فیزیک کوانتوم به زبان ساده!
بسم الله الرحمن الرحیم
مکرراً دیده شده در خبرگزاری ها و کانال های زرد فضای مجازی از فیزیک کوانتوم سخن گفته و مبادرت به ارائه نتایجی عجیب و بی اعتبار از آن پرداخته اند. در این پست بطور خلاصه و تا حد امکان ساده (ولو ناچار شوم خطاهای جزئی را مرتکب بشوم) مهم ترین موارد موجود در این فیزیک را شرح میدهم. مکانیک کوانتومی برای تبیین مکانیک در حیطه ای پدید آمد که مکانیک نیوتونی قادر به تبیینش نبود و آن هم قلمرو ذرات زیر اتمی هست (از جنبه هایی اتم). مکانیک نیوتونی یا مکانیک کلاسیک که از هندسه سه بعدی اقلیدسی استفاده میکند قادر به ساخت هواپیما و خودرو و توصیف حرکت یک مورچه هست ولی مکانیک ذرات بنیادی را نمیتواند درست توصیف کند.
الف) گربه شرودینگر!
غالباً وقتی میگیم ذره ذهن شما سمت یک تیله میره یا یک توپ ولی در مکانیک کوانتوم کمی ماجرا پیچیده تر است. اروین شرودینگر فیزیکدان مشهور این حوزه یک آزمایش فکری بنام گربه شرودینگر برای نشان دادن ناقص بودن این تئوری ارائه داد. من آزمایش گربه شرودینگر را به شکل ساده تری برای شما شرح میدهم:
فرض کنید یک گربه را درون اتاقی عایق هوا محبوس میکنیم که سیزده ظرف شیر در آن هست و ازین سیزده ظرف نیمی از آنها سمی هستند و نیمی دیگر سالم. بعد از شش ساعت قطعاً گربه از آن ظرف شیرها تغذیه کرده است ولی از کدامشان؟ مطمئنا تا وقتی درب اتاق را باز نکرده و حال گربه را مشاهده نکنیم نخواهیم فهمید و گربه اینجا چیزی بین وضعیت زنده و مرده است برای ما.
این آزمایش ماهیت مکانیک کوانتومی را نشان میدهد، ما تا وقتی که روی به اندازه گیری خاصیت های پارتیکل روی نیاوریم [اینجا بخصوص با الکترون و فوتون سر و کار داریم] نمیتوانیم متوجه میزان آنها بشویم.
ب) خاصیت های پارتیکل در فیزیک کوانتوم
اسپین را برای درک بهتر غالباً به چرخش تشبیه میکنند و یا ساعتگرد و پادساعتگرد بودن ولی تعریف دقیقش این نیست بهرحال الکترون و فوتون یا اسپین بالا دارند یا پایین و هردو اسپین را نمیتواند ذره ای همزمان داشته باشد.
موقعیت هم یعنی مکانی که ذره در یک زمان مشخص در آن حضور دارد و خب از آنجایی که فوتون و الکترون دائماً در حال حرکت هستند اندازه گیری شان مشابه اجسام با قابلیت سکون نیست.
تکانه هم برای درک بهتر فردی که فیزیک نخوانده است میتوان به سرعت تشبیهش کرد گرچه دقیقاً همان سرعت نیست.
خاصیت های دیگری هم هستند ولی ما با همین سه مورد بیشتر کار داریم اینجا برای همین سراغشان نمیروم [مثل جرم سکون و انرژی معادل جرم (جرم نسبیتی) و...].
ج) آزمایش دو شکاف
این یکی از معروف ترین آزمایش های فیزیک کوانتوم هست، در این آزمایش مشاهده شد که اگر یک فوتون یا الکترون را از تفنگی شلیک کنند و یک شیء که دو شکاف دارد جلوی راهش باشد نتیجه بر روی پرده وقتی تعداد زیادی شلیک شود حالت موجی دارد! یعنی اثری که اینها بر روی پرده بر جای میگذارند بدین صورت است که یکی در میان ستون هایی داریم که تعداد زیادتری الکترون یا فوتون نسبت به ستون بغل خود دارند!، بنظر میرسید الکترون و فوتون ها دارند شبیه به یک موج از دو شکاف رد میشوند. بعد آمدند بواسطه دیتکتور برای الکترون خواستند رصد کنند از کدام شکاف دقیقاً میگذرد که این اثر را در مقیاس زیاد بر جای میگذارد، نتیجه چه شد؟ دیگر اثر موجی در کار نبود!.
