خود‌کشی کوانتومی چیست؟

روش‌های معدودی برای اثبات وجود جهان موازی وجود دارد که یکی از آن‌ها استفاده از خودکشی کوانتومی است. اما این روش چیست و نحوه عملکرد آن چگونه است؟

کد خبر: ۱۰۰۰۲۱۹

تاریخ: ۱۲ شهريور ۱۳۹۹ - ۱۶:۳۴

به گزارش «تابناک»، میعاد بافراست در سایت زومیت نوشته است: مردی در مقابل تفنگی می‌نشیند که سر او را نشانه رفته است. این تفنگ یک وسیله‌ی عادی نیست و در واقع به ماشینی متصل است که چرخش ذرات کوانتومی را می‌سنجد و هر موقع که ماشه‌ی تفنگ فشرده می‌شود این ماشین چرخش ذرات یا همان کوارک‌ها را اندازه می‌گیرد و با توجه به این اندازه‌گیری‌ها، تفنگ تصمیم به شلیک یا عدم شلیک می‌گیرد. اگر چرخش کوارک در جهت ساعتگرد باشد تفنگ شلیک کرده و اگر در جهت پادساعتگرد باشد، فقط صدای کشیده شدن ماشه می‌آید و شلیکی صورت نمی‌گیرد.

فرد مورد نظر با اضطراب ماشه‌ی تفنگ را فشار می‌دهد، اما فقط صدای ماشه می‌آید و شلیکی صورت نمی‌گیرد و هر چقدر ماشه را فشار می‌دهد شلیکی صورت نمی‌گیرد. در حالی که تفنگ پر بوده و آماده‌ی شلیک است. او چندین بار این‌کار را انجام می‌دهد و مدام در حال فشار ماشه است، اما تا ابد نتیجه یکسان است و شلیکی رخ نمی‌دهد. اما اگر زمان به عقب برگردد و اگر در همان بار اول چرخش کوارک به صورت ساعتگرد اندازه‌گیری شود، شلیک صورت می‌گیرد و فرد مورد نظر می‌میرد.

خود فرد اطلاعی ندارد، اما او هم مرده و هم زنده است

او که بار اول ماشه را فشرد و چندین و چند بار دیگر فشار داد، اما شلیکی صورت نگرفت. پس چطور ممکن است که مرده باشد؟ در واقع خود فرد اطلاعی ندارد، اما او هم مرده و هم زنده است. هر بار که او ماشه را می‌کشد جهان به دو قسمت تقسیم می‌شود و یک نسخه از او زنده مانده و دیگری می‌میرد و این کار تا ابد ادامه پیدا می‌کند.

این آزمایش که در تخیلات افراد انجام می‌شود به خودکشی کوانتومی مشهور است. خودکشی کوانتومی اولین بار توسط مکس تگمارک که استاد دانشگاه پرینستون بوده است، مطرح شد. سطح کوانتوم، کوچک‌ترین سطحی از ماده است که دانشمندان موفق به کشف آن شده‌اند. در این سطح ماده بسیار کوچک است و با استفاده از روش‌های قدیمی نمی‌توان به تحقیق در مورد آن پرداخت.

فیزیک کوانتوم

به جای استفاده از روش‌های علمی سنتی دانشمندان برای بررسی این سطح از ماده نیاز به انجام آزمایش‌های مربوط به تخیل دارند. با وجود این که این آزمایش‌ها به صورت فرضی انجام می‌شوند، اما ریشه در داده‌های مشاهده شده‌ی واقعی در فیزیک کوانتوم دارند.

مشاهدات علمی در سطح کوانتو به جای پاسخ به سوالات، سوالات بیشتری را نیز در ذهن دانشمندان ایجاد کرده است. رفتار ذرات کوانتومی غیرقابل پیش‌بینی هستند و درک ما از احتمالات را به چالش می‌کشند. برای مثال فوتون که کوچک‌ترین جز شناخته شده‌ی نور است هم رفتار موج و هم رفتار ذره را از خود به نمایش می‌گذارد. به عنوان مثال دیگر ذرات در این سطح به جای حرکت در یک مسیر مشخص در هر لحظه، در آن واحد می‌توانند دو مسیر را طی کنند! پس نیاز به تحقیق بیشتر در مورد این سطح احساس می‌شود و هر چه بیشتر در مورد آن تحقیق می‌کنیم متوجه می‌شویم که چقدر اطلاعات کمی در مورد جهان خود داریم.

