نگاهی دوباره به گربه شرودینگر

[The moon]

بیگ بنگ: از آنجایی که تئوری جهان نوزاد و کرمچاله های استیون هاوکینگ از قدرت نظریه ی کوانتوم استفاده می کنند، ناگزیر نزاع های حل ناشده ی مربوط به اصول آن را دوباره مطرح می کنند. تابع موج جهان هاوکینگ این پارادوکس های تئوری کوانتوم را کاملا حل نمی کند و تنها آنها را از یک دیدگاه جدید و حیرت آور بیان می کند.

به گزارش بیگ بنگ، نظریه ی کوانتومی می گوید برای هر جسم یک تابع موج وجود دارد که معیاری از احتمال یافتن آن جسم در یک نقطه بخصوص در فضا و زمان می باشد. همچنین نظریۀ کوانتوم بیان می کند که شما هیچگاه حالت واقعی یک ذره را تا زمانی که مشاهده ای انجام نداده اید، نخواهید دانست. قبل از سنجش، ذره می تواند به یکی از حالت های مختلف باشد که توسط تابع موج شرودینگر توصیف می شوند. لذا قبل از اینکه مشاهده یا سنجشی بتواند انجام پذیرد، شما واقعا نمی توانید حالت یک ذره را بفهمید. در واقع، ذره تا زمانی که مورد سنجش قرار نگرفته است در حالت نامعلومی قرار دارد که جمع تمامی حالات ممکن است.

وقتی این عقیده نخستین بار توسط نیلز بور و ورنر هایزنبرگ پیشنهاد شد، اینشتین نسبت به آن شدیدا اعتراض کرد و گفت: « آیا ماه صرفا به این دلیل وجود دارد که یک موش به آن نگاه می کند.» وی مشتاق طرح سوال بود. بنا به تجزیه و تحلیل دقیق نظریه ی کوانتوم، ماه قبل از اینکه مشاهده شود، آنطور که ما آن را می شناسیم وجود ندارد. در حقیقت، ماه می تواند در یکی از حالات بی شمار خود باشد از جمله حالت های استقرار در آسمان، انفجار و حتی عدم وجود در آسمان. این فرایند اندازه گیری نگاه کردن به آن است که تعیین می کند ماه در واقع حول زمین می گردد.

اینشتین بحث های داغ زیادی با نیلز بور داشت و این نگرش نامتداول به جهان را به چالش می کشید. بور در یکی از این تبادل نظرها از روی ناراحتی به اینشتین گفت: «فکر نمی کنید شما صرفا سعی می کنید منطقی باشید!» حتی اروین شرودینگر( که با معادله موج مشهور خود، کل این بحث ها را به راه انداخته بود) به این تفسیر از معادله اش اعتراض کرد. وی یک بار با ناراحتی ابراز کرد: من این پرش کوانتومی را دوست ندارم و بسیار متاسفم از اینکه با آن سر و کار داشته ام.» منتقدان برای به چالش کشیدن این تفسیر تازه می پرسند: « آیا یک گربه قبل از اینکه به آن نگاه کنید، زنده است یا مرده؟»

شرودینگر برای اینکه نشان دهد این سوال تا چه اندازه مضحک است، یک گربه ی خیالی را در جعبه ای محصور فرض نمود. گربه روبروی یک تفنگ قرار گرفته که به یک شمارشگر گایگر متصل میباشد که به نوبه ی خود با قطعه ای اورانیوم در تماس است. اتم اورانیوم ناپایدار است و دچار فروپاشی رادیو اکتیو می شود. اگر یک هسته اورانیوم فرو پاشد، توسط شمارشگر گایگر شناسایی می گردد که در این صورت ماشه ی تفنگ کشیده و گلوله شلیک می شود و باعث مرگ گربه می شود.