د) برهم نهی کوانتومی!
آزمایش دو شکاف دانشمندان را به سمت مقوله دیگری سوق داد بنام «برهم نهی یا سوپر پوزیشن در فیزیک کوانتوم Quantum Superposition». بر این اساس پارتیکل در حالت برهم نهی قرار دارد و اینجا تمام احتمالات ممکن برای خاصیت های وی توسط تابعی موسوم بنام تابع موج در نظر گرفته میشوند تا وقتی که اندازه گیری شده و ناظر آگاه که ما باشیم پی به چگونگی این خواص ببریم. بنابراین ذره در تمام مکان های ممکن همزمان در نظر گرفته میشود، اسپین بالا و پایین برایش همزمان در نظر گرفته میشود و همچنین بازه تکانه ممکن برایش در نظر گرفته میشود و تمام اینها با تابع موج توصیف میشود. عین همان مثال گربه، اینجا ظروف شیر حالت های ممکن خواص پارتیکل هستند.
از همین روست که برخی نا آگاه میگویند در مکانیک کوانتوم اجتماع نقیضین ممکن شده است و متوجه نیستند این بخاطر ابهام ماست نه اینکه پارتیکل تمام خواص ممکن را همزمان داشته باشد. اساساً بخاطر تبعیت از اصل عدم امکان اجتماع نقیضین بود که دانشمندان گفتند محال ممکن است همزمان پارتیکل از دو شکاف رد بشود و تفاسیر مختلف حول مکانیک کوانتومی شکل گرفت؛ پیشرفت علم میدون درک این اصل بدیهی توسط انسان و بکارگیری اش در تار و پور علوم تجربی است.
ه) تفسیر کپنهاگی!
برای توجیه وضعیت برهم نهی تفسیری ایجاد شد که بدلیل فضا-زمان ایجاد تفسیر به کپنهاگی شهرت دارد، این تفسیر از مکانیک کوانتومی میگوید مادامی که اندازه گیری نشود تمامی حالات ممکن برای پارتیکل لحاظ باید بشود و فقط بعد از اندازه گیری است که بطور تصادفی این حالات تحقق پیدا میکنند. در مقابل تفاسیری مثل چند جهانی که میگوید هریک از حالات در جهانی محقق میشوند یا...، این تفسیر مقبولیت بیشتری پیدا کرد و در حال حاضر دیدگاه غالب است گرچه کم نیستند فیزیکدانانی که سعی میکنند تفاسیر دیگری اقامه کنند.
و) درهم تنیدگی
یکی دیگر از دو ویژگی مهم و مبهم فیزیک کوانتوم درهم تنیدگی یا Entanglement است که مبنای کار کامپیوتر کوانتومی نیز میباشد. اگر روزی معضل این مقوله بهمراه سوپر پوزیشن بطور کامل حل شود مهم ترین و اکثر ابهامات فیزیک کوانتوم نیز حل خواهند شد. درهم تنیدگی مرتبط با وضعیتی است که جفت ذراتی تولید میکنیم یا داریم که با یکدیگر برهم کنش داشته (اثر گذاری متقابل) و در مجاورت هم هستند. توجه داشته باشید یک ذره فقط با یک ذره دیگر میتواند در حالت درهم تنیدگی باشد ولی میتوانیم در عین واحد چندین جفت ذره درهم تنیده داشته باشیم.
تا بدینجای کار مشکلی نیست بلکه مشکل آنجاست که خواص این ذرات مثل جهت اسپین بعد از اندازه گیری دقیقاً برعکس یکدیگر بود، بعبارتی وقتی از میان این جفت ذرات یک جفت ذره را انتخاب میکردیم و اسپین هایشان را در یک محور اندازه میگرفتیم یکی حتماً بالا بود دیگری بلا استثناء پایین و متضاد یکدیگر بودند. اینجا بود که متغیر های پنهان محلی و پارادوکس EPR انیشتین و دو تن از دیگر فیزیکدانان مطرح شد و انیشتین بخاطرش معتقد بود مکانیک کوانتوم یک نظریه ناقص است و باید یک سری روابط و اشیاء پنهانی باشند ما از آن ها فعلا بی خبریم و باعث این تضاد بواسطه اندازه گیری میشوند.
