ای بین دنیای کوانتوم و دنیای قابل مشاهده نیست. تفسیرجهان های موازی هم بر همین مبنا به وجود آمد. این که با هر آزمایش یا اندازه گیری ای، آزمایش کننده یا مشاهده کننده هم تکثیر می شود، خودش صورت دیگری از همان رفتار کوانتومی است که ذرات اتمی دارند؛ یعنی در آنِ واحد در چند جا ظاهر می شوند. نظریه ناپیوستگی هم بر همین مبنا به وجود آمد. بر مبنای این که جدایی ای بین دنیای کوانتوم و دنیای قابل مشاهده نیست. اما این دیگر آن عجیب و غریب بودنِ جهان های موازی را در خود ندارد. اصطلاح کوانتومیِ coherence را، که به معنی پیوستگی است، در فارسی گفته اند همدوسی، و decoherence را گفته اند ناهمدوسی! ظاهرا فرهنگستان این کار را کرده است. اما ما همان پیوستگی و ناپیوستگی می گوییم. این تئوری، آن قسمت از نظریه جهان های موازی را که می گوید دنیای کوانتوم و دنیای قابل مشاهده از هم جدا نیستند تایید می کند، اما آن تکثیر شدنِ دنیا با هر آزمایش یا اندازه گیری را کنار می گذارد. مهم تر این که یک نکته بسیار مهم را هم تقریبا توضیح می دهد. مگر نه این است که جدایی ای بین دنیای قابل مشاهده و دنیای کوانتوم نیست؟ پس چرا اجسام قابل مشاهده با ذرات اتمی فرق می کنند؟ چرا اجسام قابل مشاهده در آنِ واحد نمی توانند در چند جا حضور داشته باشند؟ این را نظریه ناپیوستگی تقریبا توضیح می دهد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تصویری از دو جهان موازی، طبق آنچه نظریه جهان های موازی می گوید. اگر الکترونی، در یک آزمایش کوانتومی در دو جا ظاهر شود، دو جهان موازی ایجاد خواهد کرد که یک چنین چیزی خواهد بود. تصویر فوق، با توجه به ازمایش ذهنی شرودینگر که به گربه شرودینگر معروف است، تفسیر جهان های موازی را بسادگی به نمایش کشیده. در یک جهان، گربه مرده است و در جهان دیگر، زنده است. بنابراین، ویوفانکشن گربه، هرگز کلاپس نکرده است. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

جهان های موازی نظریه هیو اورت بخش ششم: در یادداشت قبلی گفتم تفسیر کپنهاگ چیزی می گفت که توضیح ریاضی نداشت. فرمول شرودینگر نه آن کلاپسی را که آن تفسیر می گفت می توانست توضیح دهد، نه آن ظاهر شدنِ الکترون فقط در یک نقطه را، و نه می توانست بگوید در کدام یک از آن نقطه هایی که احتمال ظاهر شدنش هست، ظاهر خواهد شد. همین طور بود آن ظاهر شدنِ الکترون فقط در یک نقطه، در حالی که می توانست در چندین نقطه ظاهر شود. اینها در تفسیر کپنهاگ توضیح ریاضی نداشت. از روی فرمول شرودینگر نمی شد اینها را توضیح داد. بنابراین بعضی از فیزیکدانها این تفسیر را تفسیر غلطی می دانستند. هیو اورت با خودش گفته بود اگر تفسیر کپنهاگ غلط باشد، آن تفسیر درستِ این مسئله به چه صورت خواهد بود؟ بدیهی است که تفسیر درست باید به این صورت باشد: ویوفنکشن کلاپس نمی کند. یعنی این طور نیست که با ظاهر شدنِ الکترون در یک نقطه، احتمال ظاهر شدنش در نقطه های دیگر از بین برود، بلکه در همان لحظه که الکترون در یک نقطه ظاهر می شود در بعضی از آن نقطه های دیگر هم ظاهر می شود. اما پس چرا ما آن را فقط در یک نقطه می بینیم؟ اینجا هم تنها توضیحی که می تواند وجود داشته باشد به این صورت است: در هر آزمایش یا اندازه گیریِ کوانتومی که صورت می گیرد، مشاهده کننده هم جزء آن سیستمی است که اندازه گیری می شود. سیستم را می دانیم یعنی چه. کار فیزیک این است که بداند ماهیت عالم یا واقعیت ماده چیست. اما نمی شود کل عالم یا کل ماده را یک جا مورد آزمایش قرار داد. هر بار که می خواهی آزمایشی روی ماده یا دنیا انجام دهی، باید یک تکه از آن را نتخاب کنی و آزمایش را روی آن انجام دهی. بنابراین وقتی یک الکترون یا فوتون را انتخاب می کنی تا آزمایشی روی آن انجام دهی، آن الکترون یا فوتون می شود سیستم. اما برای هر آزمایشی یک آزمایش کننده یا مشاهده کننده هم لازم است. آزمایش کننده یا مشاهده کننده ای که از دنیای ماکروسکوپیک است اما نتیجه یک آزمایش از دنیای میکروسکوپیک را مشاهده می کند. اگر این مشاهده کننده نباشد، آزمایش یا مشاهده ای صورت نخواهد گرفت. بنابراین، این مشاهده کننده هم خود به خود جزء آن سیستمی است که آزمایش می شود. حالا اگر قرار باشد آن الکترونی که مورد آزمایش قرار می گیرد تا مشخص شود در فلان لحظه مشخص در کدام نقطه خواهد بود، به جای یک نقطه در چند نقطه ظاهر شود، این فقط در این صورت می تواند معنی پیدا کند که برای هر کدام از آن ظهورها هم یک مشاهده کننده باشد! ریاضیات هم حقیقتا همین را می گوید. فرمول های کوانتوم می گوید، الکترون باید به جای یک نقطه در چند نقطه ظاهر شده باشد. معنای این چه می تواند باشد؟ معنای این فقط این می تواند باشد که با هر اندازه گیری که صورت می گیرد، و در آن اندازه گیری الکترون در چند نقطه ظاهر می شود، مشاهده کننده هم چند تا می شود! چون ظاهر شدنِ الکترون وقتی معنی پیدا می کند که مشاهده کننده ای آن را ببیند، یا مشاهده کند. در واقع، خود ریاضیات یا همان فرمول های کوانتوم، که درستیِ آنها هزارها بار به اثبات رسیده است، می گوید یا هر اندازه گیری که در دنیای کوانتوم صورت می گیرد، چندین جهان موازی به جود می آید، و آن کس که نتیجه این آزمایش را مشاهده می کند، چندین مشاهده کننده می شود. به طوری که هر کدام آنها در یکی از آن جهان ها خواهند بود. بدون این این که از همدیگر با خبر باشند. یک چیزی مثل آن آمیب که با هر تکثیرش دو تا آمیب می شود و اینها وقتی به وجود آمدند هر کدام دنیای مستقل خودش را دارد و از آن یکی خبری ندارد. البته برای درک شهودی ما سخت است چنین چیزی را بپذیرد. اما ریاضیات یا فرمول های کوانتوم دقیقا همین را می گوید! برای همین است که الان این نظریه در میان فیزیکدان ها از اعتبار خاصی برخوردار است و طرفداران زیادی دارد. کسانی که ریاضی را در حد این مسائل بدانند، و مخصوصا با دنیای عجیب و غریب کوانتوم آشنا باشند، دیگر چندان در قید این نخواهند بود که درک شهودی آنها اجازه می دهد چنین چیز عجیبی را بپذیرند یا نمی دهد. برای آنها آنچه ریاضی و فرمول های کوانتوم می گوید مهمتر از درک شهودی است. آنها رازهای بسیاری از عالم را ابتدا فقط به کمک همین ریاضیات کشف کرده اند. آنگاه آزمایش هایی هم صورت گرفته است که درستی آن کشف ها را تایید کرده است. در یادداشت های آینده، با بعضی از این موارد آشنا خواهیم شد. ضمناَ باید در نظر داشته باشیم که فقط از طریق تئوریِ کوانتوم نیست که نظریه جهان های موازی یا جهان های متعدد سر برآورده است. دانشمندان از طریق تحقیقات دیگری هم به وجود جهان های متعدد مشکوک شده اند. همچون، نظریه ریسمان و کیهان تورمی. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

جهان های موازی نظریه هیو اورت بخش پنجم: پیش از این گفتیم شرودینگر معادله ای نوشت که از روی آن می شد ویوفانکشن هر ذره را در هر لحظه ای مشخص کرد. یا پیش بینی کرد. به عبارت دیگر، می شد از روی آن معادله و با دانستن مقدار جرم و سرعتِ هر ذره مشخص کرد آن ذره مثلا در فلان لحظه چه ویوفانکشنی خواهد داشت. یعنی در آن لحظه در کجاها احتمال دارد باشد، در هر نقطه ای چه سرعتی داشته باشد، و هر سرعتش در چه جهتی باشد. خلاصه اینکه سوپرپوزیشن های آن را در هر لحظه ای می شد با معادله شرودینگر حساب کرد. اما وقتی اندازه گیری در مورد یک ذره صورت می گیرد تا مثلا مکان آن مشخص شود، همه آن احتمالات که در مورد مکان ذره هست، ناگهان ناپدید می شود و فقط یکی از آنها مشخص می شود. مثلا اگر ویوفانکشن نشان می داد آن ذره ممکن است در یک لحظه خاص در ده جا باشد، تا اندازه گیری را صورت می دهیم، ذره فقط در یکی از آنها مشاهده می شود. پس بقیه آن نقطه ها چه می شود؟ خلاصه اینکه تا اندازه گیری صورت می گیرد، انگار معادله شرودینگر ناگهان از کار می افتد. علاوه بر این، آن نقطه ای هم که الکترون آنجا دیده می شود، معادله نمی تواند مشخص کند کدام یک از آن چند نقطه خواهد بود. دیگر این که آن کلاپس یا از هم پاشیدگیِ ویوفانکشن را هم نمی شود با آن معادله توضیح داد. یعنی ریاضیات چیزی از آن نمی گوید. این کلاپس را فقط تفسیر کپنهاک همین طوری می گوید. وگرنه هیچ پشتوانه ریاضی ندارد. پس، از یک طرف مسئله آن چند تا نقطه است که الکترون فقط در یکی از آنها دیده می شود. بنابراین بقیه نقطه ها که الکترون می توانست در آنها هم دیده شود معلوم نیست چه می شوند. از طرف دیگر هم مسئله آن کلاپس است که کپنهاگی ها اینجا پایش را به میان می کشند و خود ریاضیات در موردش هیچ چیزی نمی گوید. به هر حال، این می تواند برای تفسیر کپنهاگ یک نقص تلقی شود. وقتی ریاضیات تا اینجا همه چیز را توضیح می دهد، چرا در مورد کلاپس چیزی نمی گوید؟ و واقعا آن چندتا نقطه دیگر چه می شود؟ چرا وقتی الکترون در یک لحظه در چندین جا هست، ناگهان فقط در یکی از آنها مشاهده می شود و از بقیه هیچ خبری نمی شود؟ این را، یعنی تفسیر کپنهاک را، نه فقط هیو اورت نتوانست بپذیرد، بلکه الان دیگر بقیه فیزیکدانها هم کنار گذاشته اند. در فیزیک، هر چیزی که توضیح ریاضی برایش نباشد، پذیرفتنی نیست. بعدا خواهیم دید که دنیا با زبان ریاضی حرف می زند! گذشته از این، آن مشاهده ای هم که در مورد هر ذره اتمی صورت می گیرد، یک چیزی کم دارد. هر ذره ای در هر اندازه گیری یا آزمایش فقط در یک نقطه دیده می شود؛ در حالی که همه چیز حکایت از آن دارد که باید در چند جا دیده شود. حتی اگر برای درک شهودی ما عجیب باشد. باری، اگر بنا باشد تفسیر کپنهاگ غلط باشد، تفسیر درست این اتفاقات به چه صورت می تواند باشد؟ فقط به یک صورت می تواند باشد. این که ویوفانکشن کلاپس نمی شود. بنابراین الکترون در تمام آن نقطه هایی که در لحظه مشاهده می توانست باشد، مشاهده می شود! اما می دانیم که در کوانتوم، مشاهده کننده هم عملا جزء آن سیستمی است که مشاهده می شود. پس اگر ذره اتمی در هر کدام از آن نقطه های دیگر هم مشاهده می شود، لازمه اش این خواهد بود که او تکثیر شود تا این مشاهدات بتواند صورت بگیرد! ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

