مرا به کائنات بفرست: دور فرستی کوانتومی

[ANDREA]

اروین شرودینگر تنها فیزکدانی نبود که پذیرفتن جنبه های نامعمول مکانیک کوانتومی برایش مشکل بود. آلبرت اینشتین، که شاید بزرگترین فیزیکدان قرن بیستم باشد، نشان داد که مکانیک کوانتومی از بعضی لحاظ نظریه ی نا مطلوبی است. او، همراه با دو همکارش، بوریس پودولسکی و ناتان روزن، آزمایش تخیلی را مطرح کرد که فکر می کرد عیب این نظریه را نشان می دهد. ولی مانند آزمایش تخیلی شرودینگر، تمام کاری که اینشتین انجام داد برجسته کردن شگفتی این نظریه بود و مبنای ممکنی برای دورفرستی فراهم آورد، که « باریکه های » بکار رفته برای انتقال افراد و اشیا در فضا در مجموعه داستان علمی – تخیلی استار ترک شبیه بود.
این آزمایش تخیلی مستلزم مفهومی بود بنام درگیری. در مکانیک کوانتومی، درگیری به وضعیتی اطلاق می شود که در آن حالت های دو یا چند ذره، با آنکه ذرات ممکن است از هم دور باشند، به شدت به یکدیگر مربوط اند. این وضعیت ها رخ می دهند چون حالت ها نامعین ممکن است بیش از یک ذره را در بر گیرند، به گونه ای که بین حالت ها یا مسیرهای تک تک آنها پیوند بر قرار کند. مثلا، هر یک جفت ممکن است از شکاف های متفاوت آزمایش دو، شکاف توصیف شده ی قبلی عبور کند. اگرچه مکانیک کوانتومی نمی تواند پیشاپیش بگوید که کدام الکترون، E1 یا E2، از کدام شکاف می گذرد، اگر اندازه گیری نشان دهد E1 از شکاف A می گذرد، آنگاه E2 باید از شکاف B بگذرد.

درگیری به کامپیوترهای کوانتومی راهی برای ربط دادن حالت های منطقی اجزاء آن به یکدیگر ارائه می دهد که کار کردن آنها با یکدیگر را ممکن می سازد. اما آنچه اینشتین را نگران می کرد این است که درگیری در هر فاصله ای عمل می کند. حتی اگر ذرات مایل ها از هم فاصله داشته باشند، یا حتی اگر آنها در منظومه های شمسی متفاوتی باشند، وقتی که اندازه گیری در مورد یکی انجام شود حالت دیگری خود به خود تعیین می شود. فرض کنید یک واکنش شیمیایی یا هسته ای دو الکترون ایجاد می کند که از یکدیگر دور می شودند، و ماهیت واکنش تولید الکترونهای با اسپین های نخالف است- یک الکترون اسپین بالا و دیگری اسپین پایین دارد. مکانیک کوانتومی واکنش را فقط بعنوان تصادفی توصیف می کند. دو الکترون و حالت هایشان مشخص اند، ولی پیشاپیش نمی توان تعیین کرد که کدام الکترون اسپین بالا، و کدام الکترون اسپین پایین دارد. اگر فیزیکدانی آزمایشی را روی یک الکترون اجرا، و اسپین بالا تعیین کند، آنگاه حالت اسپین معین تبدیل می شود. یعنی حالت اسپین الکترون دیگر، که قبلا نامعین بود، اکنون، با آنکه ممکن است خیلی دور باشد، اما معین است.
این مطلب اینشتین را گیج و سردرگم کرده بود زیرا افکار و نظریه های او نشان داد که هیچ اطلاعاتی نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند. ولی دانشمندی می تونست حالت اسپین یکی از الکترونها را با اندازه گیری تعیین کند که ممکن بود در سیاره ی دیگر یا حتی در کهکشان دوری انجام شده باشد.
با وجود بد گمانی های اینشتین، آزمایشهای مشابه داستان جفت الکترون پیشگفته ثابت می کند که این حادثه رخ می دهد. ولی نتایج نظریه های اینشتین را نقض نمی کندد زیرا این پدیده اطلاعات را منتقل نمی کند. اندازه گیری الکترون حالت اول حالت دوم را تعیین می کند، اما راهی وجود ندارد که ناظر الکترون دوم بتواند از اندازه گیری رخ داده آگاه شود مگر اینکه از شخصی که آزمایش را انجام داده پیامی را که به وسیله ی متداولی مانند رادیو منتقل شده باشد، دریافت کند. حالت الکترون برای ناظر دوم هنوز نامعلوم است تا اینکه یک اندازه گیری انجام گیرد یا پیامی از ناظر اول دریافت شود.
اینکه درگیری هیچ قانونی را نقض نمی کند، باز هم یکی از نتایج عجیب تر مکانیک کوانتومی به شمار می رود. اگر حالت اسپین الکترون دوم، همانطور که نظریه می طلبد، تا وقتی که مشاهده شود نامعین باشد، آنگاه به طریقی پی می برد که بعد از آنکه کسی حالت الکترون اول را تعیین کرد حالت اسپین مناسب را اتخاذ می کند. این اساس استدلال اینشتین بود، که مطلب شرودینگر درباره ی گربه را شبیه سازی می کند. اگر حالت الکترون دوم آمیزه ای از اسپین بالا و پایین باشد که تا زمان مشاهده معین نیست. آنگاه اندازه گیری ناظر اول به طریقی بر حالت دوم تاثیر می گذارد. اینشتین برای این مطلب توضیحی نداشت. هیچ کس دیگر هم درگیری را به وسیله ی فیزیک کلاسیک توضیح نداد. با این وجود، این فرایند می تواند مفید باشد. اگرچه اطلاعات نمی تواند منتقل شود، از آن می توان نسخه برداری و آن را با روشی بنام دورفرستی، از طریق فضا منتقل کرد.