البته توجه داشته باشید این رابطه درهم تنیدگی فقط برای بار اول اندازه گیری است و بعد از آن جفت ذره از درهم تنیدگی خارج میشوند و دیگر مثلا اسپین یکی را تغییر دهیم اسپین دیگری تغییری نمیکند مگر اینکه دوباره در شرایط درهم تنیدگی آنها را ببریم که باز تعیین اسپینشان دست ما نیست در آنجا و دوباره اندازه گیری کنیم بصورت رندوم جهت اسپینشان خلاف یکدیگر خواهد بود.
ز) متغیرهای پنهان محلی و دترمینیسم!
لوکالیتی یا موضعیت یا محلی میگوید یک شیء تحت تأثیر اشیاء اطراف خودش با محدودیت سرعت نور است بدین صورت که هیچ تأثیر علی معلولی نمیتواند بر آن مترتب باشد مگر اینکه در محدوده سرعت نور باشد یعنی سرعت آن اثر ازین حد تجاوز نکند. این دیدگاه را در فیزیک کلاسیک داریم و بر این اساس هر رخداد فیزیکی که اطراف شما رخ میدهد ازین حد تبعیت میکند. دترمینیسم نیز مرتبط با پیش بینی پذیری است یعنی رویدادهای فیزیکی برای ما قابل پیش بینی اند، فی المثل میدانیم اگر یک نیوتون در خلأ به جسمی نیرو وارد کنیم با چه سرعتی به حرکت در می آید و این با روابط و قوانین فیزیک قابل پیش بینی میباشد. در فیزیک کلاسیک دترمینیسم حکمفرمایی نسبی خوبی دارد ولی در مقیاس کوانتوم خیر و معضل اصلی اش درهم تنیدگی بود!.
انیشتین معتقد بود متغیرهای پنهان محلی هستند که باعث تعیین خواص ذرات جفت شده در درهم تنیدگی میشوند، لکن نوبل 2022 رسماً آنرا باطل کرد. جریان ازین قرار بود سه آزمایش در دهه های هفتاد و هشتاد و نود از اشتباه نکنم چهار دانشمند نشان داد حتی اگر جفت ذره درهم تندیده را از یکدیگر بدون اندازه گیری جدا کنید باز بعد از اندازه گیری متوجه میشویم اسپین یکی بر خلاف اسپین دیگری است! بعبارتی جدا سازی جفت ذره درهم تنیده نیز تأثیری در نقض رابطه عکس خواصی مثل اسپین بعد از اندازه گیری نداشت. برای همین عنوان شد فیزیک کوانتوم لوکالیتی را نقض کرده است چون نتیجه گرفتند پس اگر دو پارتیکل درهم تنیده ولو یک میلیارد سال نوری فاصله داشته باشند اندازه گیری خواصی مثل اسپین یکی بلافاصله تعیین کننده اسپین دیگری است و عنوان شد که این یعنی اثر گذاری غیر محلی یا NonLocal داریم که فراتر از حد سرعت نور اثر گذاری مشاهده میشود.
اینجا برخی همچون بوهم آمدند و مکانیک بوهمی را بر اساس متغیرهای پنهان غیر محلی معرفی کردند، این متغیرها همان کار متغیرهای پنهان محلی را میکنند ولی دیگر در قید و بند سرعت نور نیستند، از آنجا که هیچ شاهد تجربی به درآمدن این متغیرها از پنهان بودن کمکی نکرده و اصلاً کسی نمیداند اگر وجود داشته باشند دقیقاً چه ماهیتی دارند بعنوان یک توجیه غیر قابل ابطال و غیر قابل اثبات فعلاً در نظر گرفته میشود. فی الواقع تمام تفاسیر مکانیک کوانتومی غیر قابل ابطال هستند.