برای دریافتن اینکه گربه زنده است یا مرده، باید جعبه را باز کرده و گربه را مشاهده کنیم. اما وضعیت گربه توسط تابع موجی توصیف می گردد که توصیف کننده مجموع یک گربه زنده و یک گربه مرده است. از نظر شرودینگر تصور گربه هایی که نه مرده هستند و نه زنده، بسیار مضحک است. ولی با این وجود اثبات تجربی مکانیک کوانتومی ما را وادار به این نتیجه گیری می کند. تاکنون، تمامی آزمایش های تجربی درستی نظریه ی کوانتوم را ثابت کرده اند.

پارادوکس گربه شرودینگر به قدری عجیب و نامانوس است که اغلب انسان را به یاد عکس العمل آلیس در برابر ناپدید شدن گربه چشایر در داستان لوئیس کارول می اندازد: « گربه گفت: تو مرا خواهی دید، سپس ناپدید شد. آلیس از این موضوع چندان تعجب نکرد چرا که دیگر به اتفاقات عجیب زیادی که رخ می داد عادت کرده بود.» در طول سالیان، فیزیکدانانها نیز به چیزهای عجیبی که در مکانیک کوانتوم اتفاق می افتند عادت کرده اند. ریچارد فاینمن فیزیکدان زمانی می گفت: « فکر میکنم خطری نداشته باشد که بگوییم هیچکس مکانیک کوانتومی را درک نمی کند. دائم از خود نپرسید آیا ممکن است بتوانید از آن اجتناب ورزید و یا اینکه این امر چطور امکان پذیر است، چرا که با این کار وارد کوچه بن بستی خواهید شد که هنوز کسی از آن خارج نشده است. هیچکس دلیل این امر را نمی داند.»

جهان های موازی متعدد
در سال ۱۹۵۷، یان اورت فیزیکدان این احتمال را مطرح کرد که جهان در ضمن تکامل خود همچون یک جاده دوراهی، پیوسته به دو نیم تقسیم می شود. در یک جهان اتم، اورانیوم واپاشی نکرده و گربه مورد هدف واقع نشده است. در جهان دیگر، اتم اورانیوم فرو پاشیده و گربه هدف ِ گلوله قرار گرفته است. اگر حرف اورت صحیح باشد، بی نهایت جهان وجود خواهد داشت که هر کدام از طریق شبکه ای از دو راهی ها با سایر جهانها مرتبط اند و یا همانطوری که نویسنده ی آرژانتینی خورخه لوییس بورخس، در باغ مسیرهای دو راهی نوشته است: «زمان دائما به آینده های بی شماری تقسیم می شود‌.»

برایس دویت فیزیکدان، یکی از طرفداران تئوری جهان های موازی متعدد، تاثیر ماندگاری که این تئوری بر وی گذاشت را اینگونه توصیف می کند:« هر گذار کوانتومی در هر ستاره، در هر کهکشان و در هر گوشه ی دور افتاده ای از کیهان رخ می دهد، دنیای ما در کره زمین به انبوهی از نسخه های خود تقسیم می کند. من هنوز بهت و حیرت ناشی از اولین مواجه خود با این مفهوم چند جهانی را به یاد دارم» تئوری جهان های متعدد فرض می کند که تمام جهان های کوانتومی ممکن، وجود دارند و در بعضی جهان ها، انسانها بعنوان شکل حیات غالب در روی زمین وجود دارند. در سایر جهان ها حوادث زیر اتمی به گونه ای رخ می دهد که مانع از تکامل روز افزون بشر گردیده است.

در حقیقت، اینکه ممکن است جهان های چندگانه وجود داشته باشند ایده ی تازه ای نیست. فیلسوفی بنام سنت آلبرتوس مگنوس زمانی نوشت: « آیا جهان های زیادی وجود دارند یا یک جهان یگانه وجود دارد؟ این یکی از اصیل ترین و مهم ترین سوالات در مطالعه طبیعت میباشد. » با این حال، نکته جدی این عقیده ی قدیمی آن است که این جهان های زیاد، پارادوکس گربه ی شرودینگر را حل می کنند. در یک جهان، گربه ممکن است مرده باشد و در دیگری، گربه زنده است.

