مجید، محمدی

دانشجوی کارشناسی فیزیک حالت جامد


مقدمه

قبل از خواندن این مقاله سعی کنید به این پرسش پاسخ دهید؛ از کجا می دانید هم اکنون که در حال خواندن این متن  هستید ماه در آسمان وجود دارد؟

شاید در نگاه اول این پرسش کاملاً بی معنی به نظر برسد اما اجازه دهید با هم یک فرض ساده را بررسی کنیم.

فرض کنید در یک شب صاف و مهتابی به صحنه ی آسمان خیره شده اید و نظاره گر آرایش با شکوه ستاره ها، گذر شهاب سنگ ها، و پرتو افشانی نقره ای رنگ ماه هستید. سپس برای لحظاتی سر خود را پایین می آورید و مثلاً مشغول نوشتن مطالبی ( شاید در مورد زیبایی های ماه ) بر روی کاغذ می شوید.

حالا سوال شیطنت آمیز من این است؛ چگونه می توانید مطمئن شوید زمانی که سرتان پایین است و مشغول نوشتن مطالبتان هستید ماه از صفحه ی اسمان حذف نگردیده است؟

شاید خیلی سریع پاسخ دهید  خوب دوباره به آسمان نگاه می کنیم در این صورت معلوم می شود که ماه دست نخورده سر جایش قرار دارد. شاید هم کمی محتاط تر به این پرسش پاسخ دهید؛ فیلم برداری از ماه در لحظاتی که سرتان پایین است. اما اگر بگویم هیچ کدام از این ترفندها نمی تواند راه حل این معما باشد به احتمال زیاد شگفت زده خواهید شد در واقع پاسخی که فیزیک امروز به این پرسش می دهد این است که حقیقتاً هیچ راهی برای مطمئن شدن در اینباره وجود نداد!!

اندازه گیری و واقعیت

 

علم فیزیک با تمام گستردگی هایش در نهایت مبتنی بر اندازه گیری جهان پیرامون ماست و این عامل نقش عمده ای در پیشرفت فیزیک به عهده دارد. به عنوان مثال بخش عظیمی از اکتشافات و پیشرفت های نجوم مرهون ابزار های انداره گیری است که طی قرون مختلف توسط دانشمندان گوناگون ساخته و به کار گرفته شده است. [1]

دردنیای ماکروسکوپیک وقتی از اندازه گیری صحبت می کنیم منظور کاملاً روشنی داریم، برآورد کمیتی که مقدار آن برای ما حائز اهمیت است. اما آیا تا به حال به مکانیسم اندازه گیری یک کمیت مثل قد یک انسان فکر کرده اید؟

فرض کنید می خواهید قد دوست خود را اندازه بگیرید در این صورت وضعیت ایستادن او به نحو چشم گیری در مقدار این اندازه گیری تاثیر خواهد داشت. نحوه ی اندازه گیری شما، قرائت اعداد و نوع وسیله ای که با آن این کار را انجام می دهید هر یک به نحوی در نتیجه حاصله نقش خواهند داشت، اما چیزی که در این میان کمتر مورد توجه قرار میگیرد این است که اندازه گیری قد دوست شما با هر وسیله و در هر شرایطی که انجام شود، در نهایت باید بین وسیله اندازه گیری و فرد مورد نظر یک برهمکنش صورت گیرد.

مثلاً اگر وسیله ای را روی سر دوست خود قرار دهید تا عدد مربوط به قد او را مشاهده کنید این برهمکنش چیزی نیست به جز نوری که از سر دوستتان به چشم شما می رسد، یعنی برهمکنش فوتون با سر.


ورود به دنیای کوانتوم

 

تا قبل از ظهور نظریه کوانتوم، بررسی این مسائل هیچ مشکلی برای فیزیکدان ها ایجاد نمی کرد زیرا این برهمکنش ظاهراً هیچگونه تاثیری در مقدار اندازه گیری ها نداشت. اما آیا در حوزه فیزیک کوانتوم یعنی دنیای میکروسکوپیک هم وضع به همین صورت است؟

برای نگاه کردن[2] به یک الکترون باید آن را وادار کنیم تا با فوتون برهمکنش نماید، از آنجا که انرژی و اندازه ی ابزار اندازه گیری ( یعنی فوتون ) با جسم مورد بررسی ( یعنی الکترون ) به طور تقریبی در یک مرتبه قرار دارد بنابراین این اندازه گیری تاثیری فوق العاده چشم گیر بر روی شی مورد نظر خواهد داشت و به طور ویرانگری کمیت مورد نظر ما را نسبت به وضع اولیه اش دگرگون خواهد نمود.