جهان های موازی نظریه هیو اورت بخش چهارم: سیستم همچنان که قبلا هم گفته ام، یکی از کار های مکانیک کوانتوم و کلا علم فیزیک این است که می خواهد ماهیت جهان را بشناسد. یا می خواهد بداند واقعیت جهان چیست. منظور از جهان هم تقریبا مشخص است. همه آنچه ما به طریقی مشاهده می کنیم، از ستاره ها و کاهکشان ها بگیرید تا ذرات اتمی، کلا هر چیزی که بشود آن را مشاهده یا حس کرد، جزئی از جهان می شود. فیزیک و مکانیک کوانتوم می خواهد رازهای دنیا یا واقعیت آن را بشناسد. از همین رهگذر است که قوانینی برای دنیا پیدا کرده که بر اساس آنها انسان می تواند خیلی چیزها بسازد. اسم این چیزهایی که می سازد اختراعات است. اختراعات به انسان کمک های بسیار زیاد و گوناگونی می کنند. حتی به او کمک می کنند تحقیقات کوانتومی اش را هم راحت تر و دقیق تر انجام دهد. اما علم فیزیک، حتی با وجود اختراعات فوق العاده پیشرفته ای که اکنون در اختیارش است، نمی تواند کل جهان را یک جا مورد مطالعه و آزمایش قرار دهد. هر بار که می خواهد هر آزمایشی انجام دهد، این آزمایش را فقط می تواند روی یک جزء از عالم متمرکز کند. مثلا روی یک کاهکشان، روی یک ستاره، روی یک عنصر شیمیایی، روی یک ملکول آب، روی یک دارو، روی یک الکترون، یا روی یک فوتون. هر کدام از اینها که انتخاب می شود تا مطالعه ای یا آزمایشی روی آن صورت بگیرد، در فیزیک و مکانیک کوانتوم حکم یک سیستم را دارد. سیستم می تواند اجزای مختلفی داشته باشد. حتی می تواند فقط از یک جزء تشکیل بشود. مثلا الکترونی که برای مطالعه انتخاب می شود، می شود سیستمی که فقط یک جزء دارد. اما هر سیستم معمولا حالت های گوناگونی می تواند داشته باشد. مثلا همان الکترون سطح انرژی های مختلفی می تواند داشته باشد. در هر لحظه می تواند در مکان های مختلفی باشد. در هر لحظه می تواند سرعت های مختلفی داشته باشد و در جهت های مختلفی حرکت کند. اما یک نکته مهم هم اینجا هست: دیدیم که فیزیکدانان در مطالعاتشان بر روی الکترون یا هر ذره اتمی دیگر با یک واقعیت بسیار عجیبی روبرو بودند. این که آزمایش کننده، یا آن کسی که می خواست این الکترون را مشاهده کند، یک چیز جدایی ناپذیری از آن الکترون می شد. اولا که این شخص اگر می خواست آن الکترون خودش را به صورت موج نشان دهد، الکترون خودش را به صورت موج نشان می داد، و اگر می خواست به صورت ذره نشان دهد، به صورت ذره نشان می داد. و اصلا تا این شخص آن را ندیده بود، الکترون فقط مجموعه ای از چند تا سوپرپوزیشن بود! مشاهده این شخص بود که برای الکترون یک مکان منفرد یا یک سرعت منفرد و برای سرعتش جهت منفرد ایجاد می کرد. خلاصه این که این شخص هم خود به خود جزء آن سیستمی می شد که مورد مطالعه قرار گرفته بود! اما تفسیر کوپنهاک چه می گفت؟ یافته های کوانتوم مکانیک نشان می داد که در دنیای میکروسکوپیک، هر ذره ای در هر لحظه می تواند در بیش از یک جا باشد، می تواند در هر لحظه چند سرعت و چند جهتِ سرعت داشته باشد. تفسیر کپنهاک می گفت این چیزها فقط در همان دنیای میکروسکوپیک هست. در دنیای ماکروسکوپیک هر چیزی، در هر لحظه مشخص، فقط در یک نقطه می تواند باشد و یک سرعت می تواند داشته باشد و فقط در یک جهت می تواند حرکت کند. بنابراین، این دوتا دنیا را نباید با هم قاطی کرد. اینها دوتا دنیای جدا از هم هستند. اما تفسیر کپنهاک نمی توانست بگوید این دوتا دنیا کجا از هم جدا می شوند. مرز این دوتا دنیا کجاست؟ حقیقت این است که هیچ شواهد فیزیکی برای این جدایی نیست. حتی اکنون دانشمندان می دانند ملکول ها هم رفتاری مثل همان الکترون و فوتون دارند! و مگر غیر از این است که هر چیزی که در دنیا هست مجموعه ای از تعدادی ملکول است؟ پس انگار اصلاه نباید چنین مرزی بین این دوتا دنیا باشد. این طور که معلوم است، مسئله سوپرپوزیشن نباید مختص دنیای میکروسکوپیک باشد. واقعا هم آن جدایی که تفسیر کپنهاک برای دنیای ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک قائل بود، اصلاه پایه علمی نداشت. کسانی که یادداشت های قبلی را خوب مطالعه کرده اند اکنون دیگر کم کم می توانند یک چیزهایی از جهان های موازی را حس کنند. یادداشت دیشب را خوب مطالعه بفرمایید. هیو اورت گفت، یک آمیب را در نظر بگیرید. این آمیب حاوی یک مقدار اطلاعات ژنتیکی است. آمیب خاصیتی دارد که می تواند تقسیم شده و به دوتا آمیب تبدیل شود. آمیب هایی که هر دو تقریبا مثل هم هستند؛ چه از نظر شکل و چه از نظر اطلاعات ژنتیکی که در خود دارند. هر دو یک چیزی مثل همان آمیب اولی هستند. اما وقتی به وجود آمدند، دیگر هر کدام دنیای خاص خودش را دارد. گاهی ممکن است هیچ اطلاعی هم از هم نداشته باشند. روی این پدیده یا واقعیت هم دقت بفرمائید. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

Hugh Everett III هیو اورتِ سوم نطریه جهان های موازی را هیو پیش کشید. او زمانی که هنوز دانشجو بود، این نظریه را به طور مفصل در تز دکترای خود شرح داد. اما مورد تمسخر فیزیکدانها قرار گرفت. به همین خاطر بود که فیزیک را رها کرد. اما بیست سال بعد ناگهان فیزیکدانها به تئوری او برگشتند. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