دانش ما از فیزیک کوانتوم در حال حاضر به اندازه‌ی درکی است که یک منجم مصری یک قرن پیش در مورد علم نجوم داشته است. محققان کمی معتقدند که با تحقیق بیشتر در مورد سطح کوانتوم موفق به کشف نظم خواهیم شد، اما در حال حاضر آن‌چه که به نظر می‌آید یک بی‌نظمی غیرقابل پیش‌بینی است. اما آیا این سطح با مدل‌های سنتی علمی قابل درک نیست؟

در این مقاله نگاهی به خودکشی کوانتومی کرده و نتایجی که در مورد دنیای کوانتوم در اختیار ما قرار می‌دهد را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

یکی از مشکلات بزرگ در آزمایش‌های کوانتومی، تمایل انکار ناپذیر محققان برای دخالت در سرعت و شرایط ذرات است. این اتفاق تنها با مشاهده‌ی ذرات کوانتومی رخ می‌دهد و این اتفاق برای فیزیکدانان دنیای کوانتوم بسیار کلافه کننده است. برای مقابله با این اتفاق، فیزیکدان‌ها ماشین‌های عظیم‌الجثه‌ای مانند شتاب‌دهنده‌ی ذرات را ساخته‌اند تا هرگونه دخالت فیزیکی انسان‌ها بر روی شتاب‌دهی انرژی حرکتی ذرات را به صفر برسانند.

با این حال نتایج مختلف بدست آمده در بررسی یک ماده‌ی مشخص نشان می‌دهند که ما نمی‌توانیم بر رفتار ذره اثری نگذاریم. حتی فیزیکدان‌های فعال در زمینه‌ی نور نیز نمی‌توانند تاثیری بر رفتار این ذرات کوانتومی یا کوانتا‌ها نگذراند.

این پدیده اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نامیده می‌شود. ورنر هایزنبرگ که یک فیزیکدان آلمانی است، مشخص کرد که مشاهده‌ی این ذرات توسط ما باعث تغییر رفتار آن‌ها می‌شود. شاید به نظر درک این موضوع کمی سخت باشد، اما اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مفهومی ساده را بیان می‌کند که اساس و پایه‌ی فیزیک کوانتومی دارد.

فرض کنید با پرتاب توپ به سمت یک شی سعی دارید تا فاصله‌ی آن را از خودتان اندازه بگیرید. اگر توپ را پرتاب کنید و در زمان کمی به سمت شما برگردد، شی مورد نظر فاصله‌ی کمی با شما داشته است، اما اگر آن را به شیئی که در فاصله‌ی دور قرار دارد پرتاب کنید در مدت زمان بیشتری به سمت شما بازخواهد گشت.

اگر توپ شما بزرگ باشد و آن را به سمت شی کوچکی پرتاب کرده باشید، پس از برخورد توپ شی مورد نظر به سمتی پرتاب می‌شود. با برگشت توپ شما می‌توانید محل شی را قبل از برخورد توپ تعیین کنید، اما از موقعیت کنونی آن اطلاعی نخواهید داشت. به علاوه می‌توانید سرعتی که توپ در اثر برخورد به شی داده است را محاسبه کنید، اما از سرعت قبل از برخورد شی اطلاعی ندارید تا بتوانید با استفاده از سرعت محاسبه شده، محل کنونی آن را پیش‌بینی کنید.

این مشکلی است که توسط هایزنبرگ مطرح شده است. او می‌گوید برای مشخص شدن سرعت یک ذره باید آن را محاسبه کنیم، اما بدون تاثیر بر ذره توانایی انجام این کار را نخواهیم داشت. این موضوع در مورد موقعیت ذره نیز صادق است و عدم اطلاع دقیق از موقعیت و سرعت ذره، کار را برای بررسی این ذرات دشوار می‌کند.

