حتی فیزیکدانان هم مکانیک کوانتومی را نمی فهمند

از آن بدتر، به نظر نمی رسد که آنها قصد درک آن را داشته باشند

ریچارد فاینمن فیزیکدان و برنده جایزه نوبل گفت: با اطمینان می توانم بگویم که هیچکس واقعاً مکانیک کوانتومی را نمی فهمد. این تعجبی ندارد تا وقتی که علم به سمت مقابله با عدم درک ما پیشرفت می کند و مکانیک کوانتومی بدلیل اسرارآمیز بودن خود شهرت دارد. این تعجب دارد که فیزیکدانان با عدم درک مهمترین نظریه ای که دارند راحت هستند.(کنار آمده اند)
مکانیک کوانتومی ، که به تدریج توسط ذهن های درخشان در دهه های اول قرن بیستم شکل گرفت، یک نظریه فوق العاده موفق است.ما برای چگونگی اتم ها ، درخشش ستارگان ، طرز کار ترانزیستورها و لیزرها به آن نیاز داریم. و حتی برای همین موضوع که چرا میز و صندلی ها بجای اینکه بلافاصله به کف بریزند، جامد هستند نیز به آن احتیاج داریم.
دانشمندان می توانند از مکانیک کوانتومی با اطمینان استفاده کنند.اما این مثل یک جعبه سیاه است.ما می توانیم وضعیت یک جسم را تنظیم کنیم و پیشبینی هایی را در مورد آنچه در آینده رخ می دهد با دقت بالا انجام دهیم. کاری که ما نمی توانیم انجام دهیم ادعای درک مکانیک کوانتومی است. فیزیکدانان نظریه خود را بیش از آنچه یک کاربر معمولی گوشی هوشمند ، درباره داخل گوشی هوشمند خود میشناسد، درک نمی کنند. (توضیح: منظور این است که همانطور که ما با گوشی کار میکنیم،اما شناختی از داخل دستگاه آن نداریم ، فیزیکدانان نیز از مکانیک کوانتومی استفاده می کنند، اما درکی از آن ندارند)
دو مشکل وجود دارد. یکی اینکه مکانیک کوانتومی همانطور که در کتاب های درسی آمده ، وقتی به اشیاء کوانتومی نگاه نمی کنیم به قوانین جداگانه ای احتیاج دارد و اینکه چگونه به هنگام مشاهده رفتار می کند .
هنگامیکه ما در حال مشاهده آنها نیستیم، آنها در “فرضیات” ، در امکان های مختلف، مانند قرار گرفتن در هر یک از مکان های مختلف فضا قرار دارند. (توضیح: اینکه ذرات ،تا وقتی آنها را مشاهده نکردیم، می توانند در یک لحظه هر جایی باشند.) اما وقتی آنها را مشاهده میکنیم فقط در یک مکان واحد قرار می گیرند، و این جایی است که ما آنها را میبینیم.ما نمی توانیم دقیقاً آن مکان را پیشبینی کنیم. بهترین کاری که ما می توانیم انجام دهیم محاسبه احتمال نتایج متفاوت است.
کل مساله غافلگیر کننده است. چرا مشاهدات خاص هستند؟ چه چیزی “مشاهده” محسوب می شود؟ دقیقا چه زمانی اتفاق می افتد؟ آیا نیازم به یک شخص دارد؟ آیا آگاهی به نوعی در قوانین اساسی واقعیت دخالت دارد؟ این سوالات همگی به عنوان “مشکل اندازه گیری ” در نظریه کوانتوم شناخته می شود.
مشکل دیگر این است که ما آنچه که این نظریه کوانتومی توصیف می کند ، نمیپذیریم، حتی زمانی که در حال اندازه گیری نیستیم. ما یک شیء کوانتومی مثل الکترون را از منظر “عملکرد موجی”توصیف می کنیم، که ترکیبی ازتمام نتایج احتمالی ممکن را در یک حالت ریاضی واحد قرار می دهد. هنگامی که تحت مشاهده نیستند ، توابع موج مطابق معادله شرودینگر تعریف می شود.
اما عملکرد موجی چیست؟ آیا این یک توصیف کامل و جامع از کیهان است؟ یا آیا به مقادیر جسمی اضافی (غیر از موجی) برای رسیدن به تعریف کامل واقعیت نیاز داریم؟-همانطور که آلبرت اینشتین و سایرین مشکوک هستند-یا اینکه عملکرد موجی به هیچ وجه ارتباط مستقیمی با واقعیت ندارد و صرفاً توصیفی از روی نادانی ما در مورد آنچه که در نهایت در آزمایشات شاهد بوده ایم است؟