البته بطور کل در مکانیک کوانتومی هم مبنایی کاملاً دترمینیستی داریم، بعنوان مثال اندازه اسپین میدان و به طبع پارتیکل برآمده ازین میدان ثابت است (مثلاً الکترون 1.2 و فوتون 1 و بوزون هیگز 0) و صرفاً برای تعیین جهت اسپین (بالا یا پایین، منفی یا مثبت) احتیاج به اندازه گیری داریم. اسپین خاصیت ذاتی هست که مربوط به فضای اسپینور میباشد و این فضا برای میدان بنیادی پارتیکل در QFT عنوان میشود و اولین محاسباتی که انجام میدهیم مربوط به اسپین می باشد. موقعیت پارتیکل هم بطور کلی یک چارچوب مشخص دارد، هیچ کس نمی گوید پارتیکلی که در آزمایشگاه ایجاد شده (مثلاً از تفنگی فوتون شلیک کردیم) ممکن است قبل از اندازه گیری در کره ماه پدیدار شود!. یا حد سرعت نور را داریم که پارتیکل هایی که با میادین بوزون هیگز که در سرتاسر جهان مادی ما هستند برهم کنش دارند دارای جرم شده و نمیتوانند به سرعت نور برسند [فقط فوتون جرم سکون ندارد چون با میادین بوزون هیگز برهم کنش نمی کند]. البته برای همه ذرات جرم نسبی هم بر اساس انرژی شان و رابطه E=mc2 میتوان تعریف کرد. البته اینکه بواسطه برهم کنش های دائمی با میادین بوزون هیگز پارتیکل ها جرم دارند یک فرضیه در مدل استاندارد ذرات بنیادی هست و بصورت فکت علمی برای ما مشخص نیست چرا پارتیکل ها جرم سکون دارند.
ح) اصل علیت!
بعد از مقوله اجتماع نقیضین، برخی بدلیل آزمایش فرضی انتخاب تأخیردار فیزیکدان مشهور جان ویلر و مقوله پاک کن کوانتومی سخن از نقض اصل علیت در فیزیک کوانتوم زدند. جریان ازین قرار بود که پروفسور ویلر یک آزمایش فرضی مرتبط با مقوله دو شکاف و برهم نهی طراحی کرد که در آن برای توجیه رفتار فوتون ناچار بودیم بگوییم فوتون بعد از اندازه گیری ما رفتار گذشته اش را تغییر میدهد!. جدای ازینکه این نقض علیت خطی [تقدم زمانی علت بر معلول] است نه نقض اصل علیت بلکه در فیزیک امروزه این آزمایش فکری هیچ جایگاهی ندارد و بصورت تجربی هم تأیید نشده است. برای تفصیل میتوانید به رد این آزمایش خزعبل توسط پروفسور شان کارول مراجعه کنید:
www.preposterousuniverse.com/blog/2019/09/21/the-notorious-delayed-choice-quantum-eraser
اروین اش یکی از یوتیوبرهای معروف در زمینه مباحث علمی هم به اشتباه بودن این مقوله اعتراف کرده است:
arvinash.com/boy-was-i-wrong-how-the-delayed-choice-quantum-eraser-really-works
ط) تئوری کوانتومی میدان ها
این تئوری که امروزه مدل محبوبی است و به اختصار QFT نامیده میشود بیان میدارد هر پارتیکل در مدل استاندارد ذرات بنیادی یک میدان هست و تا وقتی که اندازه گیری نشود خاصیت ذره ای از خود بروز نمیدهد. بعبارتی ما با یک میدان طرف هستیم که خاصیت موجی (قبل از اندازه گیری) و خاصیت ذره ای (بعد از اندازه گیری) از خود بروز میدهد. بر این اساس این نیست که تا قبل از اندازه گیری پارتیکل اسپین بالا و پایین را با احتمال مساوی داشته باشد بلکه یک میدان فاقد اسپین است و صرفاً بدلیل اقدام ما به اندازه گیری خاصیت ذره ای از خود بروز داده و اسپینش تعیین میشود. آن خاصیت ذره ای هم مرتبط با بخشی ازین میدان هست، شبیه به یک سفره در نظر بگیرید که بعد از اندازه گیری بخشیش مثلا برآمده میشه (مثال دقیقی نیست اصلاً، ولی جهت تقریب به ذهن برای یک مبتدی بد نیست بنظرم). البته شواهد تجربی ازین نظریه فی الحال پشتیبانی نمیکند.
تفسیر کپنهاگی بر عدم آگاهی ما تاکید دارد یعنی پارتیکل میتواند ذره ای باشد اما با در نظر گرفتن احتمالات تابع موج برای ویژگی هایش، ولی کوانتوم فیلد تئوری کلا ذره ای بودن پارتیکل تا قبل از اندازه گیری ما را رد میکند و برای بعد از اندازه گیری هم صرفاً از بروز خاصیت ذره ای سخن میگوید نه تبدیل ماهیت.
