مترجم: علی ملائکه
Philosophers Magazine, Issue 32,2005
هنگامی که آن نظریه غیرعادی، مکانیک کوانتوم، در ابتدای قرن بیستم داشت شکل نهایی خود را به دست می‌آورد، دو تفسیر متضاد از آن ظهور کرد. در یک طرف نیلس بور و ورنر هایزنبرگ قرار داشتند که از پذیرش استلزامات غریب‌تر نظریه کوانتوم، مادامی که با شواهد تجربی مطابقت داشت شادمان بودند. در طرف مقابل آلبرت اینشتین و اروین شرودینگر بودند در حالی که شواهد تجربی را می‌پذیرفتند، معتقد بودند که نظریه کوانتوم ناکامل است و بازنماینده واقعیت نیست.
به همین علت بود که شرودینگر آزمایش فکری مشهور خود را به وجود آورد: گربه ای که هم مرده بود و هم زنده _ تا یاوگی تفسیر بور _ هایزنبرگ (که تفسیر کپنهاگی هم نامیده می‌شود) را نشان دهد. شرودینگر در مقاله‌اش قصد بحث درباره آزمایش فکری مشهور دیگری یا پارادوکس EPR را هم داشت که اینشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن آن را ساخته بودند.
گرچه جزئیات پارادوکس EPR جالب توجه است اما در اینجا مورد نظر ما نیستند. کافی است که بدانیم این پارادوکس استدلال می‌کند که نتیجه یک اندازه گیری بر روی یک بخش سیستم کوانتومی می‌تواند اثری آنی بر روی نتیجه اندازه گیری انجام شده بر روی بخش دیگر داشته باشد، بدون توجه به فاصله ای که میان این دو بخش وجود دارد.
این به قول اینشتین «کنش وهمناک از راه دور» با این حدس نظریه نسبیت (که بیان می‌دارد که اطلاعات را نمی‌توان با سرعت‌های بالاتر از سرعت نور ارسال کرد) منافات دارد و بنابراین از نظر اینشتین نقضی بر تفسیر کپنهاگی تلقی می‌شود. اما دیگران قضیه را به صورتی دیگر می‌دیدند و منصفانه است که بگوییم که برای اکثریت فیزیکدانان پارادوکس EPR، مانند گربه شرودینگر، شیوه ای جالب برای نگریستن به نظریه کوانتوم فراهم آورد. اما آزمایش فکری دیگری وجود دارد که آن هم برای نشان دادن محدودیت‌های تفسیر کپنهاگی طراحی شده بود و در همان دهه ۱۹۳۰ ساخته شد. دلیل اینکه این آزمایش مانند پارادوکس EPR و گربه شرودینگر مشهور نیست، شاید این باشد که آن را نه یک فیزیکدان بلکه یک فیلسوف، کارل پوپر ابداع کرد. گرچه او در اصل این آزمایش را در سال ۱۹۳۴ ارائه کرد، تنها در سال ۱۹۸۲ با انتشار کتاب او «نظریه کوانتوم و دوپارگی در فیزیک» بود که شناسایی گسترده تری از آن به وجود آمد. به قول «تابیاش کرشی» فیزیکدان، این آزمایش «مورد توجه بسیار قرار گرفت، زیرا هیچ خطای آشکاری در استدلال آن پیدا نبود.»
همانند پارادوکس EPR، لازم نیست خودمان را با جزئیات آزمایش به همان اندازه مسحورکننده پوپر مشغول کنیم، آنچه اکنون مورد علاقه ماست این است که در سال ۱۹۹۹ «یوون _ هو کیم» و «یانوها شیه» شکل مدرنی از «آزمایش تعیین کننده» پوپر را عملی کردند و ظاهراً توانستند این عقیده پوپر را به اثبات برسانند که: «فرمالیسم کوانتومی را می‌توان و بایست به طور واقعگرایانه تفسیر کرد: یک ذره باید مکان و اندازه حرکتی معین داشته باشد... همان نظری که اینشتین داشت.»
خود پوپر پیش بینی کرده بود که این آزمایش «بر ضد تفسیر کپنهاگی» حکم خواهد داد، اما کیم و شیه واضحاً انتظار چنین نتیجه ای را نداشتند: شگفت آور است که ببینیم نتایج تجربی با پیش بینی پوپر موافقت دارد. از طریق گیر انداختن کوانتومی ممکن است آگاهی دقیق از مکان یک فوتون به دست آورد و بنابراین انتظار عدم قطعیت بزرگ‌تری را در میزان اندازه حرکت آن بر مبنای تفسیر معمول کپنهاگی از روابط عدم قطعیت داشت اما اندازه گیری نشان می‌دهد [که برخلاف این تفسیر] اندازه حرکت دستخوش افزایش متناظری در عدم قطعیت نمی‌شود. آیا این نتیجه نقض کننده اصل عدم قطعیت است؟ اصل عدم قطعیت _ یکی از اصول پایه مکانیک کوانتوم _ جهان پدیده های کوانتومی را از قلمرو فیزیک کلاسیک متمایز می‌کند. در مکانیک کوانتوم، نمی‌توان انتظار اندازه گیری مکان و اندازه حرکت دقیق یک ذره را در یک زمان مشابه داشت. این کار ممنوع است. دست کم می‌توان گفت، یافتن مورد نقضی بر این اصل نتیجه ای واقعاً اعجاب آور است.