هر چند دانشمندان به سمت این ذرات توپی پرتاب نمی‌کنند، اما برای ذره در آن سطح، برخوردی بسیار کوچک می‌تواند تاثیر بزرگی بر رفتار ذره بگذارد.

به این دلیل باید فیزیکدان‌ها برای بررسی این سطح از ماده، آزمایش‌های مرتبط با تخیل را براساس مشاهدات دنیای واقعی، طراحی کنند. این آزمایش‌ها برای اثبات تفسیر‌هایی که اساس فیزیک کوانتوم را تشکیل می‌دهند، به کار برده می‌شوند.

نظریه‌ی جهان‌های چندگانه

آزمایش خودکشی کوانتومی در واقع آزمایشی است که برای اثبات یکی از پیچیده‌ترین نظریه‌های فیزیک کوانتوم یعنی نظریه‌ی جهان‌های چندگانه به کار می‌رود. این نظریه برای اولین بار توسط دانشجوی دکتری دانشگاه پرینستون، به نام هیو اورت در سال ۱۹۵۷ میلادی مطرح شد. این نظریه برای سال‌ها بدون توجه باقی ماند تا آن که مکس تگمارک با طراحی آزمایش خودکشی کوانتومی، شواهدی برای اثبات آن بدست آورد.

به ازای هر نتیجه‌ی احتمالی برای هر عملی، جهان به دو قسمت تقسیم می‌شود

بنابر نظریه‌ی جهان‌های چندگانه، به ازای هر نتیجه‌ی احتمالی برای هر عملی، جهان به دو قسمت تقسیم شده و در حقیقت یک کپی از آن به وجود می‌آید. اورت این رویه را از هم گسستگی نامید. در این پدیده به جای اتفاق افتادن یکی از دو احتمال موجود، جهان به دو قسمت تقسیم می‌شود و هر دو احتمال به وقوع می‌پیوندند.

نکته‌ی مهم در مورد نظریه‌ی جهان‌های چندگانه این است که وقتی جهان به دو قسمت تقسیم می‌شود فرد اطلاعی از نسخه‌ی دیگر خود در جهان دیگر نخواهد داشت.

این همان اتفاقی است که در خودکشی کوانتومی رخ می‌دهد. وقتی فرد مورد نظر ماشه را فشار می‌دهد دو احتمال وجود خواهد داشت. یا گلوله شلیک خواهد شد ویا شلیکی رخ نخواهد داد. در واقع او خود‌کشی می‌کند و یا زنده می‌ماند. هر باری که ماشه فشرده می‌شود جهان به دو قسمت تقسیم می‌شود تا بستر برای به حقیقت پیوستن هر دو احتمال فراهم شود. با مرگ او تقسیم شدن جهان براساس احتمال مرگ یا زندگی متوقف خواهد شد. اما برای نسخه‌ی دیگر که زنده است همچنان دو احتمال مرگ و زندگی وجود دارد.

زمانی که فرد ماشه را فشار می‌دهد و جهان به دو قسمت تقسیم می‌شود، نسخه‌ای که زنده می‌ماند هیچ گونه اطلاعی از نسخه‌ی دیگر او در جهان دیگر که مرده است ندارد، در عوض او زنده مانده است و به فشار دادن ماشه ادامه می‌دهد. با هر بار فشار دادن ماشه جهان به تقسیم شدن ادامه می‌دهد و نسخه‌ای که به حیات ادامه داده است، مدام در حال فشار دادن ماشه خواهد بود و برای همیشه جاودانه خواهد ماند. به این پدیده جاودانگی کوانتومی گفته می‌شود.

