فرض کنید توپی را مستقیم به هوا پرتاب کنیم
آیا حرکت توپ پس از جدا شدن از دستانتان را میتوانید پیش بینی کنید؟
معلومه. خیلی راحته
توپ به سمت بالا خواهد رفت تا اینکه به بالاترین نقطه ی ممکن برسد
سپس به سمت پایین آمده و دوباره در دستان شما قرار می گیرد
البته این اتفاقی است که می افتد
و شما این را می دانید چون اتفاقات مشابه آن را قبلا بارها دیده اید
شما در تمام طول زندگی خود، ناظر فیزیک پدیده های روزمره بوده اید
حال فرض کنید که سوالی در رابطه با فیزیک اتم مطرح شود
به عنوان مثال حرکت الکترون...
دور هسته ی اتم هیدروژن چگونه است؟
آیا می توانیم پاسخ این سوال را بر اساس تجربه روزمره با فیزیک بدهیم؟
مسلما نه. چرا؟
زیرا فیزیک حاکم بر رفتار سیستم ها در مقیاسی به این کوچکی
با فیزیک اجسام بزرگ مقیاس
که مدام در اطراف خود مشاهده می کنید متفاوت است
دنیای روزمره که آن را می شناسید و دوست دارید
بر اساس قوانین مکانیک کلاسیک رفتار می کند.
اما سیستم های در مقیاس اتمها
بر اساس قوانین مکانیک کوانتوم رفتار می کنند
دنیای کوانتوم، دنیای عجیب غریبی است
آزمایشی بسیار معروف، تصویر ناشناس/غریبه کوانتوم را نشان می دهد:
گربه ی شرودینگر
فیزیکدانی که بصورت خاص علاقه ای به گربه ندارد، گربه ای را در یک جعبه قرار می دهد
بمبی را نیز درون جعبه قرار می دهد که پس از بسته شدن در جعبه، ۵۰٪ احتمال دارد منفجر شود
تا در را باز نکنیم، به هیچ وجه نمی توانیم بفهمیم
که بمب منفجر شده است یا نه
و در نتیجه نمی دانیم که گربه زنده است یا مرده
در فیزیک کوانتوم، می توان گفت که قبل از مشاهده
گربه در حالت برهم نهی/ انطباق قرار دارد.
نه زنده است و نه مرده. در واقع در ترکیبی از این دو حالت قرار دارد،
احتمال هر حالت، ۵۰٪ است
سیستم های کوانتوم مقیاس نیز، حالتی مشابه دارند
مثل الکترونی که به دور اتم هیدروژن در گردش است
در واقع الکترون اصلا نمی چرخد
و در یک لحظه، می تواند در هر نقطه ای از فضا باشد
تنها احتمال وجود آن در بعضی جاها بیش از سایرین است
و فقط پس از آنکه موقعیت آن را اندازه گرفتیم
می توانیم بگوییم که در یک لحظه ی مشخص دقیقا کجا قرار دارد
بسیار شبیه به مورد گربه: تا در جعبه را باز نکنیم
نمی دانیم گربه زنده است یا مرده
به این ترتیب به پدیده ی عجیب و زیبایی به نام ...
گیرافتادگی کوانتوم می رسیم
فرض کنید به جای یک گربه،دو گربه درون دو جعبه ی مختلف داشته باشیم
اگر آزمایش شرودینگر را با این دو گربه تکرار کنیم
نتیجه ی آزمایش، یکی از چهار حالت ممکن می تواند داشته باشد
یا هر دو گربه زنده اند و یا هر دو مرده
یا یکی زنده و دیگری مرده و بر عکس
سیستم دو گربه نیز در حالت برهم نهی / انطباق قرار دارد
و این بار، به جای ۵۰٪، احتمال هر حالت ۲۵٪ است.
اما موضوع جالب این جاست:
مکانیک کوانتوم بیان می کند که می توانیم دو حالت
هر دوگربه زنده و هر دو گربه مرده را از حالت بر هم نهی حذف کنیم
به عبارت دیگر، می توانیم سیستمی مشتمل بر دو گربه داشته باشیم
به گونه ای که همواره یک گربه زنده باشد و دیگری مرده
عبارت فنی برای این حالت این است که: حالت دو گربه "گیر/گرفتار" است
اما یک موضوع خارق العاده در مورد گیرافتادگی کوانتوم هست
اگر سیستم دو گربه درون جعبه را در این حالت گیر افتاده مهیا کنید،
سپس جعبه ها را در دو مکان مختللف از جهان قرار دهید،
نتیجه ی آزمایش، فرقی نخواهد کرد
همواره یک گربه زنده و دیگری مرده خواهد بود
گرچه تا زمانیکه نتیجه را تعیین نکنیم، این که کدام زنده می ماند و کدام یک میمیرد،
مشخص نیست
چگونه ممکن است؟
چگونه ممکن است وضعیت دو گربه در دو نقطه ی مختلف از جهان
به این ترتیب به هم وابسته (گیر) باشد؟
فاصله ی آن ها به قدری است که نمی توانند با هم ارتباط برقرار کنند
پس بمب ها چگونه با هم توطئه می کنند
که یکی منفجر شود و دیگری نه؟
ممکن است فکر کنید
"این موضوع فقط نظریه ای بی معناست
چنین اتفاقی در دنیای واقعی نخواهد افتاد"
اما به نظر می رسد که درستی گیر افتادگی کوانتوم
در آزمایشگاه تجربه دنیای واقعی نیز اثبات شده است
ذرات زیر اتمی در یک حالت بر هم نهی گیر/انطباق افتاده اند
که در آن وقتی یکی در یک جهت می چرخد، دیگری در جهت مخالف می چرخد
حتی وقتی راه دیگری هم نباشد، همین کار را می کنند
برای آنکه اطلاعات از یک ذره به ذره ی دیگر منتقل شود
و جهت چرخش به گونه ای تعیین شود که قوانین گیر افتادگی رعایت شود
پس عجیب نیست که گیر افتادگی در مرکز
علم اطلاعات کوانتوم باشد
علمی رو به رشد که قوانین عجیب دنیای کوانتوم را بررسی می کند
در دنیای بزرگ مقیاس ما،
با رمزنگاری کوانتوم، جاسوس ها می توانند پیام های ایمن برای یکدیگر ارسال کنند
یا از محاسبات کوانتوم برای رمز گشایی کدهای مخفی استفاده کنند
فیزیک روزمره دیگر بیشتر به دنیای عجیب غریب کوانتوم شبیه خواهد بود
انتقال از راه دور کوانتوم ممکن است حتی فراتر رود و به جایی رسد
که گربه ی شما به کهکشانی امن تر فرار کند
جایی که فیزیکدان و جعبه ای نباشد.