تا زمانی که فیزیکدانان قاطعانه به این سوالات جواب ندهند، واقعاً نمی توان گفت مکانیک کوانتومی را درک می کنند.- از این رو مثل فاینمن هستند- این بد است ، چون مکانیک کوانتومی اساسی ترین نظریه ای است که داریم ، و در مرکز هر تلاش جدی برای تدوین قوانین عمیق طبیعت نشسته است. اگر کسی مکانیک کوانتومی را نفهمد، چهان را نمی فهمد.
بنابراین طبیعتاً فکر خواهید کرد که مکانیک کوانتومی از بالاترین اولویت در میان فیزیکدانان جهان برخوردار است . بررسی مبانی نظریه کوانتومی باید یک تخصص مهم در این زمینه باشد و درخشان ترین ذهن ها، بالاترین حقوق و معتبرترین جوایز را به خود اختصاص دهد. شما ممکن است تصور کنید که فیزیکدانان تا زمانی که واقعاً مکانیک کوانتومی را درک نکنند ، با هیچ چیز متوقف نخواهند شد. اما واقعیت این نیست. تعداد اندکی از دانشکده های فیزیک مدرن دارای پژوهشگرانی هستند که می توانند مبانی نظریه کوانتومی را بشناسند. در مقابل، دانشجویانی که به این موضوع علاقه مند هستند به آرامی، اما محکم-شاید نه چندان آرام- از علاقه خود دور می شوند، گاهی با یک تبلیغ “ساکت شو و محاسبه کن”! همکارانشان هم ابراز ناراحتی میکنند( به آنها انتقاد می کنند) که علاقه خود را به کار جدی از دست داده اند.
(توضیح: تعداد ناچیزی هم که به این مباحث بسیار بسیار جدی علاقه مند هستند ، از سوی دیگر فیزیکدانان با این انتقاد مواجه می شوند که این مسائل جدی نیست و باید آن رها کنند و به مسائل جدی که همان محاسبات است، بپردازند. این موضوع در جامعه علمی ما نیز رواج جدی دارد …)
این مسأله از دهه 1930 اتفاق افتاده است. وقتی که فیزیکدانان به طور جمعی تصمیم گرفتند که آنچه مهم نیست درک مکانیک کوانتومی است.(توضیح : برای آشنایی بیشتر با این موضوع به مطلب ابزارگرایی رجوع کنید)
آنچه اهمیت داشت با استفاده از مجموعه ای از قوانین کوانتومی ، ساختن مدل ذرات و مواد بود. تصور میشد که سرمایه گذاری های فلسفی سابق ، در ابهام قرار گرفته باشند.آنها یادآور روباه ایسوپ هستند، که انگورهایی را که نمی تواند به آنها برسد را می گپید ترش است و آنها را نمی خواسته است. (توضیح: این مثال ، همانند ضرب المثل گربه دستش به گوشت نمیرسید …. است.)
فیزیکدانانی که در سیستم مدرن پرورش یافته اند به چشمان شما نگاه خواهند کرد و با اخلاص توضیح می دهند که واقعا علاقه ای به درک چگونگی عملکرد طبیعت ندارند. آنها فقط می خواهند نتایج آزمایش ها را با موفقیت پیش بینی کنند.
این نگرش را می توان در طلوع نظریه کوانتومی مدرن ردیابی کرد. در دهه 1920 یکسری مباحث معروف بین اینشتین و نیلز بور ، یکی از بنیانگذاران نظریه کوانتومی وجود داشت. اینشتین استدلال کرد که نسخه های معاصر نظریه کوانتومی به سطح یک نظریه کامل نمی رسند و ما باید سعی کنیم تا عمیق تر جستجو کنیم . اما بور مخالف بود و اصرار داشت که همه چیز خوب است. بور که بسیار آکادمیک و متعهدتر از اینشتین بود حداقل در روابط عمومی، یک پیروزی قاطع به دست آورد. همه خوشحال نبودند که نظر بور غالب شد، اما این افراد معمولاً خود را مأیوس و ناامید از صحنه بیرون کشیدند.
