راه حل پژوهشگران ایرانی برای تشخیص درستی بعضی از تفاسیر کوانتوم

[yahyataba]

یکی از بزرگترین مشکلات مکانیک کوانتوم علی رغم همه دستاوردها و تکنولوژی‌هایی که برای ما به همراه داشته این بوده که هنوز کسی معنا و مفهوم پدیده‌های کوانتومی رو نمی‌دونه. یعنی کسی نمی‌دونه که مثلا تابع موج در واقع چیه و موقع مشاهده یا اندازه گیری دقیقا چه اتفاقی می‌افته. افراد زیادی تلاش کردن که جواب این سوالات رو بدن و این تلاش منجر شده به ارائه تفاسیر مختلفی از مکانیک کوانتومی که هر کدوم ادعا می‌کنه ماهیت و مفهوم این پدیده های کوانتومی رو فهمیده.
توی ویدئویی مفصل به این تفاسیر پرداختم و توضیح دادم که بزرگترین مشکل در حال حاضر کوانتوم اینه که هیچ آزمایشی طرح نشده که بتونه نشون بده کدوم یک از این تفاسیر درست هستن.
حالا یک گروه از پژوهشگران ایران دانشگاه شریف که در حوزه فیزیک بنیادی کار می‌کنن به سرپرستی دکتر علی آیت راهی رو پیشنهاد دادن که شاید بتونه این مشکل صد ساله رو حل کنه. توی این ویدئو می‌خوام به این موضوع بپردازم و یه گپی هم با دکتر آیت بزنم.
لینک مقاله چاپ شده در نشریه nature :
https://www.nature.com/articles/s42005-023-01315-9

مشاهده ویدئو در یوتیوب :

[MRT]

به طور خیلی خلاصه شرودینگر معتقد بود که مشتقات تابع یک ذره (جرم اینرسی)، همان تابع موج یا انرژی (جرم تابشی) است و برعکس. یعنی معادلات او تابع ذره و جرم را به تابع موج و انرژی و برعکس تبدیل می‌کند. یعنی نگرش او به هم ارزی جرم و انرژی این‌گونه بود. او می‌خواست که از این هم ارزی جرم اینرسی و جرم تابشی با ضریب سرعت نور به توان دو، معادله موج را استخراج کند.



باتوجه‌به اینکه هم ارزی جرم و انرژی یک رابطه تجربی نظامی و به‌شدت محرمانه نازی‌ها برای ساخت سلاح هسته ای بوده است، ازاین‌رو شرودینگر علاقه‌ای نداشته است که در مجامع علمی، روی آن رابطه مانور دهد و از طرفی انیشتین و دیراک، بعد از جنگ جهانی دوم این هم ارزی را لوث و به نام خود ثبت کرده بودند، دلیلی بود تا شرودینگر ماهیت واقعی معادله خود را افشا نکند؛ ولی ما هم ارزی جرم و انرژی را در معادلات او به‌وضوح رویت می‌کنیم. ساده گفته باشیم رابطه هم ارزی جرم و انرژی، تجربی و کار گروه تحقیقاتی شرودینگر در آلمان برای ساخت بمب بود.

همان‌طور که می‌دانیم معادله شرودینگر معادله‌ای است که سعی می‌کند چگونگی تغییر حالت کوانتومی یک سامانه فیزیکی، نسبت به زمان را توصیف کند. معادلات مستقل از زمانش سعی می‌کند که احتمال حضور ذرات در مکان‌های مشخص را تعیین کند و چنین به نظر می‌رسد که فعلاً یکی از معادلات بسیار مهم در مکانیک کوانتوم است.

یعنی فرض شرودینگر این بود که ذرات باردار نیز همانند سیارات منظومه‌ای هستند با این تفاوت که دو انرژی دارند. انرژی اول جنبشی و ناشی از جرم آنهاست و انرژی دوم الکتریکی و ناشی از بار الکتریکی یا پتانسیل میدان الکتریکی است. این پتانسیل الکتریکی می‌تواند برای یک الکترون و درون یک سیستم کوانتومی مثلاً اتم فرض شود و یا درون یک میدان الکتریکی فرضی یا همان جعبه، چاه یا صد پتانسیل و... با استفاده از تجمیع یا تفریق این دو سطح انرژی، می‌توان معادله موج یا تابع موج را استخراج کرد. معادلات یا توابع میدان شرودینگر حالت کلی داشته و هر فیزیک‌دانی می‌تواند تحلیل‌ها و مدل‌های خاص خودش را داشته باشد. مهم این است که کدام مدل در عمل و آزمون‌های فیزیکی جواب دهد. این کار گروه شما نمی تواند به هدف خودش برسد چون ذات کوانتوم اینگونه است خودشان را باید تطبیق دهند که گویا نمی توانند. باید نسبیت بخوانند چون راحت تر و مقبول تر است. شاید هم منطقی تر.آدمی مثل انیشتین نتوانست خودش را تطبیق دهد و مفاهیم بنیادی آن را قبول و مورد پذیرش قرار دهد. شاید منظور این گروه کشف ماهیت ذره یا موجی بودن نور است که آن هم یک چالش بزرگ است. شرودینگر سخن بسیار کوتاه و راحتی دارد و آن اینکه ما فقط می‌توانیم احتمال دهیم که نور موج است و یا ذره و احتمال حضور آن در یک مکان هم یک عدد است می‌تواند صفر باشد یا یک یا مابین این دو و از همه بدتر به باور ما شاید استنباط ما از خود آزمون‌ها نیز نادرست بوده باشد؛ چون دنیایی است که هیچ‌کس تا به الان ندیده است.