همان اندازه که نظریه ی جهان های موازی متعدد اورت ممکن است عجیب به نظر برسد، نشان دادن اینکه تئوری مذکور از نظر ریاضی معادل تفسیر متداول مکانیک کوانتوم است، عجیب به نظر خواهد رسید. اما بطور سنتی، نظریه ی چند جهانی اورت بین فیزیکدان ها محبوبیتی نداشته است. هر چند نمی توان انکار کرد که این ایده ی مبتنی بر تعداد نامحدودی از جهان هایی که به یک اندازه اعتبار دارند و هر یک در هر لحظه از زمان به دو نیم تقسیم می شوند، بیشتر مثل کابوسی فلسفی برای فیزیکدانان است که سادگی را دوست دارند. یک اصل فیزیکی وجود دارد که تیغ اوکام نامیده می شود و مطابق آن همیشه باید ساده ترین مسیر ممکن را بر گزینیم و از انتخاب های پیچیده چشم پوشی کنیم، بخصوص اگر انتخاب های دیگر را هرگز نتوان مورد ارزیابی قرار داد( لذا تیغ اوکام تئوری قدیمی«اتر» را رد می کند که بر طبق آن، گاز اسرارآمیزی در سراسر جهان پخش شده بود. تئوری اتر جواب مناسبی به یک سوال پیش پا افتاده داد: اگر نور یک موج است و می تواند در خلا انتشار یابد، پس چه چیزی مواج می شود؟ جواب این بود که اتر مانند یک سیال حتی در خلا مرتعش می شود. اینشتین نشان داد که نیازی به اتر نیست. با این حال وی هرگز اعلام نکرد که اتر وجود ندارد. وی صرفا گفت که اتر موضوعیت ندارد لذا طبق اصل تیغ اوکام فیزیکدانها دیگر به اتر اشاره نمی کنند.)

می توان نشان داد که ارتباط بین چند جهانی موازی متعدد اورت امکان پذیر نیست. لذا هر جهان از وجود بقیه اطلاعی ندارد. اگر آزمایشها نمی توانند وجود این جهان ها را مورد بررسی قرار دهند، براساس تیغ اوکام باید از آنها صرف نظر کنیم. دوران عدم محبوبیت فرضیه چندجهانی متعدد با شهرت و محبوبیت تابع موج جهان استیون هاوکینگ به پایان رسید. تئوری اورت براساس ذرات منفرد بنا نهاده شده و در آن امکانی برای ارتباط بین جهان های مختلف که در حال جدا شدن از یکدیگرند وجود نداشت. اما تئوری هاوکینگ، هر چند مرتبط است ولی پا را فراتر می گذارد: این تئوری بر پایه تعداد بی شمار جهان های خود بسنده (و نه فقط ذرات) بنا شده و مدعی امکان تونل زنی بین آنها از طریق کرمچاله ها است.

هاوکینگ حتی اقدام به کار جسورانه ی حل تابع موج جهان کرده است. وی اطمینان دارد که رویکردش درست است. تا حدودی به این دلیل که این تئوری خوش تعریف است.(اگر همانطور که گفتیم، تئوری در نهایت در ده بعد یا بیشتر تعریف شده باشد). هدف او نشان دادن آن است که مقدار تابع موج جهان در نزدیکی جهان شبیه جهان ما بزرگ است. بنابراین جهان ما محتمل ترین جهان است ولی مطمئنا تنها جهان نیست. یک اختلاف بین نظریه ی جهان های موازی متعدد اورت و تابع موج هاوکینگ این است که ایده ی هاوکینگ در هسته ی خود، کرمچاله ها را پیشنهاد می کند که این جهان های موازی را به هم وصل می کنند.
برگرفته از کتاب: Hyperspace -Michio Kaku | نویسنده: سمیر الله وردی / سایت علمی بیگ بنگ