این دنیای کوانتوم است، جهانی که در آن قوانین طبیعت به طور شفافی خود نمایی می کنند، جهانی که در آن کوچکترین آشوب ها به بزرگترین انحراف ها خواهد انجامید.

البته باید توجه کرد مسئله اندازه گیری و اصل معروف به عدم قطعیت هایزنبرگ که به طور ویژه ای برای دقت اندازه گیری ها محدودیت قائل می شود،با موافقت و استقبال همه ی فیزیکدانها روبرو نبود.

"آلبرت اینشتین" یکی از مخالفان سرسخت تعابیر آماری کوانتوم و اصل عدم قطعیت بود. مباحثات او و "نیلز بور" دانمارکی بخش جذابی از تاریخ تکوین فیزیک معاصر را تشکیل می دهد.

"اروین شرودینگر" نیز چندان از تعابیر آماری مکانیک کوانتوم راضی نبود. با اینکه می توان او را یکی از بنیانگذاران اصلی کوانتوم به حساب آورد ولی شرودینگر با طرح آزمایش ذهنی مشهور به "گربه شرودینگر"[3] کوشید به متن تناقضات موجود حمله نماید.در این آزمایش نگاه کردن به گربه می تواند وضعیت زنده یا مرده بودن آن را تعیین نماید!!

حالا به داستان ماه باز می گردیم. قطعاً پذیرفته اید که در کوانتوم مشاهده یک سیستم می تواند آن سیستم را به هر نوعی مختل نماید. اینکه نگاه کردن به ماه ظاهراً هیچگونه اختلالی در وضعیت آن ایجاد نمی کند به این صورت قابل دفاع است که فوتون های نور آنقدر کوچکند که برای ایجاد دگرگونی در جسمی به بزرگی ماه انرژی کافی ندارند اما در حقیقت نگاه کردن به ماه بر روی آن تاثیر گذار خواهد بود.

دیدگاهی که امروزه به طور جدی مورد بررسی قرار دارد این است که خود عمل مشاهده کردن عامل جایگزیدگی و حضور جسم می شود، یعنی وقتی به ماه نگاه می کنیم این کار باعث می شود ماه در مکانش جایگزیده شود و تا قبل از مشاهده هیچ مکانی برای ماه تعریف نمی کنیم.

اینشتین اینقدر از این تعبیر شگفت زده بود که با خنده می گفت " اصلاً شاید ماه به این دلیل وجود دارد که یک موش ( بدون اینکه ما از وجود آن با خبر باشیم ) در حال نگاه کردن به ماه است. [4]



___________________________________________________________________________________

[1] مثلاً ساخت تلسکوپ جهش بزرگی در ستاره شناسی ایجاد نمود و یا طراحی شتابدهنده های عظیم ذرات در درک ما از دنیای ذرات زیر اتمی تاثیری شگرف بر جای گذارده است.

[2] منظور از "مشاهده" در اینجا یعنی آشکار ساختن الکترون زیرا الکترونها به هیچ وجه در ناحیه طیف مرئی قابل مشاهده نیستند.

[3] "گربه شرودینگر" یک آزمایش ذهنی است که در آن گربه ای را در یک جعبه قرار داده و با استفاده از یک ماده رادیواکتیو و مکانیسمی که در نهایت منجر به مرگ گربه خواهد شد، وضعیت گربه به طور غیر قابل توجیهی به یک وضعیت نیمه مرده و نیمه زنده تبدیل می شود.

[4] برای اینکه مطمئن شوید تاثیر اندازه گیری در واقعیت یافتن رویداد ها را به خوبی درک کرده اید سعی کنید به این سوال که یک پرسش قدیمی در فلسفه است خودتان پاسخ دهید:

"وقتی که یک درخت در جنگلی می افتد آیا اگر کسی در آنجا حضور نداشته باشد، افتادن درخت صدایی ایجاد خواهد کرد؟"


مدیر وبلاگ:با سپاس از آقای محمدی برای ارسال مقاله ی جالبشون .سوالاتون رو به همین پست بفرستید تا در صورت امکان ایشون جوابتون رو بدهند .

:)