جهان های موازی و فیزیک کوانتوم
چه واکنشی نشون میدید اگه یکی بتون بگه بیشمار جهان دیگه هست
که توشون یه نفر دقیقا مث شما، داره زندگی میکنه؟
یعنی فرض کنید چندین کپی از من توی جهان‌های مختلف
وجود داره که هرکدومشون مشغول انجام یه کاری هستن.
توی یکیشون من دارم این ویدیو رو ضبط می‌کنم، توی اون یکی قبل از ضبط
ویدیو پشیمون میشم و ادامه نمیدم، توی یکی دیگه، دارم کتاب می‌خونم.
امروز می‌خوایم وارد یه بحث عجیبی بشیم که مغزمونو منفجر میکنه!
فیزیک کوانتوم و جهانای موازی!
چیزایی که حتی دانشمندا هم مخشون سوت میکشه وقتی که ازش
صحبت میکنن، ولی ما در حد توانمون یه نگاهی بهشون میندازیم!
پس اگه به این موضوع علاقه داری ادامه‌ی ویدیو رو ببین.
در ضمن اگه از این جور محتواها خوشت میاد
دکمه‌ی سابسکرایب پایین ویدیورم بزن و عضو کانالم شو.
با هر پیشرفت علمی که داشتیم، یه مقدار از واقعیت برامون روشن‌تر شده.
چند هزار سال پیش، خیلی کم از دنیایی که توش زندگی میکردیم اطلاع داشتیم.
کم‌کم با تجربه و آزمایش چیزای خیلی بیشتری یاد گرفتیم و افق دیدمون وسیع‌تر شد.
فهمیدیم که خورشید خدای آفریننده‌ی ما نیست، زمین مرکز جهان نیست،
بعدش با کشفی که ادوین هابل حدود صدسال پیش انجام داد، یه پرش بزرگ داشتیم.
تا قبلش خبری از کهکشانای دیگه نداشتیم و فکر میکردیم تمام ستاره‌ها و
سیارات همشون توی یه مجموعه هستن یعنی همین کهکشان راه شیری خودمون.
اما کشفیات هابل ثابت کرد که کهکشان ما فقط یکی از میلیاردها کهکشان دیگه‌ست.
یعنی باز چشمامون کلی بازتر شد نسبت به واقعیت.
این قضیه هنوزم ادامه داره و هر کشف جدیدی
که انجام میشه دیدمون نسبت به دنیا بازتر و بازتر میشه.
شاید یکی دیگه از پرش‌های بزرگی که داره
اتفاق میفته بحث چندجهانی و جهانای موازی باشه.
شاید مثل همون قضیه‌ی کهکشانا، الانم داریم کم‌کم به این نتیجه می‌رسیم که فقط
همین دنیایی که توش هستیم نیست، بیشمار جهان دیگه هم وجود داره.
حدود هفتاد سال پیش یه دانشجوی دکترای فیزیک از دانشگاه پرینستون آمریکا
به نام Hugh Everett یه نظریه‌ای داد که کلیتش اینه:
با هر تصمیمی که ما میگیریم، جهان به دو تا شعبه تقسیم میشه.
مثلا وقتی دوستت بهت زنگ میزنه میگه
بیا بریم بیرون، شما یا میگی آره یا میگی نه.
با تصمیمی که شما میگیری جهان تقسیم میشه به دو جهان دیگه.
توی یکی از این جهانا شما با دوستت میری بیرون و توی اون یکی میمونی تو خونه.
طبق این نظریه ممکنه همین الان جهانی وجود داشته باشه که
انسانا دیگه گونه‌ی هوشمندش نیستیم و منقرض شدیم،
در عوض مثلا سگا تکامل پیدا کردن و شدن گونه‌ی هوشمند.
من می‌خوام از مبحث ترسناک فیزیک کوانتوم شروع کنم
و یه سری به آزمایشای معروفی مث گربه‌ی شرودینگر و دوشکاف یانگ بزنم
و از اینا استفاده کنم برای رسیدن به جهانای موازی.
توی فیزیک کلاسیک ما می‌تونیم خیلی راحت با داشتن
معادله‌ی حرکت یه جسم، وضعیت آینده‌شو پیش‌بینی کنیم.