تفاوت تفنگ شکاری و تفنگ الکترونی:

ما در فیزیک کلاسیک می‌توانیم زمان رسیدن گلوله به هدف را با دقت زیاد محاسبه کنیم. مقدار باروت، فشار گاز باروت، جرم و مکان گلوله و هدف، مقاومت هوا و... در دسترس است. ولی تفنگ الکترونی این‌گونه نیست؛ چون اولاً پشت سد پتانسیل را هدف می‌گیرد درست مثل‌اینکه شما پشت یک درخت یا سد بتونی را هدف قرار دهید البته بدون سوراخ‌شدن مانع و دوما تفنگ الکترونی، الکترون‌های مسیر را متلاطم می‌کند نه اینکه واقعاً آنها را شلیک کرده باشد و... در نهایت چشم ما آب نمی‌خورد؛ چون آزمون فکری است و در عمل با مشکل مواجه می‌شود. در فیزیک کوانتوم بحث از تلاطم موج و ذرات است و زمان شلیک یا زمان اصابت به هدف بی‌مفهوم است؛ چون اصلاً به دلیل این تفاوت‌ها کوانتوم شکل‌گرفته است.

موج در سطح آب (کلاسیک):


موج در کوانتوم:


در فیزیک کلاسیک گلوله از طرف تفنگ به طرف هدف شلیک می شود. ولی در کوانتوم الکترون پشت سد یا مانع نوسان می کند.



سرعت نور در خلا 300.000 کیلومتر است ولی فوتون می تواند در کل مسیر بوده باشد. در فیزیک کلاسیک تابع زمان و مکان داریم ولی در کوانتوم تابع احتمال حضور ذره در مکان بخصوصی را مطرح می کنیم. یعنی زمان در کوانتوم بی مفهوم شده است. ساده گفته باشیم شرودینگر خودش هزاران بار این آزمون های مشابه را انجام داده و با شکست مواجه شده است و چون به نتیجه ای نرسیده است نظریات و توابع خود را مطرح نموده است این کار گروه قصد تکرار آن آزمون های شکست خورده را دارد. در فیزیک کلاسیک هر ذره در هر زمان فقط یکجا را اشغال می کند ولی در کوانتوم ذره می تواند در چند جا بوده باشد که مخ انیشتین نکشید و سوخت. چون تابع زمان و مکان کاربردی ندارد فقط تابع مکان و احتمال کار می کند چون در آزمایشگاه دیده شد. یعنی به خاطر حل مشکل صد ساله صد سال پیش، شرودینگر توابع خودش را مطرح و حل کرده یعنی این کار گروه قصد حل کردن اصل صورت مسئله خود مشکل را دارند یعنی شرودینگر اشتباه کرد که توابع میدان خود را مطرح کرد و در اصل هیچ مشکلی در کار نبوده است. مشکل اگر برطرف شود معادلات یا توابع میدان شرودینگر هم اضافه هستند. واقعا خود شرودینگر خیلی سعی و تلاش کرد که معادله زمان و مکان ذره را پیدا کند ولی شکست خورد و درس عبرتی شد تا به جای زمان، احتمال را جایگزین کند که کرد و از دست این مشکل و معضل صد ساله خلاص شد. نوشتن و طرح تابع زمان و مکان برای ذرات در فیزیک کوانتوم بی فایده و کاری عبث است چون جواب نمی دهد خود هایزنبرک یک عمر تلاش کرد و موفق هم نشد و دیدگاه او هم متفاوت بود. در مکانیک می توان برای اجرام سماوی تابع زمان و مکان نوشت که با دقت بالایی عمل کنند ولی در کوانتوم ذرات وابسته به زمان و مکان نیستند از این رو فقط می توان احتمال حضور آنها در بعضی از مناطق را بدست آورد



نمودار چگالی هیدروژن توابع موج الکترون در اتم هیدروژن در سطوح مختلف انرژی را نشان می دهد.احتمال حضور الکترون در ناحیه روشن‌تر بیشتر است.مکانیک کوانتومی نمی تواند مکان دقیق یک ذره را در فضا پیش بینی کند، فقط می تواند فضاهایی را با احتمال بیشتر حضور الکترون ها پیش بینی کند.

هم شرودینگر و هم هایزنبرک و بور یک عمر در آزمایشگاه تلاش شبانه روزی داشتند و هر سه شکست خوردند چون نتوانستند برای ذرات تابع زمان و مکان طرح کنند و نشانش دهند. شرودینگر به جای زمان، جایگزین احتمال را پیشنهاد داد تا مشکل صد ساله برطرف شود اما هایزنبرک هم نظر خود یعنی عدم قطعیت را جایگزین زمان و مکان کرد. یعنی مجبور شدند برای برون رفت از مشکل، نظریه جایگزین ارائه کنند. بور هم مدعی بود ذرات همه جا هستند حتی در آن واحد. ساده گفته باشیم شاید چیزی به اسم ذره هم وجود نداشته باشد بلکه ذره در محدوده و مکانی کلا حل می شود و به صورت ابر در می آید. از همه مهمتر تابع زمان - مکان ذرات اصلا کاربردی ندارد و به هیچ دردی هم نمی خورد.