ی) معضل بزرگ فیزیک مدرن
این معضل گرانش است که معلوم نیست اساساً نیرو هست یا نه! چون اگر نیرو باشد باید کوانتیزه شده و ذره ای حامل انرژی گرانش در نظر گرفته شود مشابه سه نیروی بنیادی دیگر بدین صورت که: نیروی هسته قوی و پارتیکل گلوئون، نیروی هسته ای ضعیف و پارتیکل الکترون و هسته اتم، میدان الکترومغناطیس و پارتیکل فوتون. فی المثل انرژی الکترومغناطیس فقط در قالب فوتون جابجا میشود، هسته ای ضعیف هم که فقط مابین هسته اتم و الکترون وجود دارد و هسته ای قوی هم حاملش گلوئون است که کوارک های پروتون و نوترون را کنار یکدیگر نگاه داشته است. کوارک ذره بنیادی تشکیل دهنده نوترون و پروتون است، اگرچه درصد کمی از فیزیکدانان در وجودش ابهام دارند.
ابهام در گرانش برمیگردد به ابهام در ماهیت فضا و زمان، بخواهم دسته بندی خیلی خلاصه و کلی کنم این دیدگاه ها وجود دارد:
فضا مطلق است، این دیدگاه نیوتون بود که معتقد بود چیزی بنام اتر در کل فضا جریان دارد و یک مقوله مطلق و بنیادی است و ذرات و... درون آن هستند.
فضا بنیادی و پیوسته است، این دیدگاه مینکوفسکی بود که معتقد بود فضا یک شیء بنیادی است یعنی قابل تقلیل به هیچ شیء دیگری نیست و همچنین بخش بخش هم نمیشود. البته مینکوفسکی زمان را هم بنیادی میدانست.
فضا بنیادی و گسسته است و از بخش هایی با مقیاس طول پلانک تشکیل شده است.
فضا ایمرجنت است یعنی برآمده از وجود میادین بنیادی و قوانین فیزیک میباشد و فی الواقع چیزی بنام فضا وجود ندارد.
ایمرجنت یا نوخواسته گرایی یعنی رفتار جمعی یک سری اشیاء آن خاصیت را ایجاد میکنند و آن خاصیت یک شیء نیست و بر آن اشیاء نمیتواند تأثیری بگذارد، مشابه خیسی که رفتار جمعی از مولکول های آب در مقیاس قطره هست و یک مولکول آب اثر خیسی را بهمراه ندارد.
نسبیت عام و خاص اساساً توصیف مکانیکی نیستند با اینکه از فضا-زمان بنیادی مینکوفسکی بهره میبرند (در مقابل مکانیک نیوتونی که از فضای مطلق یا اتر بهره میبرد). نسبیت عام توصیف گرانش است و نسبیت خاص مرتبط با اندازه گیری و مقوله سرعت نور. البته چند سال هست که دانشمندان متمایل به این شدند که فضا-زمان ایمرجنت هست و نه بنیادی و یا الزاماً بنیادی یا ایمرجنت این دو با یکدیگر همسو نیست و جداگانه میتواند بررسی شود، بهرحال در این مقوله اختلاف هست و اگر زمان را نسبی و ایمرجنت بدانیم، بخواهیم فضا را هم ایمرجنت بدانیم باید ماهیت گرانش را معلوم کنیم. اساساً در نسبیت عام گرانش نیرو نیست بلکه خمیدگی فضا بواسطه جرم است [اگر زمان را نسبی در نظر بگیریم میتوان از آن در اینجا صرف نظر کرد].
نسبیت عام انیشتین بر پایه فضا-زمان چهار بعدی مینکوفسکی بنا شد و تا قبل از آن هندسه اقلیدسی را داشتیم که صرفاً سه بعد داشت (طول و عرض و ارتفاع)، مینکوفسکی زمان را نیز دخیل کرد و فضا-زمان چهار بعدی را تعریف نمود. بنابراین چون بر اساس نسبیت عام گرانش نیرو اساساً نیست و برخی معضلات دیگر اینجا با مکانیک کوانتوم به مشکل برمیخوریم چون فیزیک کوانتوم نمیتواند گرانش را توجیه و توصیف کند مشابه نسبیت عام. فرضیاتی مثل تئوری ریسمان برای حل همین معضل ایجاد شدند و میگویند تمامی میادین حاصل ارتعاشات رشته های انرژی هستند و خب هیچ شاهد تجربی ندارند و با برخی شواهد تجربی ما نیز در تضادند این مدل ها که به عنوان «نظریه همه چیز Theory of everything» معروف هستند و سعی دارند کل فیزیک مدرن را با یک نظریه مبنایی توصیف و توجیه کنند و مکانیک کوانتومی را با نسبیت عام پیوند بزنند.