جهان های موازی نظریه هیو اورت بخش سوم: در شبی در سال 1954 بود که سفر علمی هیو اورت شروع شد. دو دهه بعد از آن شب بود که هیو خودش این را گفت. او آن شب با دو نفر دیگر، که یکی از آنها یک همکلاسیِ دانشگاه پرینستون به نام چارلز میسنر و دیگری یکی از دستیاران نیلز بوهر به نام آگه پترسن بود، درباره تلویحات خنده دار مکانیک کوانتوم با هم صحبت می کرده اند. تلویحات یعنی معناهای ضمنی. مثل همان معنایی که در آزمایش فکریِ گربه شرودینگر هست: گربه در آنِ واحد هم زنده است هم مرده. باری، آن شب ضمن آن گفتگو بوده که جهان های موازی به فکرش رسید. چند هفته بعد هم شروع کرد تا تئوری مربوط به آن را بنویسد. فکر اصلِ تئوری این بود که اگر بنا باشد خودِ ریاضی کوانتوم، یا خودِ همان معادلات و فرمول های مکانیک کوانتوم بگوید واقعیت دنیا چیست، چه خواهند گفت. تفسیر کوپنهاگ بر مبنای آنچه در آزمایشات مشاهده می شود می گفت واقعیت چیست. حالا اگر آن تفسیر را بگذاریم کنار، تا خودِ همان فرمول ها و معادلات فیزیکی بگویند واقعیت به چه صورت است، چه خواهند گفت؟ یادآوری می کنم که تفسیر کوپنهاک می گفت درختی که در جنگلی می افتد، تا وقتی که یک نفر آن را ندیده است، آن درخت درواقع هم افتاده است، هم نیفتاده است. اما این در همین جا هم متوقف نمی شد. برای این که این معنی تلویحی هم در آن بود: تا ما چیزی را نبینیم یا از طریق یک آزمایش آن را مشاهده نکنیم، آن چیز در عالم خارج وجود ندارد. هایزنبرگ با صراحت و تاکید تمام می گفت اشتباه است ما بیاییم بگوییم الکترون ها چه هستند؛ یا واقعیت آنها چیست. همه این چیزهایی که ما درباره آنها می گوییم، فقط از روی آن نتایجی است که در آزمایش ها می بینیم. بیهوده است بیاییم بگوییم آنها در فاصله دوتا آزمایش ما چه کار داشتند می کردند! اما حالا فیزیکدان جوان با جسارت بی نظیری می خواست با این عقیده دربیافتد. از دهه 1920 تا دهه پنجاه، مسئله اندازه گیری همچنان مشکل اصلی فیزیکدان ها بود. مسئله این بود که خود آن اتفاقاتی که در دنیای اتم می افتد یک چیز است، و آن اندازه گیری هایی که صورت می گیرد تا این اتفاقات را فیزیکدان ها بتوانند مشاهده کنند، یک چیز دیگری است. فیزیکدان ها می دانستند که در دنیای کوانتوم هر ذره ای می تواند در هر لحظه ای چندین حالت را با هم داشته باشد. مثلا در هر لحظه در چند نقطه مختلف باشد، در هر لحظه ای چند سرعت مختلف داشته باشد، در هر لحظه ای در چند جهتِ مختلف چرخش کند. این را فیزیکدانها می گویند سوپرپوزیش superposition یا برهم نهی کوانتومی. اما هر آزمایشی که روی هر ذره صورت می گیرد، در نهایت فقط یک حالت از چند حالت ممکن را نشان می دهد. همه آنها را نمی تواند نشان دهد. به عبارت دیگر، خودِ این سوپرپوزیشن را نمی شود با آزمایش مشاهده کرد. مثلا هر آزمایشی که صورت می گیرد تا سرعت یک الکترون را در یک لحظه مشخص اندازه بگیرد، با آن که الکترون در آن لحظه چند سرعت مختلف دارد، آزمایش فقط یکی از آنها را نشان می دهد، نه همه آنها را. در مورد مکان هم همینطور. هر آزمایشی که صورت می گیرد تا مکان یک الکترون را در یک لحظه مشخص نشان دهد، با آن که آن الکترون در آن لحظه باید در چند نقطه مختلف باشد، اما آزمایش فقط یکی از آنها را نشان می دهد. در مورد جهتِ سرعت هم باز به همین ترتیب. و اینجا سؤال آزار دهنده و سمجی سر بر می آورد: این دنیای قابل مشاهده ما، که در آن هر چیزی، در هر لحظه مشخص، فقط در یک نقطه می تواند باشد و یک سرعت می تواند داشته باشد و فقط در یک جهت می تواند حرکت کند، کی و چگونه از آن دنیای کوانتوم جدا می شود؟ ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

جهان های موازی نظریه هیو اورت بخش دوم: تفسیر کپنهاگ را به خاطر بیاوریم. این تفسیر می گفت دنیای کوانتوم دنیای دیگری است برای خودش. می گفت قوانین این دنیا فرق دارد با آن قوانینی که بر دنیای قابل مشاهده حاکم است. اما تفسیر کپنهاگ نمی گفت این دوتا دنیا دقیقا کجا از هم جدا می شوند. آزمایشات و یافته های کوانتومی نشان می دهد که آن رفتارهای عجیب و غریبی که از اتم ها و ذرات اتمی سر می زد، حتی در ملکول ها هم هست. هر چیزی هم که در دنیای قابل مشاهده در نظر بگیریم چیزی نیست جز همان ملکول! پس واقعا این جدایی که تفسیر کپنهاگ می گوید بین دنیای کوانتوم و دنیای قابل مشاهده هست، کجا اتفاق می افتد؟ آن مرزی که باید بین این دوتا دنیای مختلف باشد، تا اینها را از هم جدا کند، کجاست؟ البته تا آنجا که به کارهای خود فیزیکدانها و اختراعات علمی مربوط می شود، مهم نیست مشخص شود این مرز کجاست. حتی مهم نیست اصلا وجود داشته باشد یا نداشته باشد. فرمول ها و معادلاتی که برای کوانتوم پیدا شده است، و این مرز را هم به هیچ وجه نمی توانند مشخص کنند، اینها فرمول ها و معادلات بسیار موفق و دقیقی هستند. از روی همین معادلات است که لیزر ساخته اند، دستگاه های گوناگونی ساخته اند که حتی دنیای طب را دیگر گون کرده است، کامپیوتر و گوشی های هوشمند ساخته اند، بمب اتم ساخته اند. اما این مسئله هم که واقعا کجاست آن مرزی که دنیای کوانتوم و دنیای قابل مشاهده آنجا از هم جدا می شوند، این را هم خود همان فرمول ها و معادله ها به وجود میاورند. وقتی هم مسئله ای باشد، ذهن بشر نمی تواند آن را نادیده بگیرد. اگر هم یک عده آن را نادیده بگیرند، همیشه عده ای دیگر هستند که آن را نتوانند نادیده بگیرند. این بود که این مسئله هم ذهن خیلی از فیزیکدانها را به خود مشغول کرد. مخصوصا که فیزیک فقط آن نیست که فرمول هایی برای اختراعات پیدا کند. فیزیک در شناختن اسرار هستی و آشکار کردن ماهیتِ هستی یا چیستیِ واقعیت هم مهم ترین نقش را بر عهده دارد. این مسئله ای که فیزیک به آن بر خورده بود، به موضوع هستی و واقعیت مربوط می شد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

