اعتبار: Schrage Scott/ دانشگاه ارتباطات
هنگامی که هرمان بیتلان و همکارانش از نبراسکا اخیراً یک مقاله پژوهشی را ارائه دادند که وجود یک نیروی غیر نیوتنی کوانتومی را نشان می دهد، مجله به طور قاطع خواست که "نیرو" را بین علائم نقل قول قرار دهند. این تیم این امر را درک کرد و با این درخواست موافقت کرد.
گذشته از همه چیز، این واژه به مدت های طولانی متعلق به فیزیک نیوتنی کلاسیک بوده است: واکنش های هم اندازه و متقابل، الکترومغناطیسم، گرانش و دیگر قوانینی که سقوط سیب را توضیح می دهد، پدیده‌ی هد-بونکینگ تجربه روزمره.
در مقابل، بیتلان و مؤلفان همکارش از این کلمه در زمینه فیزیک کوانتومی استفاده می کردند، که بی نهایت کوچک را توصیف می کند، جایی که موقعیت و سرعت ذرات زیر اتمی به واسطه احتمالات به جای مقادیر دقیق تعریف می شوند، جایی که الکترونها به طور همزمان مانند هر دوی ذرات و امواج عمل می کنند، و قلمرویی که قوانین فازی (تیره) غیر شهودی حکم فرمایی می کنند.
این قلمرو حتی در سال 1959 تیره تر هم شد، زمانی که یک آزمایش پیشنهادی اشاره داشت که مجاورت صرف یک نیروی کلاسیکی – و نه خودِ نیرو – می تواند خود را به جهان فیزیکی تحمیل کند. در آزمایش، دو جریان از الکترون ها در کنار هر دو طرف از یک کویل که میدان مغناطیسی آن کاملا از آن الکترون ها در سپر محافظت می شود، پرواز می کنند.
علیرغم این که هیچ کدام از جریان های الکترونی از میان میدان مغناطیسی واقعی عبور نمی کنند، محققان حکم دادند که احتمالات کوانتومی الکترون ها دستخوش جا به جایی های قابل اندازه گیری می شود که به قدرت میدان مغناطیسی بستگی دارند. آزمایش های بعدی حضور این به اصطلاح اثر آهرونوف - بوهم را تأیید کرد.
اما اگر وجود این اثر عجیب غیرقابل انکار بود، طبیعت آن چنین نبود. آنتون زیلینگر، یکی از مشاوران پسا دکترای بِیتلان، یک قضیه را معرفی کرد که پیشنهاد می کند اثر آهرونوف - بوهم نشان دهنده و یا ناشی از یک نیرو نیست. با گذشت زمان آزمایشات بعدی از بیتلان و دیگران تأیید کرد که این اثر هیچ کاری در تأخیر زمان رسیدن الکترون ها انجام نمی دهد – چیزی که از یک نیرو انتظار می رود انجام دهد – به این ترتیب قضیه زیلینگر حمایت گسترده ای را به دست آورده بود.
با وجود آن، سال ها پس از این که زیلینگر قضیه اش را پیشنهاد داد، فیزیکدانان آندری شلانکوف و مایکل بری با بیان این که اثر آهرونوف - بوهم از معادل کوانتومی یک نیرو ساخته شده است، با آن مخالفت کردند. حتی اگر این نیرو الکترونها را کند نکند، شلانکف پیش بینی کرد که می تواند مسیرهای پرواز آنان را با کج کردن آنها حتی به مقدار بسیار کم، تغییر دهد.
بِیتلان، استاد فیزیک و نجوم در نبراسکا، می گوید: "شما می توانید استنتاج هر نظریه را از خودش بفهمید." "آنها هر دو به نظر درست می آیند، اما آنها در تعارض با یکدیگر هستند. بنابراین ما مغزمان را داغان کردیم تا به یک نظریه برسیم که هر دو جواب را بدهد. ما فهمیدیم که چارچوب بزرگتری باید وجود داشته باشد."
