انجمن فيزيكدانان جوان ايران
شبكه فيزيك هوپا
اخبار مقالات و نرم افزار هاي علمي
www.hupaa.com
 
صفحه اصلي | انجمن فيزيكدانان جوان ايران | مقالات فيزيك | اخبار فيزيك | درباره ما | تماس با ما | عضويت در انجمن

حل معماي گربه شرودينگر

فيزيكدانان موسسه ملي معيارها و تكنولوژي واقع در بولدر (ايالت كلورادو) تحت هدايت "كريس مونرو" و "ديويد واين لند" با اشعه ليزر روي يك واحد اتم بريليوم (سنگ گرانبهاي سبز رنگ) كار ظريفي انجام دادند. به نوشته نشريه "ساينس" بنظر مي آيد كه اتم همزمان در دو نقطه فيزيكي (مادي) جداگانه قرار دارد.

هدف فيزيكدانان از اين آزمايش، كشف اين نكته بود كه آيا يك اتم در كليت خود ميتواند همان رفتار عجيب ذرات زير ـ اتمي (نظير الكترونها، فوتونها، كواركها، نئوترينوها و ساير تقسيمات زير ـ اتمي) را داشته باشد. در سطح زير ـ اتمي ماده كه به دنياي كوانتوم مشهور است، عملكرد ذرات ريز بر مبناي قوانيني فيزيكي صورت ميگيرد كه با "قوانين كلاسيك فيزيكي" مربوط به عملكرد اجسام بزرگتر در سطح "ماكروسكوپي" ماده تفاوت بسيار دارد.براي مثال در مشاهده ذرات زير اتمي كه "بيان سيزو" آنها را "ويويكل" (موجذره ـ تركيب موج و ذره) مي نامند، بسته به روش مشاهده، بنظر ميرسد گاه عملكرد مشخصه ذرات را دارند و گاه مشخصه امواج را. و در عين حال، تئوريهاي با نفوذ در عرصه غالب فيزيك مدرن ادعا ميكنند كه ذرات زير ـ اتمي برخلاف ماده ماكروسكوپي، يك "مكان" (استقرار) ندارند.در تاريخ فيزيك كوانتوم، بر سر اينكه چرا اجسام در سطح ماكرو به همين نحو عمل نميكنند، مشاجره زيادي درگير بوده است. و در مورد امكان تعميم قوانين فيزيك كوانتوم كه در مورد ذرات زير ـ اتمي مطرح است به اجسام ماكروسكوپي (شامل ملكول ها يا حتي اشياء قابل رويتي كه ما در زندگي روزمره با آن سر و كار داريم)، نظراتي ابراز شده است.در آزمايش فوق الذكر، فيزيكدانان كوشيدند ببينند "زمانيكه اصل شرايط فوق العاده كوانتوم را به سيستمهاي ماكروسكوپي كه بطور سنتي توسط فيزيك كلاسيك تشريح شده اند بسط دهيم، چه اتفاقي مي افتد.

"بنا بر گزارش فيزيكدانان در نشريه "ساينس"، آنها يك واحد اتم بريليوم را در يك حصار مغناطيسي حبس كرده و سپس از طريق جدا كردن يكي از الكترون هايش، يك بار الكتريكي به اتم دادند. (اتمي كه بار الكتريكي يافته را يون مي نامند.) "يون حاصله فورا حصار مغناطيسي را حس ميكند و درونش محبوس ميشود. به گفته "مونرو" گام بعدي، سرد كردن يون توسط ليزر است تا اينكه يون در مركز حصار واقعا بي حركت بايستد. حال كه يون نميتواند بجنبد، فيزيكدانان از دو اشعه ليزر كه رنگهايشان با هم تفاوت اندكي دارد استفاده ميكنند تا يون را با شرايط فوق العاده وضعيتهاي دروني كوانتوم همساز كنند. منظور وضعيتهاي فوق العاده ريزي است كه به آن چرخش صعودي و چرخش نزولي (چرخش همزمان روي دو محور ـ فرفره اي يا اسپيني) ميگويند…" يون بريليوم همزمان دو وضعيت متفاوت را بنمايش ميگذارد؛ به همان نحوي كه آن را "شرايط فوق العاده" مي نامند.

