X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

کوانتوم و نسبیت دوست یا دشمن

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

هنگامیکه نور را با شرایط خاصی از دو شکاف عبور دهیم نقشی که برجا می‌گذرد مانند رفتاری است که موج از خود نشان میدهد(تداخل)حال اگر آزمایشی را با ذراتی چون الکترون انجام بدهیم و در این آزمایش بخواهیم بدانیم که یک الکترون از کدام شکاف می‌گذرد(خصلت ذره ای ماده) به فرض که قادر به دیدن الکترون و انجام این آ‎زمایش باشیم.
اگر ذرات را با آهنگ کندی به طرف شکافها شلیک کنیم با ظاهر شدن روی پرده می‌توانیم بفهمیم الکترون مورد نظر ما از کدام شکاف عبور کرده است در این صورت دیگر نقش تداخلی(که ویژه امواج است)درحالتی که الکترونها رابدون محدودیت به طرف شکافها شلیک می‌کردیم ایجاد نمی‌شود در این حالت ماتنها الکترون را ازجنبه ذره ای آن مورد بررسی قرار دادیم و خصلت موجی آنرا نمی‌توانیم ببینیم.ولی درصورتیکه نقش تداخلی الکترونها را روی پرده مورد مطالعه قرار دهیم تنها خصلت موجی آنها را مشاهده کرده‌ایم و دیگر نمی‌توانیم بگوئیم که الکترون شلیک شده از کدام یک از دو شکاف عبور کرده زیرا تنها موج است که می‌تواند با گذشتن از دو شکاف و سپس با ترکیب مجدد ایجاد تداخل نماید. بنابراین ما تنها می‌توانیم یا رفتار موجی تابش‌هاو ذرات را مشاهده کنیم یا رفتار ذره ای آنها را و قادر نیسیتم به هیچ عنوان این دو جنبه تابش و ماده را بطورهمزمان اندازه گیری و یا مشاهد کنیم.



۱۰- مشکل بزرگ

هنگامیکه نور را با شرایط خاصی از دو شکاف عبور دهیم نقشی که برجا می‌گذرد مانند رفتاری است که موج از خود نشان میدهد(تداخل)حال اگر آزمایشی را با ذراتی چون الکترون انجام بدهیم و در این آزمایش بخواهیم بدانیم که یک الکترون از کدام شکاف می‌گذرد(خصلت ذره ای ماده) به فرض که قادر به دیدن الکترون و انجام این آ‎زمایش باشیم.
اگر ذرات را با آهنگ کندی به طرف شکافها شلیک کنیم با ظاهر شدن روی پرده می‌توانیم بفهمیم الکترون مورد نظر ما از کدام شکاف عبور کرده است در این صورت دیگر نقش تداخلی(که ویژه امواج است)درحالتی که الکترونها رابدون محدودیت به طرف شکافها شلیک می‌کردیم ایجاد نمی‌شود در این حالت ماتنها الکترون را ازجنبه ذره ای آن مورد بررسی قرار دادیم و خصلت موجی آنرا نمی‌توانیم ببینیم.ولی درصورتیکه نقش تداخلی الکترونها را روی پرده مورد مطالعه قرار دهیم تنها خصلت موجی آنها را مشاهده کرده‌ایم و دیگر نمی‌توانیم بگوئیم که الکترون شلیک شده از کدام یک از دو شکاف عبور کرده زیرا تنها موج است که می‌تواند با گذشتن از دو شکاف و سپس با ترکیب مجدد ایجاد تداخل نماید. بنابراین ما تنها می‌توانیم یا رفتار موجی تابش‌هاو ذرات را مشاهده کنیم یا رفتار ذره ای آنها را و قادر نیسیتم به هیچ عنوان این دو جنبه تابش و ماده را بطورهمزمان اندازه گیری و یا مشاهد کنیم.این محدودیت‌‌ها مربوط به چیست به ذات طبیعت یا ناتوانی ذهن ما در خلق یک راه نو برای سنجش همزمان آنها؟

۱۱-اصل عدم قطعیت  Uncertainty principle) ≥  h/2   Δx Δp)\"\"