"این تلاش، برای حل مناقشه تئوریک التماس می کرد. و برای انجام یک آزمایش، ملتمسانه درخواست می کرد."
بنابراین بِیتلان و همکارانش، از جمله دکترای سابق مشاور ماریا بکر، برای خود یک هدف عالی قرار دادند: نشان دادن پیش بینی شلانکوف و در عین حال مطابقت دادن قضیه زِیلینگر. آزمایش آنها، انجام شده در دانشگاه آنتوِرپ، شبیه بسیاری از آزمایش های مقدم بر آن بود: پرتوهای الکترونی در حال پرواز به سمت یک میله نانوسکوپی که میدان مغناطیسی آن از ذرات به وسیله سپر محافظت شده است. زمانی که مغناطش میله صفر بود، الگوهای موج گونه ای که الکترونها پس از منعکس شدن از آن شکل دادند – که الگوهایی شبیه به موجهای همپوشانی در آب بودند - متقارن بودند.
با این حال، زمانی که تیم مغناطش را افزایش داد، این الگوهای پراکندگی غیر متقارن شد، که گواه غیر مستقیمی از یک نیروی غیر نیوتنی بود که الکترونها را به سمت چپ یا راست هدایت می کرد. و همان طور که تیم انتظار داشت، برگرداندن جهت مغناطش همچنین جهت عدم تقارن را تغییر می داد، و این حمایت بیشتری بود از ایده وجود یک پدیده کوانتومی که می تواند ماده را به طرقی مشابه با نیروهای نیوتنی کلاسیکی تحت تاثیر قرار دهد.
در مورد قضیه زیلینگر چه؟ با توجه به تجزیه و تحلیل تیم، فرضیه های نظری که او ساخت کاربردی در حرکت از پهلو اشاره شده در این مطالعه ندارد. بیتلان گفت که با توجه به این، این مطالعه زیلینگر را نامعتبر نمی سازد. در عوض، تیم به صورت ریاضی نشان داد که نتایج آن که توسط شلانکوف پیش بینی شد و قضیه زیلینگر دو مورد خاص از یک قضیه کلی است.
بیتلان تقریبا وضعیت را با وضعیتی مقایسه کرد که در آن یک توپ شروع به غلتیدن در امتداد یک سکوی تخت می کند. زمانی که تیم مغناطش را افزایش داد، این الگوهای پراکندگی غیر متقارن شد، که گواه غیر مستقیمی از یک نیروی غیر نیوتنی بود به آرامی بالا و پایین بردن آن سکو می تواند مقصد توپ را روی یک سطح تراز تغییر دهد، حتی زمانی که سرعت و زمان ورود آن ثابت باقی بماند. با نگاه کردن به پایین در سکو، یک ناظر می تواند متوجه نشود که تغییری رخ داده است؛ فقط پس از تغییر چشم انداز است که این تغییر می تواند آشکار شود.
بیتلان گفت که مسئله چشم انداز همچنین تفسیر این تحقیق را اطلاع می دهد. نیروهای کلاسیکی به صورت موضعی عمل می کنند و تنها بر ماده مجاور با آن نیروها تاثیر می گذارند. اما مکانیک کوانتومی، به ویژه درگیری کوانتومی، که با آن تغییرات در یک ذره به طور همزمان در یک ذره درگیر دیگر که از لحاظ نظری می تواند چندین سال نوری دور باشد نشان داده می شود - با فاصله محدود نمی شود.
بیتلان گفت که نتایج تیم می تواند به عنوان شواهدی از وجود یک نیروی غیر موضعی مشابه تعبیر گردد.
بیتلان گفت: "در اینجا، ما موقعیتی داریم که غیر موضعی است، اما غیر مشابه با درگیری کوانتومی است." "این یک پدیده یک ذره ای است، نه یک پدیده دو ذره ای."