اما این اصل نقض نمی‌شود. همان طوری که جفری هانتر شیمیدان کوانتومی توضیح می‌دهد، آزمایش پوپر برای این طراحی شده بود که میان پیش بینی (prediction) و پس بینی (retrodiction) رفتار یک ذره تمایز قائل شود. پوپر یادآور می‌شود که هایزنبرگ توافق داشت که مقادیر «پس بینانه» مکان و اندازه حرکت را می‌توان دانست به شرطی که مکان یک ذره (مثلاً هنگامی که از یک شکاف کوچک می‌گذرد) بدانیم و به دنبال آن اندازه حرکت ذره پس از عبور آن از میان شکاف را _ از محلی که صفحه آشکارساز در آن قرار دارد _ اندازه بگیریم. «فینمن» هم تاکید کرده است که اصل عدم قطعیت استنباط‌های «پس بینانه» در مورد مکان و اندازه حرکت همزمان یک ذره را رد نمی‌کند، اما اصل عدم قطعیت یقیناً «پیش بینی» دقیق هر دوی مکان و اندازه حرکت را رد می‌کند.
هانتر آزمایش کیم و شیه را پیروزی آنانی، مانند اینشتین و پوپر، می‌داند که از تفسیر واقعگرایانه نظریه کوانتوم دفاع کردند و می‌گوید: ... در هماهنگی با برداشت ابتدایی بور از ماهیت اصل عدم قطعیت که به مثابه اثر اجتناب ناپذیر اغتشاش سیستم مورد اندازه گیری به وسیله ابزار اندازه گیری است. این نتایج تجربی همچنین در موافقت با پیشنهاد مقاله ۱۹۳۵ اینشتین، پودولسکی و روزن است ...
هانتر ذکر می‌کند که استنباط دقیق مکان‌ها و اندازه حرکت‌های ذرات وسیعاً در تحلیل مشاهدات در شتاب دهنده های ذرات پرانرژی فرایندی که با آن ذرات بنیادی مدرن کشف شده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. به بیان دیگر، همان طوری که خود پوپر می‌گوید: «تاکید من این است که اغلب فیزیکدانانی که صادقانه به تفسیر کپنهاگی اعتقاد دارند در عمل واقعی به آن توجهی ندارند.» اما دیگرانی هم هستند که کمتر تحت تاثیر قرار گرفته‌اند. تا بیش کرشی این استدلال را مطرح می‌کند که: «گرچه کیم و شیه به درستی آزمایش پوپر را اجرا کردند... کار آن‌ها برای آزمودن پوپری تفسیر کپنهاگی قطعی نیست.» اما او معتقد است این کار، با اصلاحات مقتضی، می‌تواند نتیجه قطعی را به دست آورد و می‌افزاید: «آزمایشی که (ناآگاهانه) این ایده را به کار می‌بندد، در واقع انجام شده است. این همان به اصطلاح آزمایش دخالت شبح است که استرکالوف و همکارانش انجام داده‌اند.» کرشی می‌گوید، آزمایش استرکالوف نتیجه ای را به دست می‌دهد که: «در تضاد صریح با پیش بینی پوپر است... بنابراین نتیجه می‌گیریم که آزمون پوپر به نفع تفسیر کپنهاگ حکم داده است.» همان طور که هانتر بیان می‌کند، مشکل دیگر موضع واقعگرایی این است که آزمایش پوپر، چه حامی تفسیری واقعگرا از نظریه کوانتوم باشد و چه نه، تنها یکی از بسیاری از آزمایش‌ها در مورد پدیده های کوانتومی است. بنابراین چه عقیده پوپر با آزمایش اثبات شود و چه نه، آنچه که قطعاً می‌توان گفت این است که یک قرن پس از آنکه نظریه کوانتوم فیزیک کلاسیک را به کتاب‌های تاریخ روانه کرده است، هنوز کسانی هستند که مشتاقانه مسیر اینشتین، شرودینگر و پوپر را تعقیب می‌کنند و از تفسیر واقعگرایانه نظریه کوانتوم پشتیبانی می‌کنند.