 پلانک و اینشتین به اندازه کافی موجب سردرگمی دانشمندان شده بودنند دانشمندانی که سالیان سال نور را در قالب یک موج می‌دیدند و با این موج هر کاری که می‌خواستند انجام میدانند حال اگر این موج از عهده حل معمای تابش جسم سیاه و اثر فوتوالکتریک برنمی‌آید نیاید اینها چیزهایی نبودند که ستونهای مستحکم دیدگاه موجی نور (تابش) را درهم بریزند ولی شاید دهه بیست قرن گذشته را بتوان زلزله بار ترین سالیان عمر فیزیک دانست در این دهه بود که مکانیک موجی و ماتریسی شرودینگر و هایزنبرگ شکل گرفت و طومار جبر نیوتنی درهم نوردیده شد اصل عدم قطعیت مانند شبحی خواب خوش دانشمندانی چون اینشتین و همکفرانش را آشفته ساخت و ابرهای تیره که بر زوایای پنهان دینای زیر اتمی سایه افکنده بود آرام آرام جای خود را به روشنای آمار و احتمالات سپردنند هر چند که این مبحث جدید از انحرافات چشمگیری نسبت به اصول عقل سلیم برخوردار بود ولی نتایج آن به طرز جالبی با واقعیت ها مطابقت داشت به طوری که اینشتین با تمام مخالفت‌های بنیادی که با این رویکرد جدید علمی داشت  بارها به توانمندی عملی آن اقرار نمود.
گفتیم که ماهیت دوگانه موجی- ذره‌ای هم برای تابش و هم برای ماده وجود دارد و ما نمی‌‌توانیم همزمان به کمک یک آزمایش هم ماهیت ذره‌ای وهم ماهیت موجی یک تابش یاذره ‌مادی رااندازه بگیریم گرچه به سادگی باصرفنظر کردن از یک خاصیت تابش یا ذره مادی می‌توان خاصیت دیگر آن را به دقت سنجید مثلا اگر بخواهیم بدانیم که فوتون از کدام یک از دو شکاف موجود در آزمایش تداخل گذر نموده است(چشم پوشی از ماهیت ذره‌ای فوتون) می‌توانیم بخوبی خاصیت موجی آن را مشاهده کنیم و اگر بدنبال فریزهای تداخلی نباشیم(چشم پوشی از ماهیت موجی فوتون)  می‌توانیم تشخیص دهیم فوتون مورد نظر ما از کدام یک از شکاف ها گذشته است (خصلت ذره‌ای)
 
 این موضوع یعنی دوگانگی موجی –ذره‌ای ((Wave-particle duality تابش های الکترومغناطیس و ماده موجب شده است تا با تدبیرزیرکانه هایزنبرگ اصل عدم قطعیت برمبنای آن شکل بگیرید و باب جدیدی را بردنیای زیر اتمی را بگشاید.