منبع: Scott Schrage، دانشگاه نبراسکا-لینکلن
هنگامی که هرمان بیتلان و همکارانش از نبراسکا اخیراً یک مقاله پژوهشی را ارائه دادند که وجود یک نیروی غیر نیوتنی کوانتومی را نشان می دهد، مجله به طور قاطع خواست که "نیرو" را بین علائم نقل قول قرار دهند. این تیم این امر را درک کرد و با این درخواست موافقت کرد.
گذشته از همه چیز، این واژه به مدت های طولانی متعلق به فیزیک نیوتنی کلاسیک بوده است: واکنش های هم اندازه و متقابل، الکترومغناطیسم، گرانش و دیگر قوانینی که سقوط سیب را توضیح می دهد، پدیده‌ی هد-بونکینگ تجربه روزمره.
در مقابل، بیتلان و مؤلفان همکارش از این کلمه در زمینه فیزیک کوانتومی استفاده می کردند، که بی نهایت کوچک را توصیف می کند، جایی که موقعیت و سرعت ذرات زیر اتمی به واسطه احتمالات به جای مقادیر دقیق تعریف می شوند، جایی که الکترونها به طور همزمان مانند هر دوی ذرات و امواج عمل می کنند، و قلمرویی که قوانین فازی (تیره) غیر شهودی حکم فرمایی می کنند.
این قلمرو حتی در سال 1959 تیره تر هم شد، زمانی که یک آزمایش پیشنهادی اشاره داشت که مجاورت صرف یک نیروی کلاسیکی – و نه خودِ نیرو – می تواند خود را به جهان فیزیکی تحمیل کند. در آزمایش، دو جریان از الکترون ها در کنار هر دو طرف از یک کویل که میدان مغناطیسی آن کاملا از آن الکترون ها در سپر محافظت می شود، پرواز می کنند.
علیرغم این که هیچ کدام از جریان های الکترونی از میان میدان مغناطیسی واقعی عبور نمی کنند، محققان حکم دادند که احتمالات کوانتومی الکترون ها دستخوش جا به جایی های قابل اندازه گیری می شود که به قدرت میدان مغناطیسی بستگی دارند. آزمایش های بعدی حضور این به اصطلاح اثر آهرونوف - بوهم را تأیید کرد.
اما اگر وجود این اثر عجیب غیرقابل انکار بود، طبیعت آن چنین نبود. آنتون زیلینگر، یکی از مشاوران پسا دکترای بِیتلان، یک قضیه را معرفی کرد که پیشنهاد می کند اثر آهرونوف - بوهم نشان دهنده و یا ناشی از یک نیرو نیست. با گذشت زمان آزمایشات بعدی از بیتلان و دیگران تأیید کرد که این اثر هیچ کاری در تأخیر زمان رسیدن الکترون ها انجام نمی دهد – چیزی که از یک نیرو انتظار می رود انجام دهد – به این ترتیب قضیه زیلینگر حمایت گسترده ای را به دست آورده بود.
با وجود آن، سال ها پس از این که زیلینگر قضیه اش را پیشنهاد داد، فیزیکدانان آندری شلانکوف و مایکل بری با بیان این که اثر آهرونوف - بوهم از معادل کوانتومی یک نیرو ساخته شده است، با آن مخالفت کردند. حتی اگر این نیرو الکترونها را کند نکند، شلانکف پیش بینی کرد که می تواند مسیرهای پرواز آنان را با کج کردن آنها حتی به مقدار بسیار کم، تغییر دهد.
بِیتلان، استاد فیزیک و نجوم در نبراسکا، می گوید: "شما می توانید استنتاج هر نظریه را از خودش بفهمید." "آنها هر دو به نظر درست می آیند، اما آنها در تعارض با یکدیگر هستند. بنابراین ما مغزمان را داغان کردیم تا به یک نظریه برسیم که هر دو جواب را بدهد. ما فهمیدیم که چارچوب بزرگتری باید وجود داشته باشد."