توی فیزیک کوانتوم ما یه چیزی داریم به نام تابع موج.
تابع موج، رفتار یه جسم کوانتومی مث یه الکترون رو توصیف میکنه.
وقتی حالت کوانتومی یه الکترون رو داشته باشیم،
می‌تونیم با استفاده از یه معادله‌ی معروف به نام معادله‌ی
شرودینگر وضعیت آینده‌ی اون الکترونو پیش‌بینی کنیم.
تابع موج یه الکترون طبق معادله‌ی شرودینگر، همچین شکلی داره.
یعنی از نظر علمی و ریاضیاتی باید این شکلی باشه و هستم واقعا.
اما مساله‌ی دیوانه‌کننده اینه که به محض اینکه ما شروع به
به اندازه‌گیری یا مشاهده میکنیم، که خب مشاهده‌ام خودش یه جور اندازهگیریه.
به محض اینکه ما می‌بینیمش، تابع موج به این شکل درمیاد.
یعنی دیگه اون حالت نرم موجی رو نداره، اصطلاحا میگن فرو میریزه
کلاپس میکنه، تبدیل میشه به یه نقطه‌ی تکی.
دانشمندا وقتی که به این مشکل برخورد کردن، گفتن که پس
اون چیزی که ما توی واقعیت می‌بینیم، از تابع موج درست‌تره.
بعدش یه دانشمند دیگه به نام مکس بورن
متوجه شد که هیچ اشتباهی وجود نداره بلکه ما باید
از مجذور دامنه‌ی تابع موج استفاده کنیم برای تفسیرش.
با این کار می‌تونیم احتمال اینکه اون ذره توی اون نقطه از فضا باشه رو پیدا کنیم.
این روش کاملا با تجربیات واقعی همخونی داره و
الان یه بخش خیلی مهمی از فیزیک کوانتومه.
اما از این نظر خیلی عجیبه که احتمالات اومدن توی قلب واقعیت.
یعنی وقتی خیلی خیلی ریز شدیم توی اجزای سازنده‌ی جهان،
متوجه شدیم که احتمالات یا شانس چه نقش بزرگی داره.
جهان دیگه اونجوری که فکر میکردیم کاملا قطعی نبود.
این قضیه بعضی از دانشمندا مثل اینشتین رو خیلی ناراحت کرد.
اینشتین جمله‌ی معروفی داره که میگه خدا تاس نمی‌ریزد.
چون اینشتین نظرش این بود که جهان از قوانین
ثابت پیروی میکنه نه اینکه بر اساس احتمالات باشه.
البته با گذشت زمان و آزمایشای زیاد ثابت شد که اینشتین اشتباه میکرده.
استیون هاوکینگ جواب جالبی به این حرف داد و گفت که:
اتفاقا خدا تاس می‌ریزد و تاس را جایی می‌ریزد که نمی‌توان دید.
این قضیه خود شرودینگر هم حسابی گیج کرده بود.
برای همین یه آزمایش فرضی طراحی کرد که الان خیلی معروفه و معمولا ازش
برای نشون دادن این که فیزیک کوانتوم چقد عجیب غریبه استفاده میکنن!
یه گربه رو داخل یه جعبه‌ی در بسته میذاریم.
یه دونه اتم رادیواکتیو هم داخل جعبه داریم که هنوز متلاشی نشده.
اتم‌های رادیواکتیو یا پرتوزا ناپایدارن و هر لحظه ممکنه دچار فروپاشی بشن.
یه آشکارساز رادیواکتیو هم داخل جعبه هست که وقتی اتم متلاشی میشه،
امواج رادیواکتیو رو تشخیص میده و یه شیشه که داخلش گاز سمی هست میشکنه.
در نتیجه گاز آزاد میشه و گربه میمیره.
اما تا زمانی که اتم متلاشی نشه، هیچ امواج رادیواکتیوی
تشخیص داده نمیشه در نتیجه گاز آزاد نمیشه و گربه زنده میمونه.
حالا، چون وضعیت گربه و دستگاه آشکارساز کاملا وابسته به
وضعیت اون اتمه هست، اصطلاحا میگیم اینا درهم تنیده شدن.