سال ۱۹۲۶ سال تعیین کننده برای مکانیک کوانتومی بود اروین شرودینگر با طر\"  ErwinSchrödinger\"ح مکانیک موجی خود و ورنرهایزنبرگ با ارائه مکانیک ماتریسی سنگ بنای این علم نوین را بنا نهادنند، شرودینگر با تدوین مکانیک موجی توانست تابع موج یک ذره مانند الکترون را به کمک معادله خود مشخص کند این تابع موج تا حدود زیادی از اصل موجبیت یا جبر نیوتونی پیروی می‌کرد.ماباحل معادله شرودینگر( Schrödinger equation) می‌توانستیم با تعیین نیروی وارد برذره (الکترون) تابع موج آن ذره را که رفتار آینده آن رامشخص می‌کند بدست بیاوریم این تقریبا شبیه آن چیزی است که فیزیک کلاسیک برای پیش بینی رفتار یک ذره یا موج به کمک قوانین نیوتن یا معادلات ماکسول با دانستن وضعیت کنونیش به دست می‌آورد بود. معادله شرودینگر که برای تعیین رفتار موجی ذره درنظر گرفته شد معجونی از فیزیک کلاسیک ونظریه‌های جدید (که صحت آنها به کمک آزمایش تایید گردید) بود در این معادله اصل پایستگی انرژی ماهیت دوگانه‌ ذره‌ای – موجی ماده بر اساس فرض دوبروی اصل برهم نهی امواج نظیر امواج صوتی و الکترومغناطیس رعایت شده است این معادله مستقل از زمان و یک بعدی است مجذور  تابع موج به ما کمک می‌کند تا بتوانیم موقعیت یک ذره مانند الکترون را با احتمال بسیار زیاد در محل معینی از فضا تعیین کنیم.کاری که شرودینگر انجام داد شبیه کاری بود که نیوتون و ماکسول انجام دادند و آن قراردادن وقایع مشاهده شده در یک چارچوب ریاضیاتی بود نیوتون و ماکسول تنها برای مسائلی که مشاهده می‌شدند قانون وضع نمودنند و این قوانین به خوبی کار خود را انجام میدادند شرودینگر نیز با استفاده از مفاهیم جدید و تازه کشف شده و با ترکیب آنها با یافته‌های پیشین توانست یک قالب به صورتیکه ناقص اصل علیت نباشد برای آنها تدوین نماید ولی این هایزنبرگ بود که به کلی بنیان این اصل را درهم ریخت و رابطه علت و معلولی را که پیش از این برای رویدادهای فیزیکی تدوین شده بود به عدم قطعیت و تردید مبدل نمود. اصل عدم قطعیت یکی از جنجالی ترین اصول مکانیک کوانتومی است این اصل بیان میدارد تعین دقیق مکان و تکانه (اندازه حرکت) یک ذره به طور همزمان غیر ممکن است و حاصل ضرب این عدم قطعیت‌ها در مکان و اندازه حرکت ذره همواره کمتر یا مساوی ۱٫۰۵*۱۰-۳۴ ژول ثانیه است. کوچکی این مقدار به ما می‌گوید که باید در ذرات زیر اتمی بدنبال عدم قطعیت باشیم نه در ذرات ماکروسکوپی و بزرگ گرچه آنان نیز از اصل عدم قطعیت پیروی می‌کنند ولی مقدار آن در مقابل اندازه جسم چنان ناچیز است که قابل صرفنظر کردن می‌باشد مثلا یک توپ بیس بال به جرم ۱۴۵ گرم که با سرعت ۵/۴۲ متر برثانیه حرکت می‌کند در صورتی که بتوان سرعت آن را با دقت یک درصد اندازه گرفت تکانه آن از عدم قطعیتی معادل ۶٫۱۶*۱۰-۲ کیلوگرم در متر برثانیه و بدنبال آن مکان نیز از عدم قطعیت مکان ۱٫۷*۱۰-۳۳ متر(چیزی در حدودهزار میلیارد میلیارد میلیاردیم یک میلیمتر) برخوردار خواهد بود که نسبت به اندازه توپ بیس بال بسیار بسیار ناچیز می‌باشد. ولی در مورد فوتون و ذرات بنیادی و زیر اتمی دیگر جایز نیست که ما از عدم قطعیت‌ها در مکان و تکانه چشم پوشی کنیم چرا که مقدار عدم قطعیت ها درمقابل اندازه ذره چشمگیر و قابل توجه می‌باشد.اگر در آزمایش پراش، قطر روزنه که فوتون از آن می‌‌گذرد را بعنوان عدم قطعیت درمکان ذره وپهنای نقش پراش که روی پرده ایجاد می شود را به عنوان عدم قطعیت در تکانه و اندازه حرکت فوتون بدانیم در صورتی که بخواهیم  عدم قطعیت در مکان ذره  را کاهش دهیم تا با اطمینان بیشتری از مکان فوتون آگاهی یابیم باید قطر روزنه راکم وکمتر کنیم ، در اینجا ما اگر بتوانیم ذرات را مشاهده کنیم با برخورد آنها به پرده می‌توانستیم اندازه حرکت آنها را نیز بدست بیاوریم ولی همین کوچک کردن قطر روزنه یا شکاف موجب می‌شود پهنای نقش پراش که بیانگر جنبه موجی نور است افزایش یابد ، ظهور این ماهیت از ماده ما را در تعیین اندازه حرکت ذر ه با یک عدم قطعیتی گریز ناپذیر روبرو می‌کند که برای برطرف کردن آن باید از پهنای نقش پراش بکاهیم برای اینکار باید قطر روزنه یا شکاف را افزایش دهیم همین افزایش قطر شکاف موجب ایجاد عدم قطعیت در مکان ذره مورد نظر (فوتون) خواهد شد با یک آزمایش فکری بهتر می‌توان به اصل عدم قطعیت پی برد.\"WernerKarlHeisenberg\"
 فرض کنید می‌خواهیم سرعت حرکت یک الکترون و جای آن را در یک لحظه معین در اطراف هسته حساب کنیم برای این کار باید قادر به دیدن الکترون باشیم اگر دستگاهی بتواند قدرت دید ما ر ا تا حد دیدن یک الکترون بالا ببرد در این صورت برای تشخیص دقیق مکان الکترون باید پرتو نوری را با طول موج کوتاهتر به آن بتابانیم و چون برخورد این پرتو به الکترون باعث انتقال انرژی به آن می‌‌شود این انرژی منتقل شده سرعت حرکت الکترون را افزایش می‌دهد و ما برای تعیین سرعت الکترون و بدنبال آن برای تعین تکانه آن با یک عدم قطعیتی مواجه می‌شویم برای اینکه این عدم قطعیت را به حداقل کاهش دهیم باید پرتوی نوری که برای تشخیص مکان الکترون بکار می‌بریم از انرژی کمتری (طول موج بیشتری) برخوردار باشد.
 این کاهش انرژی پرتو نور سبب ایجاد یک عدم قطعیتی در تعیین مکان الکترون می‌شود که با کاهش انرژی پرتو نور این عدم قطعیت در مکان الکترون افزایش می‌یابد( هرچه طول موج نور تابیده شده به یک جسم کوتاهتر باشد جزئیات آن جسم بهتر مشخص می‌‌شود.) وما قادر نخواهیم بود با دقت مورد علاقه‌مان جای الکترون را در یک محدوده معین از فضای اطراف هسته معین سازیم. اصل عدم قطعیت نه تنها تعیین همزمان مکان و تکانه ذره را با دقت نامحدود غیرممکن می‌سازد بلکه تعیین همزمان انرژی و مختصه زمان ذره را نیز با دقت نامحدود محال می‌داند.همان گونه که در مکان و اندازه حرکت یک ذره مانند الکترون عدم قطعیتی گریز ناپذیر وجود دارد در انرژی یک ترازتشدید نیز عدم قطعیت وجود دارد این بدان معناست که اگر دستگاه مورد نظر در زمان کمتری در یک تراز تشدید بماند محاسبه انرژی آن تراز از دقت کمتری برخوردار خواهد بود اگر بخواهیم عدم قطعیت در انرژی را کاهش دهیم باید اتم مدت بیشتری در آن تراز تشدیدبماند که در آن صورت عدم قطعیت در اندازه گیری زمان افزایش می یابدبنابراین اصل عدم قطعیت دقت در اندازه گیری  انرژی را نیز محدود می سازد.