جهان های موازی بخش اول: تفسیر جهان های موازی، به طور خیلی ساده یعنی این که هر اتفاقی که در دنیای کوانتوم می افتد، در نسخه های مختلفی تکثیر می شود، و هر کدام اینها در یک دنیایی مثل دنیایی که ما الان در آن هستیم ادامه پیدا می کند. منتهی هیچ کدام از این دنیاها نمی توانند هیچ ارتباطی با بقیه داشته باشند. در بسیاری چیزها ممکن است مثل هم باشند، اما در بعضی چیزها هم با هم فرق می کنند. 60 سال پیش بود که هیو اورت این نظریه را پیش کشید و شرح داد. اما نظریه اش چنان مورد تمسخر فیزیکدانها واقع شد که او مجبور شد دنیای فیزیک را ترک کرده و به عنوان ریاضیدان در یک پروژه سرّی نظامی مشغول به کار شود. معتاد الکل و سیگار شد. زندگی زناشویی اش از هم پاشید. پدری شد که دیگر حتی نمی توانست با بچه هایش رابطه عاطفی برقرار کند. تصویری که از خودش در خاطره بچه هایش باقی گذاشت، تصویری از پدری شد که در خانه می نشست روی مبل و سیگار پشت سر سیگار دود می کرد. بیشتر مثل یک تکه از مبلمان خانه بود تا پدر. در هر حال، تصویری که از خودش در این دنیای ما در ذهن بچه هایش باقی گذاشت، یک چنین تصویری از کار در آمد. اگر نظریه اش راست باشد، شاید در آن یکی دنیاها تصویرهای دیگر و بهتری از خود باقی گذاشته باشد. در دنیای ما فقط 51 سال عمر کرد. آن قدر زنده نماند تا ببیند بعدا فیزیکدان ها چه توجهی به نظریه اش کردند و چه کتاب ها و رساله ها و مقاله هایی درباره آن نوشتند. شاید در بعضی از آن دنیاها عمر طبیعی کرد و به خاطر این نظریه اش تقدیرهای زیادی از او شد. در آن دنیاها، دیگر الکلی و سیگاری نشد و زنش ازش طلاق نگرفت و زندگی بسیار خوشبختی را از سر گذراند. البته بدیهی است که نظریه اش نظریه بسیار عجیبی است. اما مسئله این است که فقط برای درکِ شهودیِ ماست که عجیب به نظر می رسد. وگرنه پایه بسیار محکم ریاضی دارد. و این پایه محکم چیزی نیست مگر همان معادله مشهور شرودینگر که تقریبا کل نظریه کوانتوم را با قوت تمام در خودش تلخیص کرده است. پیش از این هم گفتم که این معادله با تمام قوتش در یک مورد الکن بود و آن این بود که کلاپس ویو فانکشن را نمی شد با این معادله توضیح داد. هیو اورت هم تفسیر خودش را از همین جا شروع کرد. تفسیر کپنهاگ می گفت وقتی آزمایشی روی ذره اتمی صورت می دهیم، یا به زبان فیزیکدانها وقتی اندازه گیری ای روی ذره اتمی صورت می گیرد، ویو فانکشنِ آن ذره در تمام جاها کلاپس می‌ کند و فقط در نقطه ای که آن ذره آنجا مشاهده شده است جمع می شود. اما این را نمی شد با فرمول شرودینگر نشان داد. هیو اورت گفت نکند اصلا این ویو فانکشن در جاهای دیگر کلاپس نمی شود؟ واقعا از کجا معلوم که ویو فانکشن در جاهای دیگر کلاپس می شود یا صفر می شود؟ شاید وقتی آزمایشی روی ذره اتمی صورت می گیرد، آن ذره در هر جای دیگری هم که احتمال پیدا شدنش هست، خود را به صورت ذره ظاهر می کند! آزمایش بارها نشان داده است که ذره واقعا در آنِ واحد از دو شکافی که هیچ ارتباطی بین آنها نیست رد می شود! چرا وقتی به صورت ذره ظاهر می شود باز همین اتفاق نیافتد؟ هیو اورت، هنوز دانشجو بود که چنین چیزی به فکرش رسید. این را با استاد خودش جان ویلر، از فیزیکدانان بزرگ قرن بیستم در میان گذاشت. قرار شد هیو، تزِ دکترایش را درباره همین بنویسد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

خفه شو و محاسبه کن گفتیم در آزمایش هایی که روی ذرات اتمی صورت می گیرد، تا وقتی که قرار نیست آنها را ببینیم، آنها یک جور رفتار می کنند، اما وقتی قرار می شود آنها راببینیم، رفتارشان عوض می شود. مثلا دیگر از آن مسیری نمی روند که قبلا می رفتند. و گفتیم دانشمندان نمی توانند این را به زبان ریاضی توضیح دهند. یکی از نقص های تفسیر کپنهاگ همین است. نقص دیگرش هم مربوط به همان چیزی می شود که می گوید ذرات اتمی فقط وقتی واقعیت پیدا می کنند که ما آنها را می بینیم. پیش از آن که آنها را ببینیم نمی شود از واقعیت آنها حرف زد. مثلا اگر بخواهیم این را با مثالی از دنیای قابل مشاهده توضیح دهیم، چنین چیزی خواهد بود: درختی در جنگلی می افتد. تا وقتی که ما آن را ندیده ایم، آن درخت مثل گربه شرودینگر است. هم افتاده است هم نیفتاده است. افتادنش وقتی واقعیت پیدا می کند که ما آن را ببینیم. پیش از آن که ما آن را ببینیم هیچ واقعیتی ندارد. یوگن ویگنر، فیزیکدان مجارستانی و برنده جایزه نوبل این تفسیر را به این صورت رد کرد: گفت فرض کنیم درختی در جنگلی هست که ما نمی دانیم افتاده است یا نیافتاده است. طبق تفسیر کپنهاگ، ویو فانکشن یا تابع موج آن درخت در یک حالت سوپرپوزیشن (برهم نهی)است. یعنی تابع موجی اش ترکیبی از دو حالت است: هم افتاده هم نیفتاده. آن وقت یکی از دوستان ما آن را می بیند که افتاده. مثلا یک ساعت بعد هم ما را می بیند و به ما می گوید درخت افتاده بود. حالا، باید بگوییم ویو فانکشن آن درخت برای ما کِی کلاپس کرد و از حالت سوپرپوزیشن در آمد؟ در لحظه ای که دوست ما آن را دید؟ یا در لحظه ای که آن را به ما گزارش کرد؟ و در فاصله این دوتا لحظه، آن درخت واقعیت دارد یا ندارد؟ آشکار است که ادعای تفسیر کپنهاگ در مورد این که واقعیت وقتی واقعیت می شود که ما آن را ببینیم یا حس کنیم، با درک شهودی همخوانی ندارد. اما بعضی فیزیکدان‌ها می گویند این چیزها ربطی به ما ندارد. آزمایش های فیزیکی نشان می دهد که دنیای اتم ساز دیگری برای خود می زند. ذرات اتمی از آن قوانینی که در دنیای قابل مشاهده هست پیروی نمی کنند. درک ما هم درک شهودی است. این درک بر مبنای آن چیزهایی برای ما ایجاد شده است که در دنیای قابل مشاهده دیده ایم یا حس کرده ایم. این درک نمی تواند همه آن چیزهایی را که در دنیای اتم دیده می شود توجیه کند. اصلا کار ما توجیه این چیزها نیست. ریچارد فاینمن در مورد این جور مسائل گفته بود: Shut up and calculate! خفه شو و محاسبه کن البته فاینمن بد هم نگفته است. فیریکدانها همان قدر که پیش بینی ها و کشف هایشان را از طریق محاسبات ریاضی صورت دهند کار خودشان را انجام داده اند. حقیقت این است که باید گفت بر مبنای همین شناخت هایی که از دنیای اتم صورت گرفته است، اکنون اختراعات محیرالعقولی صورت می گیرد. همین ها برای درستی آن شناخت ها کفایت می کند. حتی اگر آنها برای درک شهودی ما عجیب و غریب باشد و حتی متناقض جلوه کند. همین قدر که اینها توضیح ریاضی داشته باشد، و آزمایش ها یا تجربه ها هم آنها را تایید کنند، کفایت می کند. دست کم برای علم کفایت می کند. در نظر بگیریم مثلا موجود هوشمندی هست که فقط دو بُعد دارد. یعنی فقط دو بُعد را می تواند حس کند. فقط نقطه و خط و سطح را می تواند حس کند. یعنی یک چیزی که دنیایش فقط از یک سطح صاف تشکیل می شود. فرض کنیم این موجود هوشمندِ دو بُعدی در جایی در کف اتاق ما زندگی می کند. او آن سایه هایی را که هر شب لامپ اتاق ما روی دنیای او می اندازد می بیند. مثلا سایه گربه مان، سایه خودمان، سایه مهمان هایمان، و... می بیند این سایه ها با هم فرق دارند. شکلشان، اندازه شان، حرکتشان اما ماهیتش اجازه نمی دهد آنها را همان طور که هستند حس کند. حتی ممکن است گاهی این سایه ها برایش عجیب و غریب هم جلوه کنند. مثلا گاهی می بیند، دو تا از آن سایه ها لحظه ای در هم ادغام شدند و بعد از هم باز شدند! و این مثلا آن هنگامی است که ما چند لحظه ای گربه مان را بغل کردیم و بعد گذاشتیمش زمین. آیا این که آن موجودِ دو بُعدی نمی تواند این اتفاق را با درک شهودی خودش حس کند، و به نظرش عجیب و غریب می آید، اصل این اتفاق را رد می کند؟ ظاهرا اتفاقات دنیای کوانتوم هم به خاطر یک چنین چیزهایی است که نامعقول و عجیب و غریب جلوه می کند. اما یک چیز در تفسیر کپنهاگ هست که توضیح ریاضی ندارد. کلاپسِ ویو فانکشن در تفسیر کپنهاگ، تفسیر ریاضی ندارد. همین بود که تفسیر جهان های موازی را به وجود آورد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تفسیر کپنهاگ و درک شهودی برای این که تفسیر کپنهاگ خوب در ذهنمان جا بیفتد، و بعدا هم بتوانیم تفسیر جهان های موازی را خوب متوجه شویم، آن را به یک صورت دیگر هم شرح می دهم. این 6 تصویر فوق را ملاحظه کنید👆 عقل سلیم و درک شهودی می گوید: وقتی الکترونی درون یک جعبه ای است که از آنجا نمی تواند بیرون برود، در هر لحظه یک جای مشخصی در داخل آن جعبه دارد، حتی اگر ما جای آن را ندانیم. مثل تصویر A. تفسیر کپنهاگ می گوید: الکترون در این جعبه به شکل موج است و در هر لحظه در یک نقطه مشخص نیست بلکه در هر نقطه از داخل آن جعبه هست، مثل تصویر B . هنگامی که ما آن را در یک نقطه پیدا کنیم، ویو فانکش در تمام نقطه های دیگر متلاشی شده(کلاپس میکند) و فقط در آن نقطه متمرکز می شود؛ و در آن نقطه می شود صد درصد. مثل همان تصویر A. عقل سلیم یا درک شهودی می گوید: ما اگر بدون این که داخل آن جعبه نگاه کنیم، یک دیواره را درون آن بلغزانیم، به طوری که داخل جعبه را به دو قسمت مساوی تقسیم کند؛ آنگاه الکترون فقط در یکی از آن دو نیمه خواهد بود. مثل تصویر C . اما تفسیر کپنهاک می گوید: الکترون در هر دوی آنها خواهد بود. یعنی، بدون این که تقسیم شود، هم در این نیمه خواهد بود هم در آن نیمه، مثل تصویر D. این ویوفاکشن که در هر دوی آنها هست فقط آن موقع در یکی از آنها کلاپس میکند و در دیگری جمع می شود که ما بیاییم یکی از آنها را نگاه کنیم. منظور از نگاه کردن هم این است که یک آزمایش خاص دریکی از آنها انجام دهیم تا ببینیم الکترون را آنجا می توانیم پیدا کنیم یا نه. باری، وقتی یکی از آنها را نگاه کردیم دو حالت می تواند اتفاق بیافتد: یکی این که الکترون در همان نیمه باشد که نگاهش کرده ایم. آن وقت ویو فانکشن نیمه دیگر متلاشی می شود. چون الکترون را دیده ایم و درون همان نیمه دیده ایم که نگاهش کردیم. پس الان دیگر در نیمه دیگر نمی تواند باشد. حالت دیگر هم این که وقتی یکی از نیمه ها را نگاه کردیم، الکترون را داخل آن پیدا نمی کنیم. در این حالت، ویوفاکشنِ خود آن نیمه کلاپس می شود و در نیم ه دیگر جمع می شود. مثل تصویر C . تا وقتی که ما هیچ کدام از این دوتا نیمه را نگاه نکرده ایم، حتی اگر آن دوتا نیمه را از هم دور کنیم، باز هم الکترون در هر دوتای آنها هست. مثل تصویر E. حتی اگر این دوتا نیمه را به اندازه میلیاردها سال نوری هم از هم دور کنیم، ویو فانکشن آنها مساوی است. یعنی الکترون هم در این نیمه هست هم در آن نیمه. این ویو فانکش فقط وقتی در یکی از آنها متلاشی می شود که ما یکی از آنها را نگاه کنیم. مثل تصویر F . ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تصویر مرتبط به توضیحات فوق👆 ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تفسیر کپنهاگ تفسیر کپنهاگ سعی می کند مشکل اندازه گیری را به این صورت حل کند که: می آید دنیای کوانتوم و دنیای قابل مشاهد را از هم جدا می کند. می گوید ذرات دنیای کوانتوم از قوانین دنیای کوانتوم پیروی می کنند و اشیای قابل مشاهده، مثلا انسان و درخت و ستاره و وسایل آزمایش و اندازه گیری، از قوانین فیزیک کلاسیک. می گوید این دوتا دنیا مطلقا از هم جدا هستند. به خاطر همین وقتی ما در دنیای کوانتوم اندازه گیری انجام می دهیم، باعث می شویم ماهیت آن ذره ها تغییر کند. یک ذره اتمی، پیش از این که ما آزمایشی روی آن صورت دهیم، ویو فانکشن یا تابع موجی دارد که این ویو فانکشن، مجموعه ای است از حالت های مختلف. یعنی طبق آن ویوفانکشن، آن ذره مثلا در جاهای مختلفی هست، نه فقط در یک نقطه. اما تا ما می آییم و آزمایشی روی آن ذره انجام می دهیم، همه آن حالت ها از بین می رود و تبدیل می شود فقط به یک حالت. یا به زبان خود فیزیکدانها، ویو فانکشن کلاپس می کند و فقط در یک نقطه متمرکز می شود. کلاپس کردن یعنی رمبش یا متلاشی شدن. بنابراین، آنچه می دانیم که این کلاپس خود به خود صورت نمی گیرد. باید آزمایشی صورت بگیرد تا این کلاپس اتفاق بیفتد. گذشته از این، یک نفر هم باید باشد و نتیجه آزمایش را مشاهده کند تا این کلاپس اتفاق بیافتد. مثلا فرض می کنیم یک جعبه داریم که یک الکترون داخل آن هست. حالا می آییم یک دیواره را طوری داخل این جعبه می لغزانیم که فضای داخل جعبه را درست به دو قسمت مساوی تقسیم کند. طبق آنچه آزمایش های کوانتوم نشان داده است، حالا این الکترون هم در این نیمه هست هم در آن نیمه! برای این که ذرات اتمی در آنِ واحد می توانند در بیش از یک جا باشند. این را در آزمایش دو شکاف دیده ایم. باری، تا وقتی که یکی از این نیمه ها را باز نکرده ایم، آن ذره هم در نیمه راست هست، هم در نیمه چپ. اما وقتی یکی از آن نیمه ها را به شیوه های خاصی نگاه کنیم، آن وقت قضیه فرق می کند. آن وقت دیگر الکترون فقط در یکی از آنها خواهد بود. اگر بخواهیم این را به دنیای قابل مشاهده تعمیم دهیم، مثلا یک چنین چیزی است: درختی که در جنگلی می افتد، تا وقتی که یک نفر آن را ندیده است، آن درخت درواقع هم افتاده است، هم نیفتاده است. اما این در همین جا هم متوقف نمی شود. برای این که این معنی هم در آن هست: تا ما چیزی را نبینیم یا از طریق یک آزمایش آن را مشاهده نکنیم، آن چیز در عالم خارج وجود ندارد. ورنر هایزنبرگ، که از بزرگان تفسیر کپنهاگ بود، دقیقا همین را می گفت. او با تاکید تمام می گفت اشتباه است ما بیاییم بگوییم الکترون ها چه هستند. یا واقعیت آنها چیست. همه این چیزهایی که ما درباره آنها می گوییم، فقط از روی آن نتایجی است که در آزمایش ها می بینیم. بیهوده است بیاییم بگوییم آنها در فاصله دوتا آزمایش ما چه کار داشتند می کردند! این تفسیر به این خاطر به تفسیر کپنهاگ مشهور شده است که بیشتر طرفداران آن از فیزیکدانان انیستیتو فیزیک کپنهاگ بودند. نیلز بوهر این موسسه تحقیقاتی را راه انداخته بود و فیزیکدانان بسیاری از کشورهای مختلف را هم دعوت کرده بود و آنجا فعالیت می کردند. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

تفسیر ها فیزیکدان ها برای اصول کوانتوم فرمول ها و روش‌های ریاضی هم پیدا کرده اند و آنها را به خوبی با زبان ریاضی توضیح می دهند. فرمولی که شرودینگر پیدا کرده، تابع موج یا ویو فانکشن را برای هر حالت مجاز به راحتی حساب می کند. آن وقت از روی این ویوفانکشن خیلی راحت می شود گفت مثلا یک الکترون را در کجاها بیشتر می شود پیدا کرد و در کجا ها احتمال کمی دارد که پیدا شود. یعنی این احتمالات را هم برای هر نقطه و هر لحظه مشخص می کند. اما یک مسئله هست که هنوز توضیح ریاضی برایش نیست و آن به همین اندازه گیری مربوط می شود. وقتی آزمایشی صورت می گیرد که قرار نیست در آن آزمایش معلوم باشد ذره اتمی از چه مسیرهایی می رود نتیجه آزمایش یک جور است؛ اما به محض این که همین آزمایش را طوری انجام دهیم که ردی هم از مسیر الکترون باقی بماند، نتیجه آزمایش جور دیگری می شود! مثلا فرض می کنیم الکترونی را در یک اتاق تاریک از نقطه A رها می کنیم. اتاق تاریک یعنی اتاقی که اگر آنجا الکترونی از یک نقطه به نقطه دیگر برود هیچ ردی از مسیرش باقی نمی ماند. در این اتاق سه تا صفحه را طوری گذاشته اند که یکی از آنها در بالا قرار گرفته و دوتای دیگر پایین تر از آن و در این ور و