منبع مقاله: باشگاه اندیشه
منبع:سایت تصور
هنگامی که آن نظریه غیرعادی، مکانیک کوانتوم، در ابتدای قرن بیستم داشت شکل نهایی خود را به دست می‌آورد، دو تفسیر متضاد از آن ظهور کرد. در یک طرف نیلس بور و ورنر هایزنبرگ قرار داشتند که از پذیرش استلزامات غریب‌تر نظریه کوانتوم، مادامی که با شواهد تجربی مطابقت داشت شادمان بودند. در طرف مقابل آلبرت اینشتین و اروین شرودینگر بودند در حالی که شواهد تجربی را می‌پذیرفتند، معتقد بودند که نظریه کوانتوم ناکامل است و بازنماینده واقعیت نیست.
به همین علت بود که شرودینگر آزمایش فکری مشهور خود را به وجود آورد: گربه ای که هم مرده بود و هم زنده _ تا یاوگی تفسیر بور _ هایزنبرگ (که تفسیر کپنهاگی هم نامیده می‌شود) را نشان دهد. شرودینگر در مقاله‌اش قصد بحث درباره آزمایش فکری مشهور دیگری یا پارادوکس EPR را هم داشت که اینشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن آن را ساخته بودند.
گرچه جزئیات پارادوکس EPR جالب توجه است اما در اینجا مورد نظر ما نیستند. کافی است که بدانیم این پارادوکس استدلال می‌کند که نتیجه یک اندازه گیری بر روی یک بخش سیستم کوانتومی می‌تواند اثری آنی بر روی نتیجه اندازه گیری انجام شده بر روی بخش دیگر داشته باشد، بدون توجه به فاصله ای که میان این دو بخش وجود دارد.
این به قول اینشتین «کنش وهمناک از راه دور» با این حدس نظریه نسبیت (که بیان می‌دارد که اطلاعات را نمی‌توان با سرعت‌های بالاتر از سرعت نور ارسال کرد) منافات دارد و بنابراین از نظر اینشتین نقضی بر تفسیر کپنهاگی تلقی می‌شود. اما دیگران قضیه را به صورتی دیگر می‌دیدند و منصفانه است که بگوییم که برای اکثریت فیزیکدانان پارادوکس EPR، مانند گربه شرودینگر، شیوه ای جالب برای نگریستن به نظریه کوانتوم فراهم آورد. اما آزمایش فکری دیگری وجود دارد که آن هم برای نشان دادن محدودیت‌های تفسیر کپنهاگی طراحی شده بود و در همان دهه ۱۹۳۰ ساخته شد. دلیل اینکه این آزمایش مانند پارادوکس EPR و گربه شرودینگر مشهور نیست، شاید این باشد که آن را نه یک فیزیکدان بلکه یک فیلسوف، کارل پوپر ابداع کرد. گرچه او در اصل این آزمایش را در سال ۱۹۳۴ ارائه کرد، تنها در سال ۱۹۸۲ با انتشار کتاب او «نظریه کوانتوم و دوپارگی در فیزیک» بود که شناسایی گسترده تری از آن به وجود آمد. به قول «تابیاش کرشی» فیزیکدان، این آزمایش «مورد توجه بسیار قرار گرفت، زیرا هیچ خطای آشکاری در استدلال آن پیدا نبود.»
همانند پارادوکس EPR، لازم نیست خودمان را با جزئیات آزمایش به همان اندازه مسحورکننده پوپر مشغول کنیم، آنچه اکنون مورد علاقه ماست این است که در سال ۱۹۹۹ «یوون _ هو کیم» و «یانوها شیه» شکل مدرنی از «آزمایش تعیین کننده» پوپر را عملی کردند و ظاهراً توانستند این عقیده پوپر را به اثبات برسانند که: «فرمالیسم کوانتومی را می‌توان و بایست به طور واقعگرایانه تفسیر کرد: یک ذره باید مکان و اندازه حرکتی معین داشته باشد... همان نظری که اینشتین داشت.»
خود پوپر پیش بینی کرده بود که این آزمایش «بر ضد تفسیر کپنهاگی» حکم خواهد داد، اما کیم و شیه واضحاً انتظار چنین نتیجه ای را نداشتند: شگفت آور است که ببینیم نتایج تجربی با پیش بینی پوپر موافقت دارد. از طریق گیر انداختن کوانتومی ممکن است آگاهی دقیق از مکان یک فوتون به دست آورد و بنابراین انتظار عدم قطعیت بزرگ‌تری را در میزان اندازه حرکت آن بر مبنای تفسیر معمول کپنهاگی از روابط عدم قطعیت داشت اما اندازه گیری نشان می‌دهد [که برخلاف این تفسیر] اندازه حرکت دستخوش افزایش متناظری در عدم قطعیت نمی‌شود. آیا این نتیجه نقض کننده اصل عدم قطعیت است؟ اصل عدم قطعیت _ یکی از اصول پایه مکانیک کوانتوم _ جهان پدیده های کوانتومی را از قلمرو فیزیک کلاسیک متمایز می‌کند. در مکانیک کوانتوم، نمی‌توان انتظار اندازه گیری مکان و اندازه حرکت دقیق یک ذره را در یک زمان مشابه داشت. این کار ممنوع است. دست کم می‌توان گفت، یافتن مورد نقضی بر این اصل نتیجه ای واقعاً اعجاب آور است.