اما قضیه اونجا عجیب میشه که طبق فیزیک کوانتوم،
اون اتمه لازم نیست یا متلاشی‌شده باشه یا متلاشی‌نشده.
بلکه یه سوپرپوزیشن از هردوی این حالت‌هاست، یعنی
یعنی به طور همزمان هم می‌تونه فروپاشی شده باشه هم نشده باشه.
البته تا زمانی که هیچ اندازه‌گیری‌ای انجام نشده باشه، که خودِ دیدنم یه جور اندازهگیریه.
خب همونطور که گفتم، وضعیت اتم با وضعیت گربه و دستگاه آشکارساز،
در هم تنیده شدن، وابسته شدن، پس درواقع تمام چیزای داخل جعبه
توی یه سوپرپوزیشن هستن: یا اتم متلاشی شده، سم آزاد شده،
گربه مرده، یا اتم متلاشی نشده، سم آزاد نشده، گربه زنده مونده.
پس طبق فیزیک کوانتوم، گربه هم زنده‌س هم مرده!
فقط وقتی ما از این قضیه باخبر میشیم که در جعبه رو باز کنیم و داخلشو ببینیم.
وقتی در جعبه رو باز میکنیم، تابع موج کلاپس میکنه و
گربه روی یکی از دو حالت زنده یا مرده قرار میگیره.
اما هدف شرودینگر از طراحی این آزمایش ذهنی
این نبود که نشون بده فیزیک کوانتوم چقد عجیب غریبه.
هدفش این بود که نشون بده که احتمالا یه اشتباهاتی توشه.
پس بیایید سه تا مولفه‌ی اصلی آزمایش گربه رو
بررسی کنیم ببینیم کدومشون احتمالا ایراد داشتن.
superposition یا برهمنهی،
enganglement یا در هم تنیدگی،
measurement یا اندازه‌گیری.
1. سوپرپوزیشن: مثلا وقتی که میگیم یه اتم توی یه سوپرپوزیشنه
یعنی در واقع به طور همزمان توی دوتا وضعیت مختلفه.
ما هیچوقت نمی‌تونیم به طور مستقیم جسمی رو که داخل وضعیت سوپرپوزیشنه ببینیم،
اما در عوض با آزمایش یانگ تونستیم به طور غیر مستقیم تجربش کنیم.
آزمایش یانگ با اون نتایج عجیبش میشه گفت نقطه‌ی شروع فیزیک کوانتوم بوده.
قضیه از اینجا شروع شد که نیوتون معتقد بود که
نور از جنس ذره‌هایی هست که این ذره‌ها از منبع نور میان.
اما همون زمان، هویگنس (Christiaan Huygens) معتقد بود که نور موجه.
الان ما میدونیم که نور در اصل هردو خاصیتو با هم داره، یعنی هم موجه هم ذره!
سال 1801 Thomas Young آزمایش دوشکافو طراحی کرد
و تونست نشون بده که نور موجه.
چون وقتی نور از دو تا شکاف عبور میکنه طرح‌های تداخلی بوجود
میاد که شبیه طرح‌های تداخلی هست که دو تا موج روی سطح آب ایجاد میکنن.
تا اینجا همه‌چیز اوکی بود تا اینکه دانشمندا تصمیم گرفتن،
همین آزمایشو با الکترونا انجام بدن.
الکترون هم مث نور، کوانتومیه.
اما خب واضحه که یه ذره‌س.
یعنی در واقع الکترون یه تیکه‌ی خیلی خیلی کوچیک از ماده‌س.
وقتی الکترونا به سمت دو شکاف شلیک شدن، اتفاق عجیبی افتاد.
الکترونا باید دو تا نوار روی صفحه ایجاد میکردن چون ذره هستن.
اما در عوض مثل نور، طرح تداخلی ایجاد کردن.
اولش دانشمندا فکر کردن الکترونا به همدیگه برخورد میکنن که اینجوری میشه.
برای همین تصمیم گرفتن الکترونا رو تک تک به سمت
تا اینکه مطمئن بشن که اینا به هم برخورد نمیکنن.
اما بعد از یه مدت طولانی که الکترونا رو تک تک
پرتاب کردن، بازم دیدن که طرح تداخلی ایجاد شد!
