کشف تازه دانشمندان؛ قوانین دنیای ذرات میکروسکوپی فرق دارد - وبلاگ ساعت

به گزارش وبلاگ ساعت، دانشمندان معتقدند که قوانین متفاوتی بر دنیای ذرات میکروسکوپی حاکم است و توصیف پدیده ها در سطح اتم و ذرات بنیادی به وسیله فیزیک کلاسیک میسر نیست.

به گزارش خبرنگار ، به نقل از ethz.ch، فیزیک کوانتومی چشم ما را به ماهیت واقعی جهان باز می نماید. هیچ چیز را نمی توان به طور جداگانه مشاهده کرد، همه چیز به طور تصادفی اداره می گردد. ما به طور کلی فرض می کنیم که اشیا مستقل از ما و سایر اجسام وجود دارند. ما می توانیم یک شیشه را به اسم یک شیء کاملاً مشخص مشاهده کنیم و خصوصیات شیمیایی یا فیزیکی آن را در آزمایشگاه آنالیز کنیم. حتی می توانیم رفتار آن را در هر مقطع زمانی پیش بینی کنیم به شرطی که همه عوامل بیرونی موثر بر آن را بدانیم. از موتور بخار گرفته تا لامپ، بسیاری از نمونه های پیشرفت علمی بر اساس این مفهوم است که همه آن ها به وسیله فیزیک کلاسیک به قوانین قابل تأیید طبیعت مانند مکانیک نیوتنی، الکترودینامیک و ترمودینامیک تبدیل شده اند.

با این حال در اوایل قرن بیستم، این دیدگاه قطعی از جهان آغاز به فروپاشی کرد. فیزیکدانانی مانند ماکس پلانک، آلبرت انیشتن و نیلز بور نشان دادند که فیزیک کلاسیک نمی تواند پدیده ها را در سطح اتم ها و ذرات بنیادی توصیف کند. به نظر می رسد که جهان ذرات میکروسکوپی با قوانین اساسی متفاوت اداره می گردد.

ایتینگر، متخصص مفاهیم فلسفی و معرفتی نظریه کوانتوم می گوید: در جهان زیر اتمی، ما دیگر نمی توانیم مواد را به صورت جداگانه مشاهده کنیم، زیرا فیزیک کوانتومی به ما می گوید که همه چیز را می توان به هم ربط داد. اگر سیستمی از الکترون ها، فوتون ها یا سایر ذرات میکروسکوپی را میزان گیری یا مشاهده کنیم، ناگزیر با سیستم تعامل داریم و بخشی از آن می شویم. به این ترتیب، ما در حال آنالیز نه یک واقعیت مستقل، بلکه همه تغییراتی هستیم که ناگزیر با میزان گیری ها یا سایر مداخلات ایجاد می شوند. علاوه بر این، در حالی که در فیزیک کلاسیک رفتار ظاهراً تصادفی فقط به علت اطلاعات نادرست یا خطای میزان گیری رخ می دهد، نظریه کوانتومی تصادفی بودن را به یک اصل اساسی ارتقا می دهد. نمایش فیزیکی کوانتومی ما از جهان به وضوح دلالت بر تصادفی واقعی در جهان دارد.

اگر فوتون ها را از منبع نوری بر روی صفحه آشکارساز شلیک کنیم، آن ها در نقاطی تصادفی که در یک منطقه وسیع پخش شده اند روی صفحه ظاهر می شوند، حتی اگر در شرایط فیزیکی یکسان شلیک شوند. هیچ الگویی را نمی توان تشخیص داد؛ تصادف بر اینجا غالب است، اما اگر بخواهیم در شرایط مشابه تجربی چندین گلوله را از یک تپانچه شلیک کنیم، می توانیم مطمئن باشیم که همه آن ها به یک نقطه برخورد نموده اند.

اگر صفحه ای را که دارای دو شکاف یکسان و موازی است بین منبع نور و صفحه آشکارساز قرار دهیم و آزمایش فوتون را تکرار کنیم، الگویی از نوار های متناوب روی صفحه ظاهر می گردد. این الگوی تداخل راه راه را می توان با یک تابع موج به صورت ریاضی نشان داد که فیزیکدانان را قادر می سازد تا احتمال برخورد ذرات به یک نقطه خاص روی صفحه را مشخص نمایند. در جهان کوانتوم، این گونه گزاره های احتمالی جایگزین جبرگرایی فیزیک کلاسیک می شوند. این آزمایش یک شگفتی دیگر هم در پیش دارد؛ اگر در هر شکاف یک آشکارساز ذرات قرار دهیم تا مشخص گردد هر فوتون از کدام یک از آن ها عبور می نماید، الگو یکبار دیگر تغییر می نماید.

