یک قضیه کوانتومی عجیب واقعیت انیشتین را از بین برده است

Oیکی از مراحل اولیه رشد انسان، درک ماندگاری شی است. معمولاً کمتر از یک سال طول می کشد تا یک نوزاد بفهمد که وقتی یک بزرگسال صورت خود را پشت دستانش در یک بازی پیک بو پنهان می کند، وجودش از بین نمی رود. دنیای اطراف ما بیشتر از آن چیزی است که ما درک می کنیم.

این نشان می‌دهد – یا حداقل به آلبرت انیشتین پیشنهاد می‌شود – که جهان «واقعی» است، به این معنا که اشیاء در جهان ویژگی‌هایی دارند که ذاتاً صادق هستند، صرف‌نظر از اینکه کسی چه فکر می‌کند. توپ قرمز بیلیارد حتی در تاریکی و حتی اگر کسی رنگ آن را بررسی نکند قرمز است. قرمزی خاصیتی است که متعلق به توپ است، نه به وسیله ای که توپ را اندازه گیری می کند و نه به ذهن شخصی که دستگاه اندازه گیری را کار می کند.

با این حال به نظر می رسد مکانیک کوانتومی، یک نظریه کاملاً تثبیت شده در مورد چگونگی کارکرد جهان، چیز دیگری را پیشنهاد می کند. ریاضیات تئوری در لحظه اندازه گیری توپ بیلیارد قرمزی را به آن نسبت می دهند. قبل از آن، این تئوری فقط مجموعه‌ای از احتمالات را به شما می‌دهد که به شما می‌گویند توپ چه رنگی می‌تواند باشد. بنیان‌گذاران کلیدی مکانیک کوانتومی پیشنهاد کردند که این ریاضیات ماهیت واقعیت را منعکس می‌کند – که به نوعی، یک واقعیت عینی و واحد واقعاً وجود ندارد.

در سال 1935، اینشتین با ارائه یکی از مشهورترین آزمایش‌های فکری قرن بیستم علیه این خوانش سورئال از نظریه کوانتومی شورش کرد. اما شورش او محکوم به فنا بود. در سال 1964، فیزیکدان جان استوارت بل با آزمایش فکری خود نشان داد که واقعیت باید عجیب تر از آن چیزی باشد که اینشتین تصور می کرد. کار بعدی آزمایش فکری بل را در معرض آزمایش قرار داد – و درستی او را ثابت کرد.

سپس، 50 سال پس از بل، متیو پوزی، دانشجوی آن زمان در امپریال کالج لندن، آنچه را که از تصور انیشتین از واقعیت باقی مانده بود برداشت و – ناخواسته – ضربه مهلکی را وارد کرد.

قضیه تغییر پارادایم برای پوسی و همکاران دانشگاهی او، جاناتان بارت و تری رودولف به عنوان PBR شناخته شد. از زمان انتشار PBR در سال 2012، بسیاری از نظریه پردازان پذیرفته اند که این امر مانع از معقول ترین درک ما از واقعیت است.

«از این به بعد [PBR] ژاک پینار، فیزیکدانی که در حال حاضر در دانشگاه فدرال ریودوژانیرو در برزیل مشغول به کار است، می گوید: بیرون آمد، مردم می دانستند که این یک نقطه عطف خواهد بود.

در آن زمان، پینار، مانند پوزی، راه‌های اینشتین را دنبال می‌کرد و نظریه‌هایی را دنبال می‌کرد که نشان می‌داد واقعیت عینی وجود دارد و مکانیک کوانتومی صرفاً دانش ناقص ما از آن را توصیف می‌کند. اما وقتی قضیه PBR مطرح شد، پینار به یاد می آورد که فکر می کند، “همین است. برنامه مرده است.”

این داستان این است که چگونه انیشتین، بل، و در نهایت پوزی و همکارانش واقعیت را همانطور که می‌دانیم کشتند. آنها در سه قضیه ثابت کردند که مکانیک کوانتومی با جهانی که ما درک می کنیم ناسازگار است. و از آنجایی که آزمایش پس از آزمایش – از جمله اجرای اخیر PBR – ثابت کرده است که مکانیک کوانتومی قانون زمین است، چیزی در واقعیت باید تغییر کند.

سوالی که باقی می ماند این است: چقدر باید تسلیم شویم؟

انیشتین و واقعیت

انیشتین پس از پیشگامی در توسعه نظریه مکانیک کوانتومی، به دور خود چرخید و به آن حمله کرد. او نمی توانست آنچه را که در مورد واقعیت می گوید بپذیرد.

انیشتین در استخوان های خود می دانست که واقعیت چیست. این مجموع تمام حقایق عینی – مانند رنگ، موقعیت و سرعت یک توپ بیلیارد – بود که در اشیایی که آنها توصیف می کنند، مستقل از ادراک و ذهن وجود دارد. اما مکانیک کوانتومی که توسط ورنر هایزنبرگ و اروین شرودینگر در اواسط دهه 1920 توسعه یافت، با واقعیت ها سروکار ندارد.