تا اينجاي آزمايش چندان عجيب نبود. اما سپس "مونرو" و گروهش از اشعه ليزر براي ايجاد يك موج استفاده كردند تا "يون را با فركانسي مشابه فركانس نوسان طبيعي خودش در حصار حركت دهند." نيروي حاصله، يون را به حركت در مي آورد؛ بسيار شبيه به نيروي متناوبي كه شما ممكنست براي حركت دادن يك كودك روي تاب بكار ببريد. "مونرو" ميگويد كه ليزرها طوري تنظيم شده كه فقط بر يكي از دو وضعيت فوق العاده ريز تاثير بگذارد. گروه مذكور از طريق تغيير در تنظيم ليزرها، نخست يكي از وضعيتهاي فوق العاده ريز را به حركت درآوردند. سپس، دومي را خارج از فاز اولي حركت دادند…

در واقع فيزيكدانان مذكور جهت اندازه گيري فاصله بين دو وضعيت، نخست آنها را بسمت يكديگر هل دادند تا آنجا كه بر هم منطبق شده و در هم تداخل كردند."بعبارت ديگر، "مونرو" و "واين لند" مدعيند كه دو وضعيت اين واحد اتم را با كشش از هم جدا كرده اند. بدين ترتيب، اين اتم در آن واحد، در دو مكان ظاهر ميشود. چون اين دو "بخش موج يوني" ظاهرا در دو مكان متفاوت قرار داشتند، ديگر بنظر نمي آمد كه خود اتم آنگونه كه معمول ماده ماكروسكوپي است، يك مكان واحد داشته باشد.

فيزيكدانان ادعا كردند كه دو وضعيت حدودا 80 نانومتر از هم دور شدند ـ كه اين از معيارهاي اتمي بسيار دور است. نشريه "ساينس" گزارش ميدهد كه اين فاصله "از هر بخش موجي بزرگتر بوده و از يون موجود هم بسيار بزرگتر است."گربه شرودينگر حول و حوش اين آزمايش، مباحثه فراواني در مورد پارادكس گربه شرودينگر براه افتاده است. اروين شرودينگر يك دانشمند اتريشي بود. او در دهه 1930 لطيفه اي در هجو برخي دانشمندان ساخت. اين دانشمندان مدعي بودند كه رفتار غير قابل پيش بيني ذرات زير ـ اتمي نشان ميدهد، دنياي واقعي فقط زماني موجوديت دارد كه شخص به مشاهده اش بپردازد.

لطيفه شرودينگر ميگفت: تصور كنيد گربه اي در يك جعبه گير افتاده و در آنجا شيشه زهري هم هست. يك قطعه جسم راديواكتيوي نظير اورانيوم هم در جعبه قرار دارد. اگر يك اتم اورانيوم زوال يابد، يك ردياب الكترونيكي چكشي را به حركت در خواهد آورد؛ آن چكش شيشه زهر را خواهد شكست و گربه كشته خواهد شد. اما بعلت غير قابل پيش بيني بودن ذرات در سطح زير ـ اتمي (نظير زوال راديواكتيو هسته اورانيوم) شما فقط ميتوانيد بر امكان زوال يك اتم واقف باشيد، اما نميتوانيد لحظه دقيق را پيش بيني كنيد. بعبارت ديگر، شما نميتوانيد از قوانين فيزيك زير ـ اتمي براي پيش بيني اينكه گربه مرده است يا نه استفاده كنيد. تنها راه پي بردن به اين مسئله، نگاه كردن به داخل جعبه است. برخي دانشمندان ميگفتند از آنجا كه نميشود عملكرد يك ذره زير ـ اتمي را در لحظه دقيقا گمان زد، معنايش اينست كه تا وقتي شما چيزي مشاهده نكرده ايد اين ذره واقعا كاري انجام نداده است ـ يعني يا ذرات بنوعي در چارچوب كوانتوم مسكوت گذاشته ميشوند و يا اينكه مشاهده شما به ترديد خاتمه مي بخشد.

شرودينگر اين نظريه را مسخره ميكرد و ميگفت ما تا وقتي جعبه را باز نكرده ايم اين را هم نميتوانيم بگوئيم كه گربه مرده است يا زنده. پس بر مبناي منطق برخي افراد، تا وقتي جعبه باز نشده گربه هم زنده است و هم مرده! يك اتم اورانيوم ممكنست زوال يافته باشد ـ اما اين مشاهده ماست كه واقعا گربه را خواهد كشت. شرودينگر به افسانه معتقد نبود.