۱۱-۱-  طبیعت و عدم قطعیت

در سال ۱۹۳۵ میلادی یوکاوا دانشمند ژاپنی برای توجیه پایداری هسته و به منظور نشان دادن بر هم کنش بین نوکلئون ها ی آن نیرویی پیشنهاد نمود که از بردی در حدود یک فمتومتر(۱۰^-۱۵ متر) برخوردار بود و جرم ذرات میدان که نقش انتقال این نیرو رابر عهده دارند را ۲۰۰مگا الکترون ولت تخمین زد ذرات پیشنهادی یوکاوا مزون (متوسط) نامیده شدند چرا که جرم ذره فرضی او حد واسط بین جرم ذرات شناخته شده سبک (الکترون ) و نوکلئون های سنگین بود در سال۱۹۴۷ میلادی یعنی دوازده سال بعد یک فیزیکدان انگلیسی به نام سسیل پاول با مطالعه پرتو های کیهانی این مزون را که به پیون معروف است کشف نمود. برد این ذره را می توان به طرز جالبی با استفاده از اصل عدم قطعیت در انرژی بدست آورد بر اساس اصل عدم قطعیت ، یک ذره مجازی تا زمانی که t بزرگتر از آنچه که این اصل مجاز می شمارد نباشد می تواند بوجود آید و برای مدت زمان t دوام داشته باشد انطباق جالب برد ذره مزون P بدست آمده از محاسبات یوکاوا با نتایج حاصل از رابطه عدم قطیعت در انرژی گواهی بر تایید تجربی این اصل می‌باشد.

۱۲-پیامدهای فیزیک کوانتومی\"\"