مکانیک کوانتومی با احتمالات سر و کار دارد. ریاضیات او به شما یک “حالت کوانتومی” می دهد که به عنوان تابع موج نیز شناخته می شود. این تابع موج می‌تواند به شما بگوید، برای مثال، در آزمایشی که رنگ یک توپ بیلیارد خاص را اندازه‌گیری می‌کند، 77 درصد احتمال قرمز بودن توپ و 23 درصد سبز بودن آن را خواهید داشت.

سوالی که برای یک قرن فیزیکدانان را متحیر کرده این است: ماهیت توپ قبل از آزمایش چگونه بود؟ آیا توپ چند رنگ دارد؟ رنگ نداره؟ آیا مفهوم رنگ معنی ندارد؟ به طور خلاصه، آیا واقعیتی وجود دارد که از ماندگاری شی که ما تجربه می کنیم پشتیبانی کند؟

برای انیشتین، پاسخ واضح است: البته واقعیت وجود دارد. تابع موج فقط آن را کاملاً ضبط نمی کند.

در این نما تابع موج مانند پیش بینی آب و هوا است. فرض کنید از خواب بیدار می‌شوید و برنامه هواشناسی به شما می‌گوید امروز ۷۷ درصد احتمال باران وجود دارد، اما بیرون را نگاه نکرده‌اید تا ببینید چه خبر است. سپس پرده‌ها را بالا می‌برید و می‌بینید که قطرات باران می‌بارد. در آن لحظه شما 100% مطمئن می شوید که باران می بارد. این تغییر از 77% به 100% یک تغییر امنیتی است که صرفا در ذهن شما اتفاق می افتد. هیچ تغییر واقعی آب و هوا را منعکس نمی کند. جو واقعی است و اطمینان (عدم) اطمینان شما در مورد وضعیت آن چیز دیگری است – بازتابی از اطلاعات در ذهن شما.

انیشتین، همراه با همکارانش بوریس پودولسکی و ناتان روزن (مجموعاً “EPR”)، یک آزمایش فکری ابداع کردند تا ثابت کند که حالت کوانتومی فقط به عنوان یک مصنوع از اطلاعات وجود دارد. برای درک آزمایش فکری، باید یک چیز عجیب را در مورد تابع موج بدانید: ساختار ریاضی آن مانع از موقعیت و تکانه یک جسم به طور همزمان می شود.

یک آزمایش EPR شامل جهش دو ذره از یکدیگر و کمی بعد انجام اندازه‌گیری است، مانند مسافتی که یک ذره طی کرده است. این اولین اندازه گیری همچنین به شما می گوید که ذره شریک چقدر مسافت را طی کرده است. EPR بیان می کند که موقعیت ذره شریک باید وجود داشته باشد زیرا می توان آن را شناخت. آنها استدلال کردند که ذره شریک نیز دارای تکانه است، زیرا این ویژگی را می توان به روشی مشابه شناخت.

مهمتر از همه، آزمایش آنها شامل اندازه گیری تنها یک ذره در یک زمان است در حالی که ذره دیگر را دست نخورده باقی می گذارد. دانشمندان می‌گویند که این نشان می‌دهد که ذره دوم حتی قبل از اندازه‌گیری ویژگی‌هایی دارد که تنظیم و واقعی هستند. و از آنجایی که تابع موج این اجازه را نمی دهد، تابع موج نیازی به انعکاس حالت واقعی ذره ندارد. حالت کوانتومی واقعی نیست

برای رسیدن به این نتیجه، دانشمندان دو فرض به ظاهر غیرقابل انکار را مطرح کرده بودند. اول، آنها فرض کردند که ممکن است یک ذره حالت تحت اللفظی داشته باشد، فرض «واقعیت». و دوم، آنها فرض می کنند که این حالت تحت اللفظی در ذره وجود دارد و در هیچ جای دیگری وجود ندارد، بنابراین تنها راه تغییر آن تعامل با ذره، فرض «محلی» است.

اما تنها چند ماه پس از EPR، مربی هایزنبرگ، نیلز بور، سعی کرد با حمله به اولین فرض انیشتین، استدلال انیشتین را رد کند. به گفته دستیارش ایج پترسن، بور بعدها می‌گوید: «جهان کوانتومی وجود ندارد». “فقط یک توصیف فیزیکی کوانتومی انتزاعی وجود دارد.” استدلال او شبیه این بود که بگوید پیش‌بینی هوا دقیق است، اما خود جو یا وجود ندارد یا غیرقابل توصیف است. این انکار واقعیت عینی به تفسیر کپنهاگ معروف شد.