يكي از نقطه نظرات وي اين بود كه قوانين ماده زير ـ اتمي را نميتوان در مورد ماده ماكروسكوپي (مثلا يك گربه) بكار بست. اما داستان گربه زنده ـ مرده بعنوان يك تبارز سمبليك از شكاف بين رفتار ماده در دو دنياي زير ـ اتمي و ماكرو بر سر زبانها باقي ماند.فيزيكدانان "موسسه ملي معيارها و تكنولوژي" واقعا ادعا نميكنند كه يك "گربه شروي دينگر" حقيقي پيدا كرده اند. يعني نميگويند يك پديده ماكروسكوپي بر مبناي قوانين فيزيك كوانتوم عمل كرده است. اتم بريليوم در مقايسه با ساير اتمها، بسيار كوچك است. اين اتم فقط از 4 اكترون، 4 پروتون و 5 نئوترون ساخته شده است. بعبارت ديگر، اتم بريليوم در محدوده اتمها بسيار به دنياي زير ـ اتمي نزديك است. بنابراين آزمايش بر روي يك واحد اتم بريليوم، آنقدرها هم در سطح ماكروسكوپي ماده نميگنجد.

اين عمل در سطح "مزوسكوپي" ماده انجام ميگيرد. يعني در سطح گذاري بين سطوح زير ـ اتمي و ماكروسكوپي. به قول يكي از دانشمندان، براي اينكه بتوان ادعا كرد فيزيكدانان مذكور يك گربه شرودينگر پيدا كرده اند، يعني پلي بين دو دنياي زير ـ اتمي و ماكرو يافته اند، "دو وضعيت (يون بريليوم) بايد از لحاظ ماكروسكوپي صاحب مختصاتي بوضوح متمايز باشند… نه اينكه صرفا به لحاظ فيزيكي با هم 80 نانومتر فاصله داشته باشند."مجله "ساينس" گزارش داده كه وقتي جدائي دو بخش موج يوني به حد ماكروسكوپي رسيد، عمر آنها ظاهرا "بينهايت كوتاه شد." ـ "زمانيكه جدائي را بيشتر (يا كلاسيك تر) كردند، عمر شرايط فوق العاده به پايان رسيد.

" بعبارت ديگر، وقتي دانشمندان كوشيدند دو بخش موج يوني را بيش از حد با كشش از هم دور كنند، نتوانستند دو وضعيت جداگانه باثبات را حفظ نمايند.فيزيكدانان اميدوارند كه آزمايشات بيشتر در اين راستا، تصوير گسترده تري از تضادهاي بين دنياي كوانتوم و "دنياي كلاسيك" بدست دهد. اينهاست زمينه بحثي كه بر سر پيدا شدن "گربه شروي دينگر" در آزمايش موسسه ملي براه افتاده است.علم و مبارزه طبقاتيبه لحاظ تاريخي، اكتشافات جديد علمي به برخي تلاشها در ارائه درك متافيزيكي و ايده اليستي از رفتار ماده دامن زده است. براي مثال، كشف اين مسئله كه اتمهاي راديوم بر اثر تشعشع زوال مي يابند، باعث شد برخي افراد قانون قبلي فيزيك كلاسيك كه ميگفت "ماده را نه ميتوان آفريد و نه نابود كرد" را زير سئوال برند. زمانيكه برخي افراد اعلام كردند "ماده ناپديد ميشود"، اين ايده پا گرفت كه نوع بشر نميتواند واقعا بداند كه يك واقعيت مادي عينيتا موجود است.

سپس برخي افراد نظير دانشمندي بنام "ارنست ماخ" اصرار كردند كه ما نسبت به پديده ها فقط "احساسات" داريم؛ اما واقعا نميتوانيم شناخت مطمئني از آنها داشته باشيم. در سالهاي قبل از انقلاب روسيه، اين ايده ها تاثير مهمي بر مبارزه طبقاتي داشت. در همان دوره، لنين عليه تئوريهاي ماخيستي كه توانائي مردم در شناخت واقعي جهان و تغيير آن را نفي ميكرد بحث و استدلال نمود.در قرن نوزدهم، مردم فكر ميكردند كه نور صرفا يك موج الكترومغناطيسي است. اما بعدا كشف شد كه نور از ذراتي هم درست شده است. اين ذرات، فوتون نام گرفتند. مردم دريافتند كه نور فقط بعنوان موج وجود نداشته بلكه بعنوان ذره هم موجود است.