هر نظریه جدید خواه ناخواه با خود یکسری نگرشهای جدید نسبت به عالم به ارمغان میاورد چنانچه نسبیت جهان کوچک ما ر ا وسعت بخشید وافق محدود عالم ما را تا میلیاردها سال نوری گسترش داد سکون را از عالم ما گرفت و برای خلقت آن، نقطه آغاز متصور گردید زمان مطلق را که ا ز ازل تایم شده بود و قرار بود تا ابد تیک تاک کند را درهم شکست و سرعت‌ها را که فیزیک کلاسیک رها کرده بود سامان داد و درچارچوب سرعت نور مهار کرد فیزیک کوانتومی نیز با خود همانند نظریه نسبیت دیدگاههای جدیدی نسبت به عالم نه با مقیاس نسبیت بلکه در مقیاس بسیار کوچکتر (اتمی و زیر اتمی) ارائه نمود .ما که از دنیای کلان با فیزیک کلاسیک و نسبیت آگاهی رضایت بخشی کسب نمودیم تا قبل از پیدایش مکانیک کوانتومی تنها الکترون و هسته را می‌شناختیم آن هم در حد یک شناخت سطحی ویکسری روابط دست وپا شکسته که اوج آنها روابطی بود که بوهر فیزیکدان دانمارکی با زیرکی از تلفیق فیزیک کلاسیک با اصول موضوعه خود به آنها دست یافت گرچه این روابط طیف حاصل از اتم هیدروژن را به خوبی توجیه می‌کرد ولی عملا برای سایر اتم‌های سنگین‌تر ناکارآمد وبی‌استفاده بود.فیزیک کوانتومی با پیدایش خود سه بمب اتم بر سرعالم فرو ریخت دوتای آنهادر ژاپن و سومی بر تفکر فلسفی فیزیکدانان .برای فیزیکدانانی که صدها سال با جبر نیوتنی یا اصل علیت خوگرفته بودند و وقوع هر معلولی را به یک علت خاص ربط می‌دانند بسیار بغرنج بود که دست از این تفکر بردارند چرا که این تفکر بخوبی با وقایع دنیایی قابل مشاهده منطق بود.گردش زمین تنها معمول نیروی گرانشی است که خورشید برآن وارد می‌کند، انحراف نور ستارگان دور دست از یک مسیر مستقیم، تنها معلول انحنای فضا – زمان است. پدیده تداخل معلول رفتار موجی نور می‌باشد و دامنه این تفکر جبری به جائی رسید که لاپلاس ریاضیدان فرانسوی بیان نمود که حالت جهان معلول گذشته آن و علت آ‌ینده آن است. این تفکر به ما می‌گوید که با آگاهی از موقعیت کنونی زمین و خورشید نسبت بهم و سرعت چرخش زمین بدور خورشید می‌توان کسوف‌های آینده را دقیقا مشخص نمود حرکت سیارات وحتی ستارگان دنباله دار را با دقت فوق العاده تعیین کرد. بنابراین همه چیز از جبر نیوتنی یا اصل موجبیت یا علیت پیروی می کرد ولی به یکباره پیدایش فیزیک کوانتومی با اصل عدم قطعیتش همه چیز را بهم ریخت وسایه تردید و احتمال را بر دنیای زیر اتمی مسلط ساخت.غیر قابل پیش بینی بودن برخی از وقایع – تاثیر روش های اندازه‌گیری بر روی سیستمهای مورد آزمایش- ناتوانی مطلق دراندازه گیری همزمان متغیرها‌ی مکمل(چون تکانه و مکان ذرات یا خاصیت موجی و ذره‌ای فوتون) از جمله پیامدهای فیزیک کوانتومی بود. این فیزیک جدید به ما می‌‌گوید نمی‌توان با قطعیت مسیر یک ذره‌ای را بادانستن تمامی حالات کنونیش پیش‌بینی کرد، ما هرگز نمی‌توانیم بفهمیم در پدیده تداخل الکترون مورد نظر ما از کدام یک از دو شکاف دستگاه عبور کرده است.فیزیک کوانتومی همانند فیزیک کلاسیک و نسبیت این اجازه را به ما نمی‌دهد که با دانستن حالت کنونی یک سیستم با قطعیت از آینده آن صحبت کنیم.همه جا صحبت ازمیانگین‌ها و احتمال هاست و همین موضوع بود که اینشتین را وادار به بیان این جمله کرد : خدا هرگز تاس نمی‌اندازد ولی آیا طبیعت به راستی فرمانبردار مطلق خداست؟. آیا یک اتم اورانیوم هنگامی متلاشی می‌شود که از خدا فرمان بگیرد؟ و یا یک فوتون هنگام رسیدن به سر دو راهی شکاف‌ها منتظر فرمان خدا می‌ایستد که از کدام یک از شکاف‌ها بگذرد و بهمین خاطر ما قادر به تعیین محل آن نیستیم؟ یا اینکه طبیعت بعد از ساخته شدن توسط خدا رها شده است که ذرات آن هر گونه که دلشان بخواهند رفتار کنند این تفکر که نمی‌توان با قطعیت از رفتار آینده یک سیستم صحبت کرد و این اندازه‌گیری‌ها است که به پدیده‌ها رنگ واقعیت می‌بخشد به تفکر کپنها گی(  ( Copenhagen interpretation معروف است که بوهر سردمدار آن بود.این تعبیر از جهان اطراف ما به ما می‌گوید که تصور مکان و تکانه مشخص برای یک ذره همانند الکترون تا موقعیکه اندازه‌گیری نشده‌اند بی معناست در این اندازه گیری شی و دستگاه اندازهگیری توامان نتایج حاصل از اندازه‌‌گیری را مشخص می‌کنند.\"\" ولی آیا می‌توان پذیرفت که فرآیند اندازه‌گیری می‌تواند روی جهان تاثیر بگذارد آیا شلیک یک گلوله تا موقعی که گوشی صدای آن را نشنیده است(به عنوان دستگاه اندازه گیری) دارای صدا است آیا یک الکترون دارای بارالکتریکی است یا اینکه این دستگاه اندازه‌گیری است که برای الکترون باری مشخص در نظر می‌گیرد. کوانتوم فرآیند اندازه گیری را مختل کننده و تاثیرگذار فرض می‌کند تا جائیکه بوهر بانی تفکر کپنهاگی بیان می‌دارد که خواصی مانند ماهیت موجی یا ذره‌ای یک فوتون یا الکترون یا بار الکتریکی ، تکانه ، محل و سرعت یک ذره، تا هنگامی که اندازه‌گیری نشده‌اند وجود ندارد یا غیر واقعی هستند به عبارت کلی تر یک سیستم کوانتومی فاقد خواص است .اینشتین  به واقعیت عینی معتقد بود،  اینکه جهان فیزیکی مستقل از هر نوع فرآیند اندازه‌گیری است، و به این موضوع ایمان راسخ داشت. به عبارتی او تاثیر گذاری فرآیند اندازه گیری را بر پدیده‌های فیزیکی مردود می‌دانست و معتقد بود که ذرات زیر اتمی دارای وجودی مستقل از اندازه‌گیری هستند براستی آیا فیزیک کوانتوم آن گونه که اینشتین اعتقاد داشت ناقص است؟ ولی نتایج تمام آزمایشات به خوبی با محاسبات فیزیک کوانتومی مطابقت دارند گرچه فیزیک کوانتومی از پیش بینی رفتار یک فوتون یا یک هسته اتم رادیواکتیو به تنهایی عاجز است ولی به خوبی رفتار گروهی این ذرات را پیش بینی می‌کند. فیزیک کوانتومی نه تنها قادر به توصیف رفتار ذرات زیر اتمی است بلکه با تعمیم آن می‌‌توان رفتار اجرام ماکروسکوپی همانند یک توپ تنیس یا یک جسم قابل مشاهده دیگر را تعیین نمود و همین عامل موجب شده است تا فیزیکی کوانتومی را یک نظریه بنیادی که رفتار جهان را توصیف می کند در نظر بگیریم همانند فیزیک کلاسیک و نسبیت.  
پیامدهای فلسفی این علم جدید را می‌توان به گردن بوهر انداخت. بوهر به جای تکمیل و رفع نواقص آن که از دید اینشتین و حامیان او( EPR paradox )مطرح می‌گردید با قاطعیت شروع به دفاع فلسفی از این ایده جدید نمود او پدیده تکمیل یا اصل مکملیت( Principle of Complementarity) را که مبتنی بر اصل عدم قطعیت‌هایزنبرگ بود را برای تاثیر اندازه گیری بر سیستم کوانتومی مطرح کرد. بر اساس این اصل، اندازه گیری خاصیتی از یک سیستم است و درهنگام اندازه گیری یک خاصیت از یک سیستم اطلاعات مادر مورد سایر خاص آن سیستم از بین می‌رود مثلا اگر بنا باشد خاصیت موجی نور را اندازه گیری کنیم اطلاعات ما در مورد خاصیت ذره ای آن به کلی از میان می رود. همچنین در تعبیر کپنهاگی واقعیت تا هنگامی که اندازه‌گیری نشود وجود ندارد بر همین اساس تصور بار و تکانه و… برای یک الکترون تا هنگامیکه این کمیت‌ها اندازه‌گیری نشوند بی‌معنا خواهد بود در سال گذشته یک جوان ایرانی بنام پرفسور شهریار صدیق افشار با انجام آزمایشی بربخشی از اصل مکملیت بوهر خط بطلان کشید و سلطۀ هشتاد سالۀ آ‎ن بر فیزیک کوانتومی را در معرض تزلزل و تباهی قرار داد.
 