به گفته پروفسور ETH tingtinger، لحظه ای که صفحه دو شکاف و آشکارساز ها را به آزمایش اضافه می کنیم، جهان را تغییر می دهیم، زیرا هر یک با فوتون ها تعامل می نماید و روی آن ها تأثیر می گذارد. این امر در خصوص سایر ذرات بنیادی هم صدق می نماید؛ نه اتم های کامل و نه الکترون های جداگانه را می توان بدون در نظر گرفتن آن ها به اسم بخشی از یک سیستم جامع بزرگتر میزان گیری کرد. اما اگر همه موارد با هم مرتبط باشد، چگونه ممکن است که بتوانیم شیشه و سایر اجسام بزرگ را به صورت جداگانه مشاهده کنیم؟ ایتینگر و دیگر فیزیکدانان نظری استدلال می نمایند که اثرات انسجام در حال کار است و روابط متقابل در خصوص اجسام بزرگ به سرعت از بین می رود. به همین علت است که ما می توانیم یک شیشه یا سنگ را جداگانه بدون در نظر گرفتن تعاملات آن با محیط اطراف مشاهده کنیم.

شرحات ایتینگر در خصوص ماهیت جامع سیستم های کوانتومی و انعطاف پذیری قطعاً قانع نماینده است، اما با قرائت غالب نظریه کوانتومی که در ابتدا به وسیله نیلز بور ارائه شده بود، مغایرت دارند. نسخه بور که به تفسیر کپنهاگ معروف است، بیان می نماید که مکانیک کوانتومی خود واقعیت را توصیف نمی نماید بلکه وضعیتی از دانش درباره واقعیت را توصیف می نماید. فرض بور این بود که هر جسمی در فیزیک کوانتوم همواره ویژگی های موج و ذره را نشان می دهد.

دانشمندان از این اصل به اسم اصل مکمل یا دوگانگی ذره موج یاد می نمایند. در این تفسیر، نوار های روشن و تیره الگوی تداخل در آزمایش دو شکاف نشانگر این است که فوتون ها واقعاً از دو شکاف به اسم امواج عبور می نمایند. میزان گیری حرکت آن ها با یک آشکارساز باعث فروپاشی عملکرد موج می گردد به همین علت فوتون ها بعداً به اسم ذرات مجزا روی صفحه ظاهر می شوند. ایتینگر و دیگر فیزیکدانان با توجه به این مفاهیم پرسش هایی از قبیل چرا باید فرض کنیم که ذرات به شکل موجی حرکت می نمایند؟ آیا این فرض با مفهوم فروپاشی تابع موج مغایرت ندارد؟ به هر حال چگونه باید مفهوم ذره را در فیزیک کوانتوم تفسیر کنیم؟ و آیا این ذرات می توانند در امتداد راستا ها حرکت نمایند؟ را مطرح می نمایند.

به گفته ایتینگر، چنین پرسش هایی ما را مجبور می نماید اصطلاحات کلاسیک مانند ذره، موج و حرکت را کنار بگذاریم. او نظریه میدان کوانتومی را امیدوارنماینده ترین نقطه آغاز برای شرح اساسی پدیده های کوانتومی می داند، هر چند که فرمول بندی قوی و گرافیکی آن مسائل عمده ای را به همراه دارد. در نظریه میدان کوانتومی، ذرات نو می توانند در هر زمان ظاهر و ناپدید شوند. به جای تمرکز بر روی ذرات منفرد، ایتینگر ترجیح می دهد در خصوص ابر های ذره ای یا ازدحام ذرات صحبت کند که در آن تنها با دستیابی به وضوح مشخص می توان ذرات منفرد را تشخیص داد.

این که آیا این تفسیر جهان کوانتومی در نهایت قانع نماینده تر خواهد بود یا خیر، احتمالاً تا مدتی همچنان محل بحث خواهد بود. با این وجود، کاربرد های نظریه کوانتوم مدت هاست که بخشی از زندگی روزمره ما شده اند، حتی اگر به نظر برسد که ما به طور کامل فرمالیسم ریاضی را که بر اساس آن ساخته شده است درک نمی کنیم. برداشتن آن گام مستلزم تمایل به توسعه دامنه تجربیات فعلی ما با ترکیب بینش های نو است.

گزارش از مهران محمدپور