"این تلاش، برای حل مناقشه تئوریک التماس می کرد. و برای انجام یک آزمایش، ملتمسانه درخواست می کرد."
بنابراین بِیتلان و همکارانش، از جمله دکترای سابق مشاور ماریا بکر، برای خود یک هدف عالی قرار دادند: نشان دادن پیش بینی شلانکوف و در عین حال مطابقت دادن قضیه زِیلینگر. آزمایش آنها، انجام شده در دانشگاه آنتوِرپ، شبیه بسیاری از آزمایش های مقدم بر آن بود: پرتوهای الکترونی در حال پرواز به سمت یک میله نانوسکوپی که میدان مغناطیسی آن از ذرات به وسیله سپر محافظت شده است. زمانی که مغناطش میله صفر بود، الگوهای موج گونه ای که الکترونها پس از منعکس شدن از آن شکل دادند – که الگوهایی شبیه به موجهای همپوشانی در آب بودند - متقارن بودند.
با این حال، زمانی که تیم مغناطش را افزایش داد، این الگوهای پراکندگی غیر متقارن شد، که گواه غیر مستقیمی از یک نیروی غیر نیوتنی بود که الکترونها را به سمت چپ یا راست هدایت می کرد. و همان طور که تیم انتظار داشت، برگرداندن جهت مغناطش همچنین جهت عدم تقارن را تغییر می داد، و این حمایت بیشتری بود از ایده وجود یک پدیده کوانتومی که می تواند ماده را به طرقی مشابه با نیروهای نیوتنی کلاسیکی تحت تاثیر قرار دهد.
در مورد قضیه زیلینگر چه؟ با توجه به تجزیه و تحلیل تیم، فرضیه های نظری که او ساخت کاربردی در حرکت از پهلو اشاره شده در این مطالعه ندارد. بیتلان گفت که با توجه به این، این مطالعه زیلینگر را نامعتبر نمی سازد. در عوض، تیم به صورت ریاضی نشان داد که نتایج آن که توسط شلانکوف پیش بینی شد و قضیه زیلینگر دو مورد خاص از یک قضیه کلی است.
بیتلان تقریبا وضعیت را با وضعیتی مقایسه کرد که در آن یک توپ شروع به غلتیدن در امتداد یک سکوی تخت می کند. زمانی که تیم مغناطش را افزایش داد، این الگوهای پراکندگی غیر متقارن شد، که گواه غیر مستقیمی از یک نیروی غیر نیوتنی بود به آرامی بالا و پایین بردن آن سکو می تواند مقصد توپ را روی یک سطح تراز تغییر دهد، حتی زمانی که سرعت و زمان ورود آن ثابت باقی بماند. با نگاه کردن به پایین در سکو، یک ناظر می تواند متوجه نشود که تغییری رخ داده است؛ فقط پس از تغییر چشم انداز است که این تغییر می تواند آشکار شود.
بیتلان گفت که مسئله چشم انداز همچنین تفسیر این تحقیق را اطلاع می دهد. نیروهای کلاسیکی به صورت موضعی عمل می کنند و تنها بر ماده مجاور با آن نیروها تاثیر می گذارند. اما مکانیک کوانتومی، به ویژه درگیری کوانتومی، که با آن تغییرات در یک ذره به طور همزمان در یک ذره درگیر دیگر که از لحاظ نظری می تواند چندین سال نوری دور باشد نشان داده می شود - با فاصله محدود نمی شود.
بیتلان گفت که نتایج تیم می تواند به عنوان شواهدی از وجود یک نیروی غیر موضعی مشابه تعبیر گردد.
بیتلان گفت: "در اینجا، ما موقعیتی داریم که غیر موضعی است، اما غیر مشابه با درگیری کوانتومی است." "این یک پدیده یک ذره ای است، نه یک پدیده دو ذره ای."
منبع: Scott Schrage، دانشگاه نبراسکا-لینکلن
