وقتی گالیله در سال ۱۶۱۰ میلادی یافته‌های خود را در تایید نظر کوپرنیک مبنی بر ثابت نبودن زمین و گردش آن بدور خورشید منتشر کرد باعث شد تا وی از سوی کلیسا مورد بازجویی و تفتیش عقاید قرار گیرد. این نظریه مخالف نص کتاب مقدس بود و از سویی با نظریات ارسطو که کلیسا حامی آن بود همخوانی نداشت. وی مجبور به امضای تو به نامه ای با این مضمون شد:
توبه نامه گالیله: در هفتادمین سال زندگی در مقابل شما به زانو در آمده ام و در حالی که کتاب مقدس را پیش چشم دارم و با دست های خود لمس می کنم توبه می کنم و ادعای خالی از حقیقت حرکت زمین را انکار می‌کنم و آن را منفور و مطرود می نمایم.
شش سال بعد رسماً از تدریس نظریه کوپرنیک در دانشگاه منع شد و تا سالها بعد مرتب مورد بازخواست کلیسا قرار می‌گرفت. سرانجام گالیله علی‌رغم اعتقاد درونی اش مجبور شد اعتراف کند که نظریه ارسطو درست است و زمین مرکز جهان است. ولی با این حال همواره تا آخرین لحظه عمر قلبا اعتقاد داشت که زمین مرکز جهان نیست و به دور خورشید میچرخد.
این را مقایسه کنید با مکانیک کوانتوم
نظریه کوانتوم توسط ماکس پلانک مطرح شد اما خودش از آن خشنود نبود، حتی وقتی انیشتین فتوالکتریک را بر اساس تئوری پلانک توضیح داد که تاییدی بر صحت نظریه او بود بلافاصله با آن به مخالفت برخاست.
حتی انشتین هم که باعث پیشرفت و توسعه این نظریه شده بود با پیشرفت های بعدی از مخالفان سرسخت کوانتوم شد. شرودینگر نیز که فرمول بندی مکانیک کوانتوم را انجام داده بود و به خاطر آن جایزه نوبل دریافت کرده بود هم در صحت کار خود شک داشت و کوشید تا با آزمایش ذهنی گربه درون جعبه دیگران را متوجه پوچی کوانتوم بکند.
بدون شک معمای رمزآلود فیزیک کوانتوم معمای عمیقی است ولی رازی که در بطن فیزیک کوانتوم نهفته است به طور غیر مستقیم، درک ما را از حقیقی بودن جهان و هر آنچه در آن است (از جمله خود ما)، مورد هدف قرار می دهد. در حالی که تئوری فیزیک کوانتوم یکی از تئوری هایی است که از پیکار آزمایشات فراوانی در عرصه علم جان سالم به در برده است. علی رغم مشخصه های نامأنوس فیزیک کوانتوم برای بسیاری از دانشمندان در صحت این نظریه، تردید چندانی باقی نمانده مقاومت عده‌ای دربرابر آن ناموجه جلوه می کند. اما….
آزمایش عجیب دو شکاف (The Double Slit Experiment)
برای صحبت درباره فیزیک کوانتوم، بهترین کار این است که با آزمایش یانگ در سال ۱۸۰۳ شروع کنیم. در آزمایش یانگ، از یک منبع ریز نور و یک صفحه استفاده شده بود. یانگ، میان این دوشیء، یک مانع با دو شیار نازک عمودی موازی با یکدیگر قرار داد. یانگ میدانست که درصورتیکه نور، تنها جریانی از ذرات ریز باشد، باید از هرکدام از شکاف ها گذشته و روی یک صفحه پشت آن ها جمع شود. این دقیقا همان چیزی بود که با پوشاندن یکی از شکاف ها و باز گذاشتن شکاف دیگر اتفاق افتاد. یک نوار عمودی باریک نور، روی صفحه‌ی پشت سوراخ ظاهر شد. یانگ مسلما انتظار داشت که زمانیکه شکاف دیگر را هم باز میکند، دو نوار باریک نوری ببینید؛ اما اینگونه نشد. بیشتر بخش های صفحه را مجموعه ای از نوارهای عمودی تاریک و روشن پر کرده بود. یانگ این مشاهده را اینگونه توجیه کرد که نور مثل یک موج عمل میکند و از هر دوشکاف عبور میکند و پس از گذشتن از میان شکاف ها با یکدیگر تداخل کرده و این پدیده رخ می دهد.
به این ترتیب، وقتی دو قله موج باهم تلاقی میکنند، باعث تقویت یکدیگر میشوند و وقتی یک قله ی موج و یک دره موج باهم تلاقی میکنند] هر دو خنثی میشوند. در نتیجه، مجموعه ای از نوارهای روشن و تاریک روی صفحه دیده میشود. دانشمندان این پدیده را الگوی تداخل مینامند، زیرا از تداخل مواج با یکدیگر حاصل میشود. پس نور بدون شک یک موج بود. اما شواهدی نیز وجود داشت که نشان میداد خواص ذره ای نیز دارد ( که بعد ها به آن فوتون نیز گفته شد).
سر انجام، منبع نوری اختراع شد که قادر بود هر بار تنها بک فوتون آزاد کند. آزمایش دوشکاف یانگ دوباره انجام شد. اما این بار به جای صفحه ی عادی از کاغذ عکاسی استفاده شد، زیرا یک فوتون، کم نور تر از آن است که روی صفحه دیده شود. حال بعد از عبور میلیون ها فوتون از شکاف ها ( به صورت تک تک)، الگوی مورد نظر بر روی کاغذ عکاسی قابل مشاهده شد و با ظاهر کردن عکس همان الگوی تداخل پیشین مشاهده شد. دانشمندان اینگونه نتیجه گرفتند که هر یک از فوتون ها به صورت موجی حرکت کرده و به طور همزمان از هر دو شکاف رد شده و با خودشان تداخل داشته اند و تنها هنگامی که با کاغذ عکاسی برخورد کرده اند به صورت ذره ای در موقعیتی خاص ظاهر شده اند، که این بسیار عجیب بود. دانشمندان تصمیم گرفتند کنار شکاف ها ردیاب فوتون قراردهند تا مسیر واقعی فوتون را مشاهده کنند. آن ها موفق تهیه ردیاب شدند، ولی وقتی این آزمایش را انجام دادند، الگوی تداخل ناپدید شد و تنها دو خط باریک پست هر شیار روی صفحه ظاهر شد. ظاهرا فوتون ها “می‌دانستند” که در معرض مشاهده شدن قرار دارند و به همین دلیل به جای این که به صورت موجی عمل کنند، رفتار ذره ای پیش گرفتنند. تمام این توضیحات را در ویدیو پایین قابل لمس و درک است با دقت تماشا کنید.
در این ویدیو چهار حالت فوق الذکر به وضوح نشان داده شده است.
- حالت ذره ای
- حالت موجی
- حالت کوانتومی
- حالت کوانتومی به همراه مشاهده کننده
همانطور که در کلیپ میبینید در حالت چهارم فوتون رفتار خود را نسبت به حالت 3 تغییر میدهد و اینجاست که ماجرا عجیب میشود. گویی فوتون میداند که در حال مشاهده شدن است.
سرانجام ، دانشمندی به نام جان ویلر آزمایشی پیشنهاد کرد که طی آن ، صفحه می توانست درست در آخرین لحظه ی پیش از برخورد فوتون ، با یک دستگاه ردیاب نوری جایگزین شود ، به این ترتیب میشد فهمید فوتون از کدام شکاف عبور کرده است . تصمیم درباره ی کنار کشیدن یا نکشيدن صفحه ، باید بعد از عبور فوتون از میان شکاف گرفته میشد . در زمانی که ويلر این آزمایش را مطرح کرد ، انجام آن از لحاظ فنی غیرممکن بود . اما چند سال بعد، امکان انجام آزمایش به وجود آمد . نتیجه ی آزمایش چنین بود : هنگامی که صفحه در جای خود قرار داشت، فوتون طبق الگوی تداخل رفتار می کرد، حال آن که اگر صفحه در لحظه آخر، برداشته می شد تا اطلاعات مربوط به این که از کدام شکاف عبور کرده به دست آید، فوتون طبق الگوی تداخل رفتار نمی کرد. گویا فوتون می دانست هنگام رسیدن به شکاف چگونه عمل کند. هر چند که تصمیم درباره ی برداشتن یا برنداشتن صفحه در لحظه ی آخر گرفته میشد. ظاهرا یا فوتون می توانست آینده را پیش بینی کند یا این که تصمیم درباره ی قرارگیری صفحه، می توانست گذشته را تغییر دهد.
دانشمندان این طور نتیجه گرفتند که در نظریه کوانتوم، جایی برای علیت وجود ندارد. گویا اتفاقاتی که در زمان حال می افتند میتوانند گذشته را تغییر دهند و این اوج غرابت کوانتوم بود.
اگر خواندن این مطالب شما را آشفته کرده نگران نباشید. افراد زیادی از این مسئله آشفته شده اند، از جمله آلبرت انشتین.
این مطلب ادامه دارد…
Credit: Quantum Physics in Huppa
