مصاحبه با پل دیویس، فیزیکدان برجسته، درباره فیزیک کوانتوم
منبع: BBC Sky at Night Magazine
بدون فیزیک کوانتوم، شما نمیتوانستید این مطلب را بخوانید.
دانشمندی مفهوم ذهنبُروزی را توضیح میدهد که زیربنای تمام زندگی ماست
فیزیک کوانتوم برای بسیاری از مردم، حتی اگر عاشق علم باشند، موضوعی ترسناک به نظر میرسد. درهمتنیدگی (Entanglement)، برهمنهی (Superposition)، دوگانگی موج-ذره (Wave-particle duality) — نگاهی کوتاه به تعاریف این مفاهیم نشان میدهد که چقدر جذاب هستند، هرچند برای بسیاری از ما مانند داستانهای علمی-تخیلی خارقالعاده به نظر میرسند.
پل دیویس، دانشمند برجسته بریتانیایی و نویسنده کتاب «کوانتوم ۲.۰» (Quantum 2.0)، یکی از بزرگترین مراجع این حوزه است. کتاب او تلاش میکند این مفهوم را از هالهای از ابهام خارج کند و تاریخچه ظهور فیزیک کوانتوم در صحنه علم را روایت نماید. در ادامه، پاسخهای دیویس به پرسشهای اساسی درباره این موضوع شگفتانگیز را میخوانید.
❓ چرا بیشتر مثالهای فیزیک کوانتوم مانند معما به نظر میرسند؟
فیزیک کوانتوم مفاهیم رایج روزمره و شهود ما را درباره ماهیت واقعیت، تکهتکه میکند. به همین دلیل، مردم در تصور اینکه واقعاً در دنیای میکروسکوپی کوانتوم «چه اتفاقی میافتد»، مشکل دارند. من هم همینطور!
نظریه کوانتوم تصویری از جهان «آنجا» ارائه میدهد که ترکیبی از واقعیتهای جایگزینِ درهمآمیخته است؛ وضعیتی عجیب که تا زمانی که مشاهدهای انجام نشود، در نوعی «تعلیق» باقی میماند. سپس — بوم! — یک واقعیت «برنده» در قرعهکشی بزرگ کوانتومی به ناگاه به وجود میآید. کدام یک؟ این کاملاً مسئله شانس است؛ حقیقتی که اینشتین را به این جمله معروف واداشت که «خدا با تاس بازی نمیکند!» به نظر میرسد که او (خدا) این کار را میکند.
شما میتوانید بپرسید «اتم به چپ حرکت میکند یا راست؟» و فیزیک کوانتوم پاسخ میدهد که در نبود مشاهدهٔ واقعی، جواب به طور کلی «هر دو» است. به بیان دقیقتر، تا زمانی که نگاه نکنید، به سادگی هیچ واقعیتی در مورد جهت حرکت اتم وجود ندارد.
تصور کنید ماشین لباسشویی شما همزمان در جهت عقربههای ساعت و خلاف آن بچرخد! غیرممکن! برای ماشین لباسشویی بله، اما برای اتمها یا حتی مدارهای ابررسانا، نه. این «برهمنهیها» (superpositions) از واقعیتهای مختلف ممکن، هسته مرکزی نظریه کوانتوم هستند و به آن چنین قدرت خارقالعادهای برای فناوری میبخشند.
مثال دیگری که ممکن است درک آن آسانتر باشد، تونلزنی کوانتومی (quantum tunnelling) است؛ پدیدهای که در آن یک ذره مانند الکترون میتواند از یک سد غیرقابلعبور عبور کند. من آن را به پرتاب سنگ به یک پنجره تشبیه میکنم که به جای برگشت سنگ، بدون شکستن پنجره وارد اتاق میشود. به هر حال، همین پدیده تونلزنی است که باعث میشود خورشید بدرخشد.
❓ فیزیک کوانتوم چگونه زندگی ما را بهتر میکند؟
فیزیک کوانتوم زیربنای تقریباً تمام فناوری مدرن است، از جمله الکترونیک، رایانه، اینترنت، هوش مصنوعی، ناوبری GPS و صفحهنمایشهای تلویزیون (با استفاده از نقاط کوانتومی).
اما آشناترین تأثیر آن، صندوقهای فروشگاههای زنجیرهای است که در آنها لیزرها بارکدها را فوراً میخوانند. وقتی من جوان بودم، کارکنان صندوق باید برای جمعزدن قیمتها، محاسبات ذهنی میکردند! این یعنی تأثیر روزمره!
❓ وقتی شروع به گرهگشایی از نظریه کوانتوم کردید، آیا لحظه خاص «یورکا» (آها) وجود داشت که ناگهان همه چیز برایتان روشن شد؟
بله، حدود ۱۹ ساله بودم که سرانجام متوجه شدم اگر نظریه کوانتوم درست باشد، «جهان واقعی در آن بیرون» وجود ندارد. یادم میآید که این را به مادرم گفتم و انتظار داشتم که شکاک یا شوکه شود، اما او این حرف را به عنوان یک معمای معمولی که پسر نردش از گاهی مطرح میکرد، نادیده گرفت.
❓ آیا مفاهیمی مانند دوربری (تلپورت)، جهانهای موازی، سفر در زمان وجود دارند که در فیزیک کلاسیک غیرممکن هستند، اما فیزیک کوانتوم ممکن است آنها را ممکن بداند؟
بسیاری از آنها وجود دارند. من فقط به تونلزنی اشاره کردم. یکی دیگر دوربری (teleportation) است — انتقال اطلاعات از نقطه A به B بدون عبور از فضای بین آنها.
مورد دیگر این است که سیاهچالهها در فیزیک کلاسیک کاملاً سیاه هستند، اما وقتی فیزیک کوانتوم به کار گرفته میشود، از گرما میدرخشند (این همان تابش هاوکینگ است — و فرمول دمای آن بر روی سنگ قبر استیون هاوکینگ در کلیسای وستمینستر حک شده است.)
مورد آخر ابررسانایی است: جریان الکتریکی بدون مقاومت در دماهای پایین.
فیزیک کوانتوم تأکید میکند که دانستن همزمان موقعیت و حرکت یک ذره (مثلاً الکترون یا اتم) کاملاً غیرممکن است.
❓ به نظر شما، زیباترین یا رضایتبخشترین مفهوم در فیزیک کوانتوم چیست؟
