Quantum Programming Chat

#اصل_مکملیت بخش دوم: ریچارد فاینمن که به راستی یکی از تاثیرگذارترین فیزیکدان های تاریخ در پیشبرد مکانیک کوانتوم است، درباره آزمایش معروف دو شکاف به دانشجویانش در کلاس میگوید: "آزمایش دو شکاف قلب مکانیک کوانتومی را در خود دارد. در واقع، تنها راز را در بر دارد...هیچ کس نمی تواند توضیحی عمیق تر از آنچه که من از این پدیده داده ام به شما بدهد." گویا توضیحاتش خیلی غیرقابل درک بنظر میرسیده! اما طبق گفته های خودش، توضیحی عمیق تر وجود ندارد، واقعا هم وجود ندارد! علتش این است که ما با دو خاصیت بسیار عجیب و شگفت انگیز، یعنی موجی-ذره ای از مواد و نور مواجهیم. این دو که به دو بال یک پرنده تشبیه شدند، طبق اصل مکملیت بور باید باهم وجود داشته باشند، اما نمیتوانند همزمان باهم اتفاق بیافتند؛ ما یا ذره میبینیم یا موج. در آزمایش دو شکاف، وقتی فوتون یا الکترون با دو شکاف روبرو میشوند، رفتار موجی نشان میدهند و اگر یک دتکتور یا آشکار ساز در محل دوشکاف قرار دهیم، دیگر شاهد رفتار موجی نیستیم! این همان اصل کوانتوم است که به اصل نظارت و اندازه گیری هم میشناسیم. ما با یک چیز واحد و یکپارچه و رفتار آماری و میانگینی روبرو هستیم و نام آن را "نور و ماده" میگذاریم. اما در ریاضیات، همه ما بر سر اعداد توافق کردیم. مثلا به سیب میگوییم: یک عدد سیب! اما آیا واقعا با یک عدد سیب طرفیم؟ اصلا عدد 1 یعنی چه؟ آیا قبل از ظهور انسان، چیزی بنام 1 در طبیعت وجود داشت؟ همان سیب را میتوان به بخش های زیادی تقسیم کرد. تا قبل از اینشتین و زمینه سازی های قبل از او توسط دیگر فیزیکدانان تاریخ، قرن ها کلیسا دیدگاهش بر جامعه حاکم بود. کلیسا میگفت ماده را تا بینهایت مرتبه میتوان نصف کرد، یعنی مثلا یک ریسمان یک متری را میتوان نصف کرد که میشود 50 سانتی متر و نصف آن را نیز میتوان دوباره نصف کرد که میشود 25 سانتی متر و الی آخر... اگر طول یک ریسمان که مثالی از ماده است را بشود تا بی نهایت نصف کرد، پس مسافت را هم باید بتوان نصف کرد. فرض کنید میخواهیم از یک مبداء مشخص به یک مقصد مشخص برویم؛ مثلا از خانه مان بلند میشویم و حرکت میکنیم، سپس بعد از گذر مقداری زمان، به محل کار یا دفتر مان میرسیم و دوباره این مسیر را بعد از ظهر بازمیگردیم. اگر مسافت از نظر عددی(ریاضیاتی) در عمل و بصورت فیزیکی هم تا بینهایت نصف بشود، پس میتوان پرسید که چگونه به مقصد میرسیم؟ چون فرآیند نصف کردن مسافت از نظر عددی و طول، هیچ موقع تمام نمیشود و تا بینهایت بار میشود نصف کرد. حتی مکاتب فلسفی بسیار مطرحی وجود دارند که میگویند ماده، نور، زمان و طول را میشود تا بینهایت بار نصف کرد! اما همواره این سوال مطرح است که پس چرا مبداء تا مقصد بعد از پیمودن راه بمدت زمان مشخص، تمام میشود و به مقصد میرسیم؟! پس باید چیزی وجود داشته باشد که مسافت و طول، زمان، میزان انرژی و مقدار ماده را محدود نگه دارد. در اینجا به یک عدد میرسیم که پلانک آن را محاسبه و با نماد h ارائه کرد. آن عدد که به ثابت پلانک مشهور است: h= 6.62 × 10-³⁴ Js که بصورت کاهیده میشود: ℏ= h/2π = 1.05 × 10-³⁴ Js اما آیا سوالمان پاسخ داده شد؟ نه! همچنان موضوع سر جایش است؛ آیا عدد 1 واقعا یک دانه است؟ آیا وقتی میگوییم یک عدد سیب، فقط یک عدد سیب داریم؟ یا توافق کردیم که به آن جسم قرمز رنگ که از درخت میچینیم بگوییم یک عدد سیب؟ حقیقت این است که خود سیب به تکه های زیادی تقسیم میشود، از حدی کوچکتر هم تقسیم نمیشود و بنا بر ثابت پلانک، به مقیاس های کوچکی میرسیم و در حوزه ذرات بنیادی دیگر نمیشود چیزی را تقسیم کرد، اما همچنان اعداد سر جای خودشان هستند و خود ثابت پلانک هم حتی کاهیده میشود و با علامت اچ بار ℏنمایش داده میشود! پس واقعا ذات عدد چیست؟ صرفا یک توافق منطقی بر سر رفتار موجی-ذره ای چیزی که اصلا نمیدانیم آن چیز هم چیست! واقعا آن چیست؟ انرژی؟ میدان کوانتومی؟ آیا اینها جواب سوال هستند؟ حقیقتا خیر! موضوع این است: نمیدانیم! اما میشود کمی عمیق تر شد تا فهمید واقعا چه خبر است؟ یک سیب را به قطعات ریزتری بنام اتم تقسیم میکنیم، در آن ابعاد و مقیاس، رفتارها بسیار عجیب هستند. اصل مکملیت و خاصیت ذره ای یا موجی بودن. این دو باهم ارتباط مستقیم دارند، رفتاری از یک چیز واحد هستند که نمیدانیم دقیقا و ماهیتاً آن چیز چیست! فقط فهمیدیم گاهی موج است، گاهی ذره، و میشود انتخاب کرد که کدام خاصیت را اجرا کند. مثلا کاملا دست ما است و مختاریم یک آشکار ساز را در محل دو شکاف قرار بدهیم تا شاهد رفتار ذره ای باشیم، یا آشکار ساز را برداریم تا شاهد رفتار موجی باشیم. اینکه ما مختاریم تا انتخاب کنیم خیلی مهم است. فراموش نکنید، ماده و نور حاصل اصل مکملیت و دو رفتار از یک چیز هستند! خیلی عجیب است، به راستی هیچ توضیح عمیق تری وجود ندارد! ⚛کانال تخصصی فیزیک هسته ای⚛ ☢ @Nuclear_ph_ysics ☢