ادامه دارد »»»»»

 

[ANDREA]

نویسندگان داستانهای علمی – تخیلی اصطلاح دور فرستی را قبلا ساخته بودند، البته تا قبل از تولد مکانیک کوانتومی ساز و کار عملی برای آن نداشتند. ایده ی آن اسکن کردن یک جسم یا شخص در یک مکان، و ایجاد یک نسخه ی کامل در مکان دیگری است. نسخه ی اصلی معمولا طی فرایند از میان می رود، تنها چیزی که منتقل می شود ساختاری غیر قابل تشخیص از اصل نسخه ی تکثیر شده است. همانطور که در شکل نشان داده شده، دور فرست ( Teleporter ) شبیه دستگاه فکس است، با این تفاوت که فرایند اسکن نسخه ی اصلی را از میان می برد.

Please, ورود or عضویت to view URLs content!

توضیح شکل: A) دستگاه فکس سند اصلی را اسکن می کند، یک نسخه را روی یک خط تلفن ارسال می کند و نسخه ی اصلی را بر می گرداند. B) دورفرستی نسخه ی اصلی را اسکن می کند، آن را به دلیل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ تخریب می کند، ولی “درگیری” خواص آن را به جسم دیگری می دهد، که سبب می شود طی مسافت های طولانی بازتولید صورت گیرد.

“درگیری” به دلیل کنش از دور که اینشتین را حیرت زده کرد، نقشی بازی می کند. آزمایش متشکل از یک واکنش یا حادثه ی دیگر ذرات درگیر را ایجاد می کند. با انجام دادن یک دسته آزمایش دقیق، ناظران در یک مکان حالت یک زیر مجموعه از ذرات را تعیین می کنند. اندازه گیری ها به طریقی انجام می شوند که از حالت یکی از ذرات نسخه برداری می کنند. اندازه گیری، این حالت ذره را به دلیل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مختل می کند، ولی ذرات درگیر اکنون در همان حالت اند. نسخه ی اصلی “نابود می شود” ولی نسخه ی بدل در مکان دیگری وجود دارد.
آزمایش های مربوط به فوتون ها تایید می کنند که دور فرستی کوانتومی رخ می دهد. دانشمندان در دانشگاه واینا در اتریش فوتون را در عرض رودخانه ی دانوب دور فرستی کردند. گرچه در آزمایش های پیشین در طول فاصله های کوتاه دور فرستی شده یودند. این نخستین بار بود که فرایند در خارج از آزمایشگاه انجام می شد. یک فیبر نوری در کف رودخانه حالت های بیت مانند فوتون ها را به طرف دیگر منتقل می کرد.
آزمایش دیگر که فرایند را به اتم ها تعمیم می داد توسط دانیل اف. جیمز فیزیکدان از آزمایشگاه ملی لس آلاموس با گروهی از پژوهشگران در دانشگاه اینسبروک در اتریش، که به وسیله ی پروفسور دنیر بلات هدایت می شد، انجام شد. این دانشمندان، به کمک یون های کلسیم، حالت های کوانتومی را در فقط تقریبا یک هزارم اینچ دور فرستی کردند، ولی این آزمایش قابل ملاحظه بود زیرا اتم ها را تا دمای بسیار پایین سرد کرده، به کمک لیزرها حالت های آنها را دستکاری کردند. شبیه سازی- دقت تکثیر – همیشه کامل نبود، ولی آزمایش نشان داد که هم ماده و هم نور را می توان دور فرستی کرد.
توانایی فعلی دور فرستی کوانتومی راه درازی را تا استار ترک پیش رو دارد و فرستادن انسان به سیاره های دور در زمانی به این نزدیکی ها دور از ذهن است. انسان مجموعه ای به شدت پیچیده هاز اتم هاست و شبیه سازی کم تر از ۱۰۰ درصد فاجعه به بار خواهد آورد. ولی این مسئله یک مسئله ی مهندسی است. به یمن وجود مکانیک کوانتومی ،قانونی در فیزیک وجود مدارد که از پیشرفت این فناوری در آینده جلوگیری کند.

Please, ورود or عضویت to view URLs content!

فیزیک، در یک حرکت جسورانه، حجم زیادی از داستانهای علمی، تخیلی را ناگهان به نظر عملی، یا حتی محتمل ساخته است. اما شاید مهمترین نتیجه ی مکانیک کوانتومی محدودیت های آن است. لاپلاس از جهان هستی رویایی داشت که با هر جزئیاتی قابل حدس بود، با دانستن اطلاعات کافی، هر رویدادی را می شد پیش بینی کرد. مکانیک کوانتومی جهان هستی متفاوتی را اشکار می ساخت، که در آن احتمال نقش بازی می کرد. در زمان لاپلاس، بخت فقط به نظر تصادفی می رسید، مردم عقیده داشتند که نتیجه به دلیل کمبود اطلاعات قابل پیش بینی نبود. اما امروز، مکانیک کوانتومی نشان می دهد که تصادفی بودن نه به دلیل کمبود اطلاعات بلکه جزئی از طبیعت است. خواه در بخت آزمایی از گوی های پینگ پنگ استفاده شود خواه از الکترون خواه، در جه ای از عدم قطعیت همیشه وجود دارد تا اینکه کسی اندازه گیری انجام دهد.