آن ورش. به طوری که وقتی الکترون از نقطۀ A رها شد، می خورد به اول. بعد از روی اولی منعکس می شود. آن وقت یا ممکن است به دومی بخورد، یا به سومی. اگر به دومی بخورد، دوباره منعکس می شود و می رود به نقطه B ، اما اگر به سومی بخورد، باز هم منعکس می شود اما می رود به نقطه C. تجسمش نباید سخت باشد. باری، مثلا سی بار این الکترون را از نقطه A رها می کنند. می بینند مثلا بیست بار در نقطه B ظاهر شد، ده بار در نقطه C. بدون این که معلوم باشد هر بار چه مسیری را طی کرد و از A رفت به یکی از آن نقطه ها رسید. چون قرار نبود ردی از خودش باقی بگذارد. آن وقت می آیند کلک کوچکی می زنند. مثلا آن صفحه ها را طوری انتخاب می کنند که وقتی الکترون به آنها برخورد کرد، یک اثری از این برخورد باقی بماند تا مشخص شود این الکترون هر بار از چه مسیری رفت تا به مقصد رسید. مثلا این که هر کدام از صفحه ها را به یک فنر حساس وصل می کنند تا وقتی الکترون به صفحه برخورد کرد، آن فنر این برخورد را یک جورهایی ثبت کند. دو باره سی بار دیگر و هر بار یک الکترون را از نقطه A رها می کنند. می بینند نتیجه کاملا فرق کرد! این بار الکترون پانزده بار در نقطه B ظاهر شد، پانزده بار در نقطه C ! این را هنوز فیزیکدانها نمی توانند توضیح دهند! هیچ فرمول ریاضی هم نتوانسته اند برایش پیدا کنند. اینجاست که سوال هایی سر بر می آرد! آن هم نه فقط برای فیلسوفان، که اصلا هر چیزی برای آنها می تواند به سوال تبدیل شود؛ بلکه برای خود فیزیکدانان. خود آنها چطور با این مسئله کنار آمده اند؟ یا کنار می آیند؟ یا چطور آن را تفسیر می کنند؟ نظریات مشهوری برای تفسیر این مسئله هست. دوتای اینها خیلی مشهور و مهم است. یکی تفسیر کپنهاگ است، و دیگری تفسیر جهان های موازی. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢

چهار اصل کوانتوم بزبان ساده و کوتاه چهار اصل کوانتوم مرتبط است با: تابع موج حالت های مجاز احتمالات اندازه گیری حالا کم و بیش می دانیم هر کدام از این چهار اصل چه می خواهد بگوید. تابع موج هر چیزی که در دنیا هست، و به هر صورتی که هست، می تواند به صورت موج هم باشد. مثلاهر ذره اتم در همان حال که ذره است، موج هم هست. این در مورد هر جسم دیگر هم صدق می کند. حتی در مورد اجسام ماکروسکوپیک یا اجسام قابل مشاهده. منتهی چیزی که هست، چون این تابع موج از روی فرمولی به نام فرمول شرودینگر محاسبه می شود، هر چقدر جرم یک چیز بیشتر باشد، مقدار موج بودنش کم می شود. به طوری که وقتی این را برای اجسام قابل مشاهد حساب کنیم، این مقدار فوق العاده کم و به حد صفر نزدیک می شود. اما این موج یک معنای مهم هم دارد. این را باید خوب به خاطر بسپاریم. مثلا الکترونی را در داخل یک اتم در نظر می گیریم. این الکترون که به صورت ذره و موج است، ممکن است موجش در بعضی نقطه ها شدید باشد و در بعضی نقطه ها خیلی ضعیف باشد. هر جا که این موج شدید باشد، احتمال این که آن الکترون در آن جاها پیدا شود خیلی بیشتر است. هر جا هم که این موج ضعیف است، احتمال این که آن الکترون در آن جاها یافت شود خیلی کم می شود. و این که آن تداخلی که هر ذره اتمی با خودش ایجاد می کند و این را در آزمایش دو شکاف دیده ایم، خودش یعنی این که این ذره ها می توانند در آن واحد در جاهای مختلفی باشند. حالت های مجاز باز یک الکترون را در داخل یک اتم در نظر می گیریم. دیدیم که این الکترون فقط در حالت های مشخصی می تواند داخل آن اتم باشد. مثلا می تواند طوری باشد که فقط یک کوانتوم انرژی دارد؛ یا می تواند طوری باشد که فقط دو کوانتوم انرژی دارد. یا همین همین طور، می تواند در حالتی باشد که سه کوانتوم انرژی دارد، چهار کوانتوم انرژی دارد. اما نمی تواند در حالتی باشد که مثلا یک و نیم کوانتوم انرژی دارد! فقط در حالت های مشخصی مجاز است باشد. احتمال دیدیم که در دنیای کوانتوم هیچ چیزی قطعیت نداشت. مثلاً هیچ وقت نمی شود گفت فلان اتم رادیو اکتیویته که خود به خود متلاشی می شود، در چه لحظه ای متلاشی خواهد شد. این را فقط با احتمال می شود گفت. مثلا می شود گفت یک ساعت که بگذرد، پنجاه درصد احتمال دارد آن اتم متلاشی شود؛ پنجاه درصد هم احتمال دارد متلاشی نشود. یا می شود گفت نیم ساعت که بگذرد، بیست درصد احتمال دارد آن اتم متلاشی شود و هشتاد درصد هم احتمال دارد متلاشی نشود. یا مثلا در مورد الکترون، هیچ گاه با قطعیت نمی توانیم بگوییم که مثلا در فلان لحظه خاص در کجای اتم می تواند باشد. فقط می توانیم بگوییم مثلا سی درصد احتمال دارد در نقطه ‌A باشد و بیست درصد در نقطه B و پنج درصد در نقطه C و الی آخر. اندازه گیری با اندازه گیری هم کم و بیش آشنا هستید. آن تصویر تداخلی امواج، که در آزمایش دو شکاف دیدیم، معنایش این است که ذرات اتمی می توانند در آن واحد در جاهای مختلفی باشند. ناپدید شدن این تصویر و ظاهر شذن دوباره آن هم، که در آزمایش پاک کن دیدیم، حکایت از این می کرد که آزمایش یا اندازه گیری خودش یک فرآیند فعال در دنیای کوانتوم است. یعنی این که می تواند در تعیین نتیجه در آزمایشی که صورت می گیرد نقش داشته باشد. ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