۱۳-‎آزمایش افشار (  Afshar experiment)\" پرفسور

بور در طول شکل گیری فیزیک کوانتومی بی مهابا از آن جانبداری می‌کرد هر جا به بن بست می‌رسید یا توسط منتقدان فیزیک کوانتمی به چالش کشیده می شد با بنا نهادن یک اصل فلسفی از ایده کوانتومی دفاع میکرد. وقتی سال ۱۹۳۵ اروین شرودینگر آزمایش گربه را پیش کشید( این آزمایش فکری به آزمایش گربه شرودینگر(Schrödinger\’s cat ) نیز معروف است) و در آن مسئله تاثیر اندازه‌گیری بر یک سیستم و اینکه چگونه صرف مشاهده می‌تواند زندگی یا مرگ گربه را رقم بزند، تناقض موضوع فرآ‎یند اندازه‌گیری در فیزیک کوانتومی را با درک عمومی بر ملا ساخت ولی این ادعا که اندازه‌گیری بر روی یک سیستم کوانتومی تاثیرگذر است جزء لاینفک فیزیک کوانتومی است که تاکنون هیچ آزمایشی آنرا نقض ننموده است ولی این موضوع که اندازه‌گیری خاصیتی از یک سیستم اطلاعات ما را در مورد سایر خواص آن سیستم از بین می‌برد.در ژوئیه ۲۰۰۴ با اعلام نتیجه آزمایشی که پروفسور افشار از دانشگاه روان انجام داد به چالش کشیده شد ایده ناتوانی در اندازه‌گیری همزمان متغیرهای مکمل که از اصل مکملیت بوهر استنتاج می‌شود به طرز جالبی توسط آزمایش افشار رد شده است.افشار طی انجام یک آزمایش به طور عملی موفق شد که همزمان ماهیت موجی و ذره‌ای نور را مورد اندازه‌گیری و مشاهده قرار دهد. نتیجه این آزمایش به طور آشکارا با اصل مکملیت در تناقض است بنابراین هواداران تعبیر کپنهاگی یا باید نتیجه این آزمایش را در قالب اصل مکملیت توجیه نمایند یا دست از حمایت از این اصل بردارند ولی آنگونه که مشخص است شق دوم محتمل تر به نظر می‌آید بر همین اساس تاریخ باردیگر درحال تکرارشدن است و نیمه اول قرن بیست ویکم همانند نیمه اول قرن بیستم شاهد جدل‌های تازه‌ای بین هواداران تعبیر کپنهاگی و هواداران واقعیت عینی (اینشتین نیز به واقعیت عینی معتقد بود و عقیده داشت که واقعیت‌ها مستقل از اندازه‌گیری هستند) خواهد بود.

 14-آیا مکانیک کوانتومی یک نظریه کامل است؟

مکانیک کوانتومی به خوبی ما را در درک هرچه بهتر از ساختار وخواص اتمها ، مولکولها ، جامدات و رفتار ذرات زیر اتمی یاری داده است و هدایای گرانقدری نیز به ما اعطا نمود ترانزیستور-لیزر-تلویزیون-کامپیوتر – میکروسکوپ الکترونی – انرژی هسته‌ای و… همه و همه نتایج فیزیک کوانتومی است فیزیکی که بر پایه عدم قطعیت، احتمال ، میانگین و آمار بناشده است. نظریه کوانتومی که توسط پلانک و اینشتین ساخته و پرداخته گردید باسایه انداختن دیدگاه احتمال و عدم قطعیت برآن موجب نارضایتی و دلسردی اینشتین شد وراهش را از سایرین جدا کرد چراکه طرز فکری که نسبیت‌‌ها از آن تراوش کرده بودنند این اجازه را به اینشتین نمی‌داد که جهان عینی و علّی را رها کند و درسایه تردید و تزلزل در پی کشف حقایق عالم برآید ولی شاید اینشتین درست اندیشیده بود و این بوهر وهمفکران او بودند که در بکارگیری و تعمیم اصل عدم قطعیت راه را به بیراهه رفتند. همان طور که برای توجیه پدیدهای عالم ماکروسکوپی فیزیک کلاسیک به تنهایی ناقص و نارسا است شاید برای بررسی تمام جوانب عالم زیر اتمی فیزیک کوانتومی نیز به تنهایی کافی نباشد و آنجا که فیزیک کوانتومی دراندازه گیری همزمان تکانه و مکان ذره به بن بست می‌رسد شاید برای رهایی از این بن بست نمی‌بایست از اصل عدم قطعیت استفاده می‌کردیم بلکه باید مکانیک کوانتومی را کامل یا اصلاح می‌نمودیم یا با خلق روشهای نوین در رفع این معضل برمی‌آمدیم وبدین گونه با تدوین نظریه‌ای جدید از اتهام طبیعت به سردرگمی و دو شخصیتی (یک شخصیت علّی در توجیه وقوع رویدادهای ماکروسکوپی و دیگری شخصیت غیر قابل پیش‌‌بینی و غیر قطعی در رویدادهای زیر اتمی ) پرهیز می‌کردیم.
ولی در حال حاضر فیزیک کوانتومی با سرعتی متحیر کننده مسیر ترقی و شکوفایی خود را می‌پیماید بی‌آنکه درجاده هموار خود با مشکل مواجه شود. و تا موقعی که مشکلی ایجاد نشود( همانند مشکلات موجود در فیزیک کلاسیک که زمینه را برای تولد نظریه‌های نسبیت و کوانتوم فراهم نمود) دانشمندان نیازی به خلق نظریه‌ائی جدید یا ایجاد تغییری درآن نمی‌بینند.