در دهه 1950. دیوید بوهم فیزیکدان، با تکیه بر اینشتین ، برای حل مسأله اندازه گیری و تقویت نظریه کوانتومی روش مبتکرانه ای پیشنهاد کرد. ورنر هایزنبرگ ، یکی از پیشگامان مکانیک کوانتومی با برچسب “یک ساختار ایدئولوژیک فوق العاده” به آن نظریه پاسخ داد و رابرت اوپنهایمر ، استاد سابق بوهم گفت: “اگر ما نتوانیم بوهم را نادیده بگیریم، باید توافق کنیم که او را نادیده بگیریم.”
در همین زمان ، دانش آموخته فارغ التحصیل به نام هیو اورت نظریه “چندجهانی” را اختراع کرد. تلاش دیگری برای حل مسأله اندازه گیری ، فقط با تمسخر مدافعان بور مواجه شد. اورت حتی سعی نکرد در آکادمی بماند و پس از فارغ التحصیلی به تحلیل دفاعی روی آورد.
جدیدترین راه حل مسأله اندازه گیری ، که توسط فیزیکدانان جیانکارلو قیراردی ، تولیو وبر و آلبرتو ریمینی ( ت: به نظریه GRW شهرت دارد) پیشنهاد شده است، برای اکثر فیزیکدانان ناشناخته است.
این ایده ها صرفاً تفسیرهای پوشالی از مکانیک کوانتومی نیستند. آنها نظریه های فیزیکی کاملاً مشخص و دارای پیامدهای تجربی بالقوه جدید هستند. اما آنها مورد غفلت بیشتر دانشمندان قرار گرفته اند. برای سالها ، یک مجله پیشرو در فیزیک سیاستی صریح و روشن داشت که مقالات مربوط به مبانی مکانیک کوانتومی را منتشر نکند.(کرول نام نشریه را ذکر نکرده است. این ادعای مهمی است)
البته تعداد بی نهایت سوالاتی وجود دارد که دانشمندان می توانند نگران آن باشند و باید به نوعی اولویت بندی شود. در طول قرن بیستم ، فیزیکدانان تصمیم گرفتند که مکانیک کوانتومی را برای کارهایی مهمتر از درک آن بدانند. بخشی از دلیل آنها این بود که انتخاب راهی رو به جلو دشوار بود؛ چه چیزی ممکن است مشکل اندازه گیری را حل کند؟
هرچند به تدریج ممکن است اوضاع در حال تغییر باشد. نسل فعلی فیلسوفان فیزیک، مکانیک کوانتومی را بسیار جدی می گیرند، و آنها کارهایی مهم و اساسی را در ایجاد وضوح مفهومی در این حوزه انجام داده اند. فیزیکدانان با ذهنیت تجربی متوجه شده اند که با آزمایش های ظریف و کافی می توان پدیده اندازه گیری را بررسی کرد. و پیشرفت تکنولوژی ، سوالات مربوط به کامپیوترهای کوانتومی و اطلاعات کوانتومی را در خط مقدم این زمینه قرار داده است. بنابراین این روند باعث می شود یک بار دیگر در مورد مبانی نظریه کوانتومی فکر کنیم، همانطور که به طور مختصر در روزگار اینشتین و بور وجود داشت.
به همین صورت معلوم می شود که واقعیت چگونه کار می کند و این مهم است.بهترین تلاش های ما برای درک فیزیک بنیادی به بن بست رسیده است که ناشی از کمبود نتایج تجربی شگفت آور جدید است.

دانشمندان بوزون هیگز را در سال 2012 کشف کردند، اما در سال 1964 پیش بینی شده بود. امواج گرانشی در سال 2015 پیروزمندانه مشاهده شدند، اما صد سال قبل از آن پیشبینی شده بودند . پیشرفت هنگامی هنگامی که داده ها فقط نظریه های مارا تایید می کند حاصل نمیشود.

مشکل این است که علیرغم موفقیت نظریه های فعلی ما در تناسب با داده ها، آنها نمی توانند پاسخ نهایی باشند، زیرا تناقض درونی دارند. به ویژه گرانش که در چارچوب مکانیک کوانتومی جا نمی گیرد. پس از گذشت تقریبا یک قرن تظاهر به اینکه درک مکانیک کوانتومی کار مهمی برای فیزیکدانان نیست، باید این چالش را جدی بگیریم.


شان کرول ( sean carroll )

ترجمه : آرین رسولی

کانال تلگرام :
@arian_xboy

منبع :NY Times
http://yon.ir/