اكتشافات بيشتر در قرن بيستم روشن كرد كه اتمها از ذرات بسيار كوچكتري ساخته شده اند. اينها را ذرات زير ـ اتمي ناميدند. اين كشف به مباحثه بر سر قوانين ماده در سطح زير ـ اتمي پا داد. بعلاوه اين بحث هم جريان يافته كه آيا نوعي ذره زير ـ اتمي "نهائي" كه واحد پايه اي ساختمان كائنات باشد و نتوان آن را به بخشهاي كوچكتري تقسيم كرد وجود دارد يا نه.مقاله "بيان سيزو" سابقه اين مباحثات را ذكر نموده و مطرح ميكند كه "ماده تا بينهايت قابل تقسيم است."امروز، 90 سال بعد از لنين و 20 سال بعد از نگارش مقاله "بيان سيزو"، حرفهاي زيادي درباره "عصر اطلاعات"، "جامعه پسا ـ صنعتي" و حتي (مجددا) درباره "ناپديد شدن ماده" براه افتاده است.

"سياستهاي هويتي" رايج اين نظر را جلو ميگذارند كه واقعيات براي افراد مختلف، بسته به تجربه اجتماعي آنها، متفاوت است. بنابراين ضروري است كه يكبار ديگر موجوديت واقعيت عيني را مورد بحث قرار دهيم.آزمايش اخير "موسسه ملي معيارها و تكنولوژي" همانند آزمايشات علمي قبلي، به اظهار نظراتي انجاميده كه كشفيات جديد علمي را در تقابل با درك رايج از قوانين ماده مطرح ميكنند. روزنامه "نيويورك تايمز" فورا در صفحه اول خود مقاله اي با اين عنوان منتشر كرد: "يك فيزيكدان اتم را در آن واحد، در دو مكان قرار داد." اين مقاله همچنين بسيار نگران تاثير احتمالي وضعيتهاي جداگانه يون بر سيستم بانكي بين المللي سرمايه داري بود.

اين حدس در مقاله مذكور مطرح شده كه اگر "پديده بتواند در آن واحد در دو نقطه باشد"، ميتوان كامپيوترهاي كوانتوم فوق العاده سريع جديدي ابداع كرد كه بسادگي بتوانند همه كدهاي رمزي مورد استفاده در موسسات عظيم مالي بين المللي را باز كنند. (تصورش را بكنيد! از امكان ابداع كامپيوترهاي فوق العاده سريع جديد بحث ميكنند و تنها مسئله مهم اجتماعي كه بنظرشان مي آيد تاثير اين كامپيوترها بر اسرار بانكي است!) بعدا همين روزنامه، مقاله جدي تري نوشت كه عليه معرفي نادرست آزمايش مورد بحث هشدار ميداد. اما حتي در مقاله دوم هم حدسياتي درباره امكان "كائنات دوگانه" مطرح شده است.

اين موضوع، باب طبع سريال "پيشتازان فضا" بود. در چارچوب اين تصور، كائنات هاي جداگانه و در كنار هم موجودند كه از وجود يكديگر بي خبرند؛ مگر اينكه كسي به كائنات "ديگر" برود و آن را مشاهده كند.علاوه بر آزمايش فوق الذكر، هم اكنون يك مباحثه داغ ديگر در مورد رابطه ميان علم و جامعه جريان دارد. آيا مبارزه طبقاتي هيچ ربطي به تئوري علمي دارد؟

برخي دانشمندان نافي ميشوند كه فعاليتشان در يك چارچوب فرهنگي، اجتماعي و طبقاتي صورت ميگيرد و اين چارچوب بر مشاهدات، نتيجه گيريها و تئوريهايشان تاثير ميگذارد. و برخي دانشمندان فكر ميكنند كه غير متخصصان نميتوانند مباحثات علمي مدرن را حقيقتا درك كنند و بنابراين نميتوانند آگاهانه در آن شركت جويند. آنها معتقدند غير متخصصان مسلما هيچ حقي ندارند كه عيني بودن و معتبر بودن تئوريهاي علمي يا (دقيقتر گفته باشيم) تئوريهاي مطرح شده توسط دانشمندان را زير سئوال ببرند.

 



Copyright © 2003-2012 by HUPAA, All rights reserved. www.hupaa.com