البته نسبیت عام هم دو مورد حرکت خوشه های کهکشانی و سرعت حرکت بازوهای کهکشان را نمیتواند توجیه کند فلذا اینجا تئوری دیگری بنام ماده تاریک که نیرویش توسط انرژی تاریک انتقال پیدا میکند مطرح شده و این ماده فقط در سطح بین کهکشانی و انبساط جهان اثر خود را میگذارد. بر این اساس انبساط جهان ما حاصل برهم کنش و نسبت دقیق بین انرژی تاریک و گرانش است. برخی هم آمدند و گفتند گرانش ذره ای بنام گرویتون دارد و سعی کردند آنرا جایگزین نسبیت عام و تا حد زیادی ماده تاریک کنند (میدان گرویتون) ولی هیچ شاهد تجربی ندارد که گرانش بخواهد نیرو باشد و توسط پارتیکل بنیادی نیرویش انتقال داده شود.
ک) فرضیات غیر علمی کوانتومی!
جان ویلر بعد از آزمایش فکری باطلش که غیر قابل راستی آزمایی در محیط آزمایشگاه بود و با شهود منطقی انسان نیز در تضاد کامل، فرض دیگری ارائه داده و با بسط تفسیر کپنهاگن مدعی شد اساساً جهان ما زاییده تخیل است. اینجا تعمیم تفسیر کپنهاگن را نیز شاهد بودیم که بواسطه مقوله PAP اصل آنتروپی مشارکتی صورت می پذیرفت (در عنوانش اصل هست وگرنه یک اصل فلسفی بهیچ عنوان محسوب نمیشود، فرضیه باطلی در علم بیشتر نیست). بر این اساس مادامی که یک ناظر آگاه اقدام به اندازه گیری نکند پارتیکل ما در حالت موجی است و فقط بواسطه اندازه گیری و مشاهده توسط یک ناظر آگاه حالت ذره ای پدید می آید. مشابه این دیدگاه را در فرمالیزم ccch از جان فون نویمان نیز مشاهده میکنیم. ان قلت هایی که بر این چنین فرضیاتی هست دو مورد کلی میباشد:
- اگر نتایج اندازه گیری در رایانه ذخیره شوند و بعد ما در رایانه آنرا مشاهده کنیم چه؟. اینجا عنوان میشود در مقیاس ماکرو و فیزیک کلاسیک هم همه اشیاء در حالت برهم نهی و موجی قرار دارند و فقط چون ما آنها را مشاهده میکنیم حالت ذره ای به خود دارند و همان مثال معروف انیشتین که برای نقد مکانیک کوانتومی مطرح کرده بود را عنوان میکنند که اگر به ماه نگاه نکنیم ماهی وجود نخواهد داشت به این صورت و در حالت موجی باقی می ماند!. حالت موجی هم خواص ذره ای مثل اندازه مشخص جرم و... را ندارد فلذا کل کیهان به محض مشاهده یک ناظر آگاه به این صورت در می آید وگرنه چیزی مثل غبار و... میشد (غبار را جهت تقریب به ذهن گفتم). حتی میز و درب و دیوار و وسایل خانه. اشتباه بودن این توجیه را در نقد دوم نشان خواهم داد.
- قبل از پدید آمدن مخلوق آگاه پس چه عاملی باعث شکل گیری جهان شد؟ اینجا میگویند یک ناظر آگاه بنیادی باید وجود داشته باشد که از زمان بیگ بنگ فی المثل باعث فرو ریزش تابع موج شده باشد. مشکل این دیدگاه و نیز توجیه ادعایی شان برای نقد اولی اینجاست که پس تکلیف تداخل مشاهده ناظر آگاه یونیورس و ما چه میشود؟ چرا ذره در برهم نهی قرار میگیرد در فیزیک کوانتوم اگر ناظر آگاه بنیادی است؟ در این صورت دیگر برهم نهی نباید معنا داشته باشد!. من پاسخی از جانب مدافعین این فرضیات ندیدم در چند باری که بحث کردم با ایشان.