پس چرا هر فردی که اقدام به خودکشی می‌کند جاودانه نمی‌شود؟ نکته‌ی جالب در مورد نظریه‌ی جهان‌های چندگانه این است که این نظریه معتقد است در جهان‌های دیگر فردی که خودکشی کرده، زنده است. اما برای فرد نظاره‌گری مانند ما این موضوع صدق نمی‌کند. در واقع ما ناظران خودکشی یک فرد هستیم و وقتی تفنگ شلیک می‌شود ما در جهانی که در آن فرد مورد نظر مرده است، محدود خواهیم شد. حتی اگر تفنگ را برداریم و به فرد مورد نظر شلیک کنیم، اتفاقی نخواهد افتاد چرا که دیگر احتمال زندگی فرد مرده وجود ندارد و شلیک ما فقط یک نتیجه و احتمال دارد.

اما نظریه‌ی جهان‌های چندگانه در تضاد با نظریه‌ی دیگر کوانتومی یعنی تفسیر کپنهاگن دارد.

تفسیر کپنهاگن

نظریه‌ی جهان‌های چندگانه بیان می‌کند که با اتفاق افتادن هر پدیده‌ای، جهان به تعداد احتمالات آن پدیده تقسیم می‌شود تا زمینه‌ی اتفاق افتادن هر یک از آن احتمالات را فراهم کند و در واقع این نظریه، بیننده را خارج از معادلات در نظر می‌گیرد؛ بنابراین ما دیگر نمی‌توانیم با مشاهده کردن یک پدیده بر روی نتیجه‌ی آن تاثیر بگذاریم.

نظریه‌ی جهان‌های چندگانه با یکی از مهم‌ترین اصول پذیرفته شده‌ی مکانیک کوانتوم در تضاد است.

برای سالیان متمادی، مقبول‌ترین نظریه در مورد رفتار چندگانه‌ی ذرات کوانتومی، تفسیر کپنهاگن بوده است. هر چند در سال‌های اخیر نظریه‌ی جهان‌های چندگانه جای این تفسیر را پر کرده است، اما باز هم دانشمندانی وجود دارند که تفسیر کپنهاگن را قبول دارند. این تفسیر اولین بار توسط نیلز بور در سال ۱۹۲۰ میلادی مطرح شد و بیان می‌کند که ذرات در حالت یک یا حالت دو به صورت مجزا نیستند بلکه هر دو حالت را در آن واحد دارا هستند. زمانی که ما به این ذره نگاه می‌کنیم آن را مجبور به انتخاب یکی از حالت‌های ممکن می‌کنیم و حالت انتخاب شده توسط ذره را مشاهده می‌کنیم. چون ممکن است در هر باری که به این ذره نگاه می‌کنیم، حالت متفاوتی را برگزیند پس می‌توانیم با این دلیل رفتار چندگانه‌ی ذرات کوانتومی را توجیه کنیم.

تمامی حالاتی که یک ذره می‌تواند آن‌ها را به خود ببیند، به عنوان تابع موج آن ذره شناخته می‌شود. تفسیر کپنهاگن بور برای مکانیک کوانتوم به صورت نظری توسط یک آزمایش مرتبط با تخیل که بسیار مشهور است به اثبات رسیده است. این آزمایش که گربه‌ی شرودینگر نامیده می‌شود، برای اولین بار در سال ۱۹۳۵ میلادی توسط اروین شرودینگر مطرح شده است.

در این آزمایش فرضی، شرودینگر گربه‌ی خود را به همراه مقدار کمی مواد رادیواکتیو و یک شمارنده‌ی گیگر که برای شناسایی تابش استفاده می‌شود، درون جعبه‌ای قرار داد. شمارنده‌ی گیگر طوری طراحی شده بود که وقتی تجزیه‌ی ماده‌ی رادیواکتیو را حس کرد، به یک چکش نیرو وارد کند و باعث شود تا چکش ظرفی حاوی اسید هیدروسیانیک را بشکند. با آزاد شدن این اسید، گربه‌ی شرودینگر جان خود را از دست می‌داد.

در آزمایش شرودینگر، گربه درون جعبه محبوس شده بود. در زمان اقامت گربه، او به حالتی نامعلوم رسید. چون گربه قابل مشاهده نبود، تشخیص مرگ یا زنده بودن آن ناممکن بود و در واقع گربه در حالت مرگ و زندگی به صورت هم‌زمان قرار داشت.

