آیا مکانیک کوانتومی می تواند توصیف کاملی از «واقعیت فیزیکی» ارائه دهد؟

واقعیت و حقیقت دو واژه ای هستند که معمولاً در تعریف خود باعث سوء تفاهم می شوند، اما اگر با دقت بیشتری به آنها نگاه کنیم، این مشکل حل می شود. واقعیت پدیده ای است که در حال حاضر وجود دارد و حقیقت یک پدیده آفریده شده است. فیلسوفان و فیزیکدانان بزرگ از آغاز تاریخ تا به امروز تلاش کرده اند تا توصیفی از واقعیت به دست آورند و تناقضات زیادی بین آنها وجود داشته است. در اوایل قرن بیستم، زمانی که فیزیکدانان در بحبوحه پذیرش مکانیک کوانتومی بودند، شخصیت‌های بزرگی مانند آلبرت انیشتین سعی کردند آن را با توصیف کامل «واقعیت فیزیکی» تطبیق دهند.

264e21cb1580bd28bbd7fb657270aba1 قطب آی تی
تفاوت بین واقعیت و حقیقت

واقعیت فیزیکی یک پدیده موجود است که می تواند «دریافت» یا به عبارت دیگر اطلاعات دریافت شود. واقعیت خیالی یک پدیده موجود است که در بین مردم پذیرفته شده است و ما همیشه به آن اشاره کرده ایم. به عنوان مثال می دانیم که در واقعیت فیزیکی شیر سلطان جنگل نیست، اما در واقعیت تخیلی همه ما پذیرفته ایم که شیر سلطان جنگل است و همیشه به آن اشاره می کنیم.

آنچه در ادامه می آید ترجمه مقاله «آیا توصیف مکانیکی کوانتومی واقعیت فیزیکی کامل است؟» است. این کتاب که توسط آلبرت انیشتین به همراه بوریس پودولسکی و ناتان روزن نوشته شده است، محاسبات ریاضی خود را حذف کرده و برای مخاطبان علاقه مند نوشته شده است. البته این مقاله آنقدر در دنیای فیزیک تاثیرگذار است که با مخفف نویسندگانش EPR شناخته می شود. فیزیکدانان به بحث در مورد اطلاعات این مقاله ادامه می دهند و تمام مکانیک کوانتومی را با دلایل منطقی و معتبر زیر سوال می برند.

ارزیابی نظریه های فیزیکی

هر فرض مهمی که در یک نظریه فیزیکی مطرح شود باید بین واقعیت عینی و مفاهیم فیزیکی تمایز قائل شود. واقعیت عینی مستقل از هر نظریه است و مفاهیم فیزیکی با نظریه همخوانی دارد [مورد نظر] آثار. این مفاهیم فیزیکی با واقعیت عینی مرتبط هستند و در واقع با این مفاهیم می توانیم تصویری از واقعیت برای خود بسازیم.

برای ارزیابی یک نظریه فیزیکی، باید دو سوال از خود بپرسیم: آیا این نظریه درست است و آیا توصیفی که به ما می دهد کامل است؟ اگر پاسخ این دو سوال مثبت باشد، می توان گفت که مفاهیم این نظریه راضی کننده است. البته صحت یک نظریه را می توان با مقایسه نتایج نظریه و تجربه بشری تشخیص داد. در [دنیای] فیزیک، آن تجربه ای که خود برگرفته از واقعیت است، از طریق آزمایش و اندازه گیری انجام می شود. اکنون سعی می کنیم تنها به سوال دوم در مکانیک کوانتومی پاسخ دهیم.

هر معنای دلخواه را می توان به کلمه «کامل» نسبت داد. [اما] ابتدا باید در نظر بگیریم که لازمه کامل بودن یک نظریه این است که «هر عنصری که در واقعیت فیزیکی وجود دارد باید یک عنصر متقابل در آن نظریه فیزیکی داشته باشد». این عبارت را می توان شرط کامل بودن یک نظریه دانست. بنابراین، پس از بررسی عناصر واقعیت فیزیکی، به راحتی می توان به سوال دوم نیز پاسخ داد.

  خلاصه روز: یکشنبه 28 خرداد 1401
5b9f0dda3c00005b000acccf قطب آی تی

عناصر واقعیت فیزیکی را نمی توان با فرض پیشینی فلسفی تعیین کرد، بلکه می توان آن را از طریق آزمایش و اندازه گیری به دست آورد. “اگر بتوانیم یک کمیت فیزیکی را با قطعیت و بدون هیچ گونه اختلالی در سیستم اندازه گیری کنیم، می توانیم بگوییم که عنصری در واقعیت فیزیکی وجود دارد که مربوط به آن کمیت فیزیکی است.” اگرچه این تعریف و معیار همه راه های ممکن برای تشخیص را به ما نشان می دهد. واقعیت فیزیکی، حداقل راهی را به ما نشان می دهد که در شرایط داده شده اتفاق می افتد. این معیار شرط کافی (نه ضروری) برای واقعیت است که با توصیف واقعیت کلاسیک و کوانتومی همخوانی دارد.

برای توصیف همه این ایده ها و شرایط، ابتدا باید توصیف کوانتومی رفتار یک ذره با یک درجه آزادی را در نظر بگیریم. مفهوم اصلی این نظریه در واقع مفهوم «وضعیت» است که به طور کامل با تابع موج آن توصیف می شود و این تابع موجی می تواند رفتار ذره را توجیه کند. [همانطور که گفتیم،] با هر کمیت قابل مشاهده فیزیکی یک عملگر وجود دارد.

در این حالت، مکانیک کوانتومی می تواند به طور قطعی کمیت ما را زمانی که در یک حالت خاص با عملگر آن کمیت قرار دارد، اندازه گیری کند. با توجه به معیاری که توضیح دادیم، پس عنصری در واقعیت فیزیکی وجود دارد که به کمیت فیزیکی ما مربوط می شود و هر چیزی که توسط آن توصیف می شود واقعی است.

اما اگر چنین چیزی توصیف نشود، دیگر کمیت فیزیکی را نمی توان واقعی دانست. به عنوان مثال، در این وضعیت جرم و سرعت یک ذره (به نام تکانه) واقعی است. اما برای اندازه‌گیری موقعیت یک ذره، مکانیک کوانتومی فقط می‌تواند احتمال آن را در محدوده‌ای از حرکت به دست آورد. با این حال، از آنجایی که این احتمال به موقعیت خاصی بستگی ندارد و با دامنه حرکتی اندازه گیری می شود، می توان گفت که همه مقادیر در این محدوده به یک اندازه محتمل هستند و مقدار دقیق آن قابل اندازه گیری و پیش بینی نیست. اما می توان آن را با مشاهده مستقیم اندازه گیری کرد.

اما این اندازه گیری بر اساس مکانیک کوانتومی (اصل عدم قطعیت) سیستم را مختل می کند و “وضعیت” ذره را تحت تأثیر قرار می دهد و دیگر توسط مکانیک کوانتومی قابل توصیف نیست. بنابراین، در مکانیک کوانتومی، وقتی تکانه یک ذره مشخص است، موقعیت آن دیگر یک «واقعیت فیزیکی» نیست.

  پخش زنده لیورپول منچسترسیتی در 11 اکتبر 1400. [هفته هفتم لیگ جزیره]

به طور کلی، اگر دو عملگر که دو کمیت فیزیکی متفاوت از یک ذره را توصیف می‌کنند مستقل و غیرهمبسته باشند، دانستن یکی از آنها مانع از اندازه‌گیری دیگری می‌شود. علاوه بر این، هرگونه تلاش برای اندازه گیری کمیت دیگر بر وضعیت سیستم تأثیر می گذارد و دانش قبلی ما را از کمیت دیگر از بین می برد.

بنابراین، یا توصیف مکانیکی کوانتومی واقعیت با تابع موج یک ذره «کامل» نیست، یا دو کمیت فیزیکی ما به طور همزمان در یک واقعیت وجود ندارند. با توجه به شرایط کامل بودن یک نظریه، اگر این دو کمیت به طور همزمان در یک واقعیت قرار می گرفتند و مقدار معینی داشتند، این مقادیر می توانستند توصیف کاملی از ذره و در نتیجه واقعیت را به ما ارائه دهند. بنابراین، اگر تابع موج ذره بتواند توصیف کاملی از واقعیت به ما بدهد، می تواند مقدار این دو کمیت را اندازه گیری و پیش بینی کند. اما می بینیم که مکانیک کوانتومی چنین شرایطی ندارد و تنها یک شرط جایگزین باقی می ماند.

در مکانیک کوانتومی، به طور کلی فرض بر این است که “یک تابع موج توصیف کاملی از واقعیت فیزیکی وضعیت سیستمی که با آن مرتبط است ارائه می دهد.” از آنجایی که به نظر می رسد مکانیک کوانتومی می تواند اطلاعاتی را از یک سیستم منطبق با واقعیت بدون ایجاد اختلال در آن استخراج کند، این بیانیه ممکن است در نگاه اول منطقی به نظر برسد. اما اگر آن را با استانداردی که برای واقعیت توصیف کرده ایم مقایسه کنیم، به تناقض می رسیم.