ل) اصل عدم قطعیت هایزنبرگ
این اصل که پروفسور هایزنبرگ فیزیکدان مسیحی و از بنیان گذاران مکانیک کوانتوم آنرا فرمول بندی کرد بیان میدارد برای خاصیت های مزدوج یک پارتیکل مثل تکانه و موقعیت (برای درک بهتر سرعت و مکان یک شیء را در نظر بگیرید) شما هرچقدر سعی کنید دقت خود را برای اندازه گیری یکی بالا ببرید از دقت در اندازه گیری دیگری کاسته میشود، به این دلیل که مکان و تکانه رابطه عکس دارند. برای اندازه گیری در فیزیک کوانتوم فوتون با طول موج خیلی کم گسیل میکنیم به سمت الکترون برای اندازه گیری موقعیتش، خب این روی تکانه اش تاثیر میگذارد، یا با طول موج بلندتر گسیل میکنیم برای اندازه گیری تکانه، خب روی موقعیتش تاثیر میگذارد. روشی هم نیست بتوان بدون این گسیل کردن اندازه گیری را انجام داد و یا بگونه ای باشد که خواص مزدوج مثل تکانه و موقعیت را بتوان کاملاً مستقل از هم در یک زمان واحد اندازه گیری کرد.
بخواهم یک مثال ملموس و قابل درک با خطاهای جزئی نسبت به مسئله مورد بحث بزنم میتوانم اندازه گیری سرعت و موقعیت یک خودرو همواره در حال حرکت را تبیین کنم (پارتیکل هایی مثل الکترون و فوتون هیچگاه ثابت نیستند و همواره در حال حرکت هستند). شما برای اندازه گیری سرعت به دو زمان (t0 - t1) و دو مختصات مکان (x1 - x2) که میشود (x2-y2-z2 و x1-y1-z1) احتیاج دارید و بر این اساس سرعت شما (v) میشود: (t1-t0) / (x2-x1) اما برای اندازه گیری موقعیت خودرو فقط به یک مختصات سه بعدی (x-y-z) احتیاج دارید. بر این اساس سرعت یک پارامتر نسبی و وابسته به اختلاف مکان (دلتا ایکس) بروی اختلاف زمان (دلتا تی) هست ولی مکان یک پارامتر وابسته به سه مقدار در دستگاه مختصات دکارتی در سه بعد میباشد (در مثال خودرو و جاده، وگرنه بسته به موضوع دستگاه مختصات متفاوت خواهد بود).
م) انرژی نقطه صفر (ZPE) و حالت خلأ میدان کوانتومی
بر اساس اصل عدم قطعیت نوسانات و افت و خیزهای انرژی به میزان حداقل یک دوم اچ بار در هر میدان کوانتومی هست و این خاصیت ذاتی میادین کوانتومی میباشد و هیچ میدانی نیست نوسانات انرژی نداشته باشد. البته پیشتر در رابطه با این مقوله مفصل صحبت کرده ام:
سخن آخر
پدران و بنیان گذاران فیزیک کوانتوم که مستقیم و غیر مستقیم ولی مشهود در آن تأثیر داشتند شامل ماکس پلانک و ورنر هایزنبرگ و نیلز بور و اروین شرودینگر و پل دیراک و ولفانگ پاولی و جان فون نویمان و ریچارد فاینمن و... ترکیبی از دانشمندان خداباور دیندار و خداباور با دین نامشخص و بدون دین و نیز ندانم گرا (وجود خدا را تأیید یا نفی نمیکنند) و قلیلی خداناباور بودند. بزرگان فیزیک مدرن همچون ماکس پلانک و ورنر هایزنبرگ مسیحی بوده و از عقاید خود اتفاقاً دفاع میکردند و علم و دین را در تضاد نمی دیدند، برخی دیگر خداباور بودند و زیاد علاقه به دفاع علنی از دین نداشتند مثل نیلز بور و برخی دیگر دید منفی نسبت به دین داشتند مثل پل دیراک که وجود شر در دنیا را یکی از ادله مهم خود عنوان میداشت. بطور خلاصه از دل فیزیک کوانتوم هیچ انگاره ای علیه جهان بینی تئیسم بدست نمی آید و کماکان ثوابت بنیادی* و تنظیم دقیق وجود داشته و نیز قوانین فیزیک مختص به خود را دارد و بزرگان و بنیان گذاران این فیزیک به هیچ انتقاد علمی نسبت به خداباوری از طریق آن دست پیدا نکرده بودند که حالا برخی شبه علم زدگان داعیه خداناباوری بواسطه آن را دارند.