ایندفه تصمیم گرفتن یه آشکارساز بذارن کنار دو شکاف
تا اینکه ببینن هر الکترون دقیقا از کدوم شکاف عبور میکنه.
اما یه اتفاق عجیب‌تر افتاد!
وقتی این کارو کردن، دیگه طرح تداخلی ایجاد نشد.
فقط دو تا نوار از الکترونا روی صفحه افتاد.
یعنی به محض اینکه ما شروع به مشاهده یا اندازه‌گیری میکنیم، رفتار الکترون عوض میشه.
اینکه ما با چشممون به الکترون نگاه بکنیم یا نکنیم، توی رفتارش تاثیر داره.
وقتی که نگاش میکنیم رفتار ذره‌ای از خودش نشون میده
ولی وقتی که نگاش نمی‌کنیم رفتار موجی نشون میده.
بعد از کلی مشقت دانشمندا بالاخره متوجه شدن که
وقتی که کسی نگاه نمیکنه، الکترونا توی چند احتمال مختلف
از دو شکاف عبور میکنن که اون طرح تداخلی از برهمنهی این احتمالات، بوجود میاد.
اما به محض اینکه نگاش میکنیم، از بین تمام اون احتمالات،
الکترون فقط یکیشونو انتخاب میکنه، تابع موجش فرو میریزه.
این یعنی الکترون در واقع توی یه سوپرپوزیشن قرار داره.
نگاه ما، یا هر نوع اندازه‌گیری دیگه،
باعث میشه این سوپرپوزیشن به یه حالت تغییر کنه.
پس ایده‌ی سوپرپوزیشن در واقع تجربه شده و آزمایش شده، مشکلی نداره.
2. درهم‌تنیدگی: مفهوم درهم تنیدگی از اون مفاهیم خیلی جالب و عجیب فیزیک کوانتومه.
وقتی دو تا الکترون حداقل یه بار با هم تعامل
داشته باشن، مثلا به هم برخورد کنن، اینا درهمتنیده میشن.
حالا اگه خواص کوانتومی یکیشون تغییر کنه،
خواص کوانتومی اون یکی هم بلافاصله تغییر میکنه.
اصلا مهم نیست یه متر از هم فاصله داشته باشن
یا اینکه یکیشون اینجا باشه اون یکی توی یه کهکشان دیگه.
این قضیه اینقد عجیب بود که اینشتین هیچوقت نتونست قبولش کنه
و اسمشو گذاشته بود حرکت شبح‌وار از فاصله‌ی دور (Spooky Action at a Distance).
چون این قانون رو رد میکرد که هیچ چیزی نمیتونه سریع‌تر از سرعت نور حرکت کنه.
اما الان کاملا ثابت شده که درسته و چندین بارم آزمایش شده.
ایرانم همین چند ماه پیش یعنی بهمن 99
تونست این آزمایش در هم‌تنیدگی رو بین برج میلاد و ساختمان فناوری‌های کوانتومی
که فاصله‌شون تقریبا یک و نیم کیلومتره انجام بده.
اما چه اتفاقی میفته که دو تا الکترون
توی این فاصله‌های خیلی زیاد روی هم تاثیر میذارن اونم به صورت آنی؟
در اصل، دوتا الکترون که در همتنیده شدن، قبل از اینکه روی یکیشون اندازه‌گیری
انجام بشه، توی یه سوپرپوزیشن هستن که قبلا درباره‌ش صحبت کردم.
وقتی یه چیزی، مثلا تکانه‌ی یکیشونو اندازه میگیریم،
غیر از اینکه تابع موج همون الکترون کلاپس میکنه،
تابع موج اون یکی هم بلافاصله کلاپس میکنه.
برای همین با اندازه گیری تکانه‌ی یکیشون تکانه‌ی اون یکی هم بلافاصله مشخص میشه.
الان میدونیم که دلیل این قضیه اینه که وقتی که دوتا
الکترون درهمتنیده میشن، دیگه اینجوری نیست که هرکدومشون یه تابع موج
جداگانه داشته باشه، هردوشون یه تابع موج مشترک دارن.
همینه که باعث میشه اندازه‌گیری خواص یکیشون،
خواص اون یکی رم سریع مشخص کنه.
3. اندازه‌گیری: خیلی عجیبه که سیستم‌های کوانتومی وقتی که ما