اما این اصل نقض نمی‌شود. همان طوری که جفری هانتر شیمیدان کوانتومی توضیح می‌دهد، آزمایش پوپر برای این طراحی شده بود که میان پیش بینی (prediction) و پس بینی (retrodiction) رفتار یک ذره تمایز قائل شود. پوپر یادآور می‌شود که هایزنبرگ توافق داشت که مقادیر «پس بینانه» مکان و اندازه حرکت را می‌توان دانست به شرطی که مکان یک ذره (مثلاً هنگامی که از یک شکاف کوچک می‌گذرد) بدانیم و به دنبال آن اندازه حرکت ذره پس از عبور آن از میان شکاف را _ از محلی که صفحه آشکارساز در آن قرار دارد _ اندازه بگیریم. «فینمن» هم تاکید کرده است که اصل عدم قطعیت استنباط‌های «پس بینانه» در مورد مکان و اندازه حرکت همزمان یک ذره را رد نمی‌کند، اما اصل عدم قطعیت یقیناً «پیش بینی» دقیق هر دوی مکان و اندازه حرکت را رد می‌کند.
هانتر آزمایش کیم و شیه را پیروزی آنانی، مانند اینشتین و پوپر، می‌داند که از تفسیر واقعگرایانه نظریه کوانتوم دفاع کردند و می‌گوید: ... در هماهنگی با برداشت ابتدایی بور از ماهیت اصل عدم قطعیت که به مثابه اثر اجتناب ناپذیر اغتشاش سیستم مورد اندازه گیری به وسیله ابزار اندازه گیری است. این نتایج تجربی همچنین در موافقت با پیشنهاد مقاله ۱۹۳۵ اینشتین، پودولسکی و روزن است ...
هانتر ذکر می‌کند که استنباط دقیق مکان‌ها و اندازه حرکت‌های ذرات وسیعاً در تحلیل مشاهدات در شتاب دهنده های ذرات پرانرژی فرایندی که با آن ذرات بنیادی مدرن کشف شده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. به بیان دیگر، همان طوری که خود پوپر می‌گوید: «تاکید من این است که اغلب فیزیکدانانی که صادقانه به تفسیر کپنهاگی اعتقاد دارند در عمل واقعی به آن توجهی ندارند.» اما دیگرانی هم هستند که کمتر تحت تاثیر قرار گرفته‌اند. تا بیش کرشی این استدلال را مطرح می‌کند که: «گرچه کیم و شیه به درستی آزمایش پوپر را اجرا کردند... کار آن‌ها برای آزمودن پوپری تفسیر کپنهاگی قطعی نیست.» اما او معتقد است این کار، با اصلاحات مقتضی، می‌تواند نتیجه قطعی را به دست آورد و می‌افزاید: «آزمایشی که (ناآگاهانه) این ایده را به کار می‌بندد، در واقع انجام شده است. این همان به اصطلاح آزمایش دخالت شبح است که استرکالوف و همکارانش انجام داده‌اند.» کرشی می‌گوید، آزمایش استرکالوف نتیجه ای را به دست می‌دهد که: «در تضاد صریح با پیش بینی پوپر است... بنابراین نتیجه می‌گیریم که آزمون پوپر به نفع تفسیر کپنهاگ حکم داده است.» همان طور که هانتر بیان می‌کند، مشکل دیگر موضع واقعگرایی این است که آزمایش پوپر، چه حامی تفسیری واقعگرا از نظریه کوانتوم باشد و چه نه، تنها یکی از بسیاری از آزمایش‌ها در مورد پدیده های کوانتومی است. بنابراین چه عقیده پوپر با آزمایش اثبات شود و چه نه، آنچه که قطعاً می‌توان گفت این است که یک قرن پس از آنکه نظریه کوانتوم فیزیک کلاسیک را به کتاب‌های تاریخ روانه کرده است، هنوز کسانی هستند که مشتاقانه مسیر اینشتین، شرودینگر و پوپر را تعقیب می‌کنند و از تفسیر واقعگرایانه نظریه کوانتوم پشتیبانی می‌کنند.
منبع مقاله: باشگاه اندیشه
منبع:سایت تصور