خودکشی کوانتومی در تضاد با تفسیر کپنهاگن عمل می‌کند

خودکشی کوانتومی در تضاد با تفسیر کپنهاگن عمل می‌کند، چرا که ما با مشاهده‌ی جهت چرخش ذره‌ی کوانتومی زمانی آن را مجبور به انتخاب چرخش ساعتگرد خواهیم کرد و این اتفاق باعث مرگ فرد مورد نظر خواهد شد در حالی که نظریه‌ی جهان‌های چندگانه زندگی جاودانه را برای او پیش‌بینی می‌کند.

اما آیا این آزماش‌های مرتبط با تخیل، حرف و نتیجه‌ای در مورد فیزیک کوانتوم در بر دارند؟

مفهوم فیزیک کوانتوم

در مقایسه با علم سنتی و فیزیک نیوتنی، نظریه‌های ارائه شده برای توضیح فیزیک کوانتوم، بسیار ناعاقلانه به نظر می‌آیند، حتی خود اروین شرودینگر، آزمایش گربه‌ی خود را مضحک خوانده بود. اما با توجه به مشاهدات علمی، قوانین سنتی توان توجیه اتفاقات در سطح کوانتوم را ندارند.

فیزیک کوانتوم علمی نسبتا جدید است که در اوایل سال ۱۹۰۰ میلادی مطرح شده است. نظریه‌های مطرح شده در این زمینه، همگی در حد نظریه هستند و به اثبات نرسیده‌اند و به علاوه وجود نظریه‌هایی که در برخی موارد در تضاد با یکدیگر هستند، کار را دشوارتر نیز می‌کند. شاید هیچ کدام از نظریه‌ها به درستی توانایی توجیه پدیده‌های سطح کوانتومی را نداشته باشند، اما با اتفاقاتی که شاهد آن‌ها بوده‌ایم آیا این امکان وجود دارد که تمامی نظریه‌ها در آن واحد صحیح باشند؟

تفسیر کپنهاگن نیلز بور با بیان اینکه ذره در همه‌ی حالت‌های ممکن به صورت هم‌زمان قرار دارد، به نظر قابل درک‌ترین نظریه‌ی موجود است. شاید جنبه‌ی دیگری از این نظریه که آن را قابل درک‌تر و فکر ما را راحت‌تر می‌کند این است که با نگاه کردن به یک ذره، آن ذره فقط و فقط یک حالت خواهد داشت و ما را سردرگم نخواهد کرد.

بنابر این نظریه در جهانی موازی، آدولف هیتلر تمام دنیا را غارت کرده است.
اما در عوض نظریه‌ی جهان‌های چندگانه درک ما را از دنیای اطراف به هم می‌ریزد و ایجاد جهان‌های موازی با انجام هر کاری، بسیار از درک ما دور است. بنابر این نظریه در جهانی موازی، آدولف هیتلر تمام دنیا را غارت کرده است و در جهانی دیگر آمریکا بر روی دو شهر هیروشما و ناگازاکی بمب اتمی رها نکرده است.

موضوع دیگری که در مورد نظریه‌ی جهان‌های چندگانه، بسیار عجیب است تعریف این نظریه از زمان است. این نظریه، زمان را خطی ندانسته و آن را قطعه قطعه می‌داند. تعداد این قطعه‌ها به اندازه‌ی نتایج عمل‌های انجام شده است. این قطعات در واقع بسته‌های زمانی هستند که از یک نقطه شروع و در نقطه‌ی دیگر خاتمه می‌یابند.

تصور این‌که دانش ما از دنیای کوانتوم در آینده چگونه خواهد بود تقریبا غیر ممکن است، البته اطلاعات ما نسبت به صد سال قبل بسیار پیشرفت داشته است. نظریه‌های آینده هر چه که باشند، به گفته‌ی خود بور «کسی که با شنیدن آن‌ها شوکه نشود در واقع این نظریه‌ها را درک نکرده است»

منبع: سایت زومیت