 15- نگاهی به آینده

نسبیت و کوانتوم به خوبی نشان میدهند که اگر بخواهیم از اسرار درونی عالم آگاه شویم چه در ریزترین اجزاء آن و چه در بزرگترین اجسام آن(کهکشانها) باید دالان های پیچ در پیچ زیادی را طی کنیم، نسبیت عام ، اصول و معادلات فیزیک کوانتومی بردشواری این مسیر دلالت دارند ولی چیزی که مسلم است این است که هرچه به عمق این اسرار نفوذ می‌‌‌کنیم عدم قرابت و همخوانی آنها با عقل سلیم بیشتر می‌شود و شاید از ترکیب همین تضادهاست که واقعیت‌های قابل مشاهده شکل می‌گیرند و طبیعت در ظاهر (فیزیک کلاسیک) چنین ساده‌ وبی آلایش به نظر می‌رسد.
 شاید این گونه نیز نباشد و ما لقمه را دور سر خود پیچانده‌ایم اگر روزی انسان موفق به خلق یک نظریه‌ای شود که همه چیز را از اتم تا انحنای فضا- زمان تا خلقت عالم و حرکت با سرعت‌های فوق العاده و…را توضیح دهد آن هنگام خواهد بود( که ما می‌توانیم در مورد رفتار طبیعت قضاوت کنیم و او را به سادگی یا پیچیدگی متهم سازیم.ناتوانی نسبیت در تراکم های  فوق العاده زیاد ماده و انرژی (لحظه‌ آغاز خلقت کائنات و سیاهچاله‌ها) عدم توانایی فیزیک کوانتوم در پیش بینی رفتار یک ذره در مقیاس زیر اتمی به تنهایی و عدم آگاهی از ماهیت برخی از ذرات زیر اتمی (مانند نوترینو) ناتوانی نظریه‌‌های فعلی در آشکار ساختن وقایع ورویدادهای نخستین خلقت و بی اطلاعی از ماهیت برخی از پدیده‌های موجود در عالم همانند ماده تاریک و انرژی تاریک و برخی دیگر از معماهای کنونی همه وهمه به طور آشکار ناقص بودن نظریه‌های امروزی را نشان میدهند.گرچه نسبیت خاص و عام و فیزیک کوانتومی و کلاسیک مشکلات عدیده‌ای از پیش‌پای بشر برداشته‌اند و هرکدام مانند یک چراغ مسیر تاریک حرکت بشر را روشن نمودنند و رسیدن او را به جایگاه امروزی موجب شدند ولی برای گذر از مسیر پر رمز و راز و صعب العبور امروزین ما نیاز به یک نورافکن داریم نور افکنی که تمام زوایای پنهان طبیعت را روشن سازد و از ریزترین جزء طبیعت تا بزرگترین آنها را پوشش دهد ، دور نیست که این خواسته بشر با اتکا به اراده وهوشی که در او نسبت به سایر جانوارن وجود دارد عملی گردد.

۱۶ –  منابع

منابع داخلی – سیرتکاملی ساختمان اتم- فیزیک پایه جلد ۴ – فیزیک کوانتومی – فراسوی اینشتین – فیزیک کوانتومی خیال یا واقعیت- فیزیک هسته ای – …

ارسال نظر