ارزیابی نظریه مکانیک کوانتومی در توصیف آن از واقعیت

برای مقایسه این دو ابتدا باید در نظر داشت که این دو سیستم در یک بازه زمانی معینی با هم تعامل دارند و از آن دوره به بعد دیگر با هم تعامل ندارند و قبل از آن وضعیت این دو سیستم برای ما مشخص بود. بنابراین با کمک تابع موج می توان وضعیت سیستم را در هر زمانی بین بازه زمانی مشخص شده و حتی قبل از آن به دست آورد. البته طبق قوانین مکانیک کوانتومی می توان با استفاده از اندازه گیری های بعدی که به «کاهش بسته موج» معروف است، بعد از این بازه زمانی، وضعیت سیستم را به دست آورد.

اجازه دهید ابتدا در مورد الزامات این فرآیند صحبت کنیم. فرض کنید در اولین ذره (سیستم) مقادیر ویژه یک کمیت فیزیکی داریم که با توابع خاصی که برای توصیف وضعیت ذره اول استفاده می شوند، مرتبط هستند. حال در نظر بگیرید که کمیت فیزیکی مورد نظر ما در این شرایط اندازه گیری می شود. در نتیجه حالت ذره اول پس از اندازه گیری همان تابع خاص مربوط به آن است و وضعیت ذره دوم با این کار مشخص می شود. یعنی تابعی که حالت ذره اول را توصیف می کند به مقدار کمیت فیزیکی ما بستگی دارد و سپس وضعیت ذره دوم مشخص می شود. این یک تعمیم از فرآیند کاهش به یک جعبه موج است که مقدار خاصی را برای حالت دوم ذره می دهد.

  با یادگیری نقشه راه دیجیتال مارکتینگ از بازاریابی دیجیتال درآمد کسب کنید

در نتیجه تاثیر محاسبات حالت ذره اول در حالت ذره دوم قابل مشاهده است و این در صورتی است که طبق مکانیک کوانتومی در لحظه اندازه گیری این دو ذره دیگر به هم مرتبط نیستند. نسبت به یکدیگر، و هیچ تغییر واقعی در ذره دوم اتفاق نمی افتد. البته، این فقط توضیحی است از آنچه اتفاق می افتد زمانی که هیچ ارتباطی بین دو ذره وجود ندارد. بنابراین می توان دو تابع موج متفاوت را به یک واقعیت نسبت داد.

در این مورد، با توجه به شواهد قبلی، فرض می کنیم که توصیف مکانیک کوانتومی وضعیت یک سیستم (یا ذره) کامل نیست، یا دو عملگر مربوط به کمیت های فیزیکی مستقل از یکدیگر هستند و در یکسان نیستند. واقعیت در عین حال اما اکنون، حتی با فرض کامل بودن توصیف مکانیکی کوانتومی یک سیستم، متوجه می‌شویم که دو کمیت فیزیکی با عملگرهای مستقل می‌توانند به طور همزمان در یک واقعیت وجود داشته باشند. بنابراین انکار فرض اول منجر به انکار فرض دوم می شود و باید گفت که مکانیک کوانتومی نمی تواند واقعیت فیزیکی را با تابع موج توصیف کند.

is physical reality an illusion قطب آی تی

ممکن است این نتیجه را زیر سوال ببرید و بگویید شاید تعریف ما از واقعیت فیزیکی کافی نباشد. البته باید گفت که اگر بتوانیم دو کمیت فیزیکی را به طور همزمان اندازه گیری و پیش بینی کنیم، نیازی به این نتیجه گیری نبود! علاوه بر این، از آنجایی که دو کمیت فیزیکی را می توان به طور جداگانه اندازه گیری کرد و نه همزمان، و همانطور که دیدیم، اندازه گیری سیستم اول سیستم دوم را مختل نمی کند. در این صورت چنین چیزی در هیچ تعریف منطقی از واقعیت نمی تواند اتفاق بیفتد.

اگرچه در اینجا نشان داده شده است که تابع موج نمی تواند توصیف کاملی از واقعیت فیزیکی ارائه دهد، اما ما با این سوال روبرو هستیم که آیا اصلاً چنین توصیفی “وجود دارد”.

دیدگاهتان را بنویسید

این سایت توسط reCAPTCHA و گوگل محافظت می‌شود حریم خصوصی و شرایط استفاده از خدمات اعمال.