*. ممکن است به برخی تحقیقات حول ساعت هسته ای و مطالعه رفتار اتم توریم مبنی بر نقض ثوابت بنیادی توجه داشته باشید لکن اینها ربطی به نقض این ثوابت ندارند:
ما 28 ثابت بنیادی داریم، 2 ثابت برای نسبیت عام - 19 ثابت برای نیروهای هسته ای و... در مدل استاندارد ذرات بنیادی - 7 ثابت برای توضیح جرم نوترینو و... در مدل استاندارد. اینها مبنای مدل استاندارد و نسبیت عام و بعبارتی ثوابتی ضروری برای فیزیک مدرن هستند. فارغ ازینکه برای ساعت هسته ای اصلا هنوز به دقت کافی نرسیدیم:
While this isn't yet a functioning nuclear clock...
اگر شما این ثوابت رو تغییر محسوس بخواهید بدید کل نسبیت عام و مدل استاندارد نقض میشه! یعنی شالوده فیزیک مدرن، فلذا نهایت دستاورد ما که هنوزم به اون حد نرسیدیم، تعیین یک دامنه تغییر بشدت محدود و کوچک هست بقدری که به نقض یا اختلال در این دو تئوری مهم فیزیک مدرن و ثوابت بنیادی منجر نشود و پس اگر تغییری هم باشد، آن قدر محدود و کوچک هست که عملا فرقی با یک مقدار ثابت برای این ثوابت بنیادی ندارد بخواهد دو تئوری مهم ما را دستخوش تغییر کند (مثلا جرم نوترینو بخاطرش تغییر پیدا میکند!) اگر اینطور بود بدون نیاز به یک مدل بشدت دقیق ساعت هسته ای، بر اساس مشاهدات قبلی پی به این تغییرات می‌بردیم. مثلا متن ساینس دلی در همین رابطه رو ببینید:
They could help detect dark matter or verify if the constants of nature are truly constant, allowing for verification of theories in particle physics without the need for large-scale particle accelerator facilities.
www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240904130817.htm
ولی در ادامه تایید نمیکند که ما تونسته باشیم این چنین ساعتی بسازیم اصلا! و عنوان میشود به دقت کافی نرسیدیم در ساخت این ساعت.
از لحاظ تئوری میگویند این ساعت میتونه برای کشف ماده تاریک و تعیین دامنه تغییر ثوابت بنیادی تعیین کننده باشد ولی نقض یا دامنه تغییر محسوس اثر گذار بر فیزیک مدرن که بر این ثوابت بنا شده ابداً در کار نیست، تعیین دامنه تغییر اینجا مد نظر هست. بر فرض که ساعتی بسازیم و بتونیم 28 ثابت رو باهاش دقیقا بررسی کنیم و تغییر رو اندازه بگیریم ثابت کماکان ثابت بنیادی هست، لکن بجای یک مقدار ثابت، یک دامنه تغییر خیلی محدود و کوچک نهایتا براش لحاظ میشود. که البته توجه داشته باشید ساعت هسته ای نمیتواند دو ثابت بنیادی مربوط به نسبیت عام را بررسی کند برای 26 ثابت دیگر بکار گرفته میشود. برای همین عنوان میشود:
The thorium nuclear state’s energy is far more sensitive to variations in the fundamental constants than that of any atomic state
www.quantamagazine.org/the-first-nuclear-clock-will-test-if-fundamental-constants-change-20240904
مثلا دو ثابت نسبیت عام چه ربطی به این تغییر انرژی دارند؟! البته در جای دیگری از متن میگوید:
Physicists have developed equations to characterize the forces that bind the universe, and these equations are fitted with some 26 numbers called fundamental constants
فلذا 26 ثابت مدل استاندارد مد نظر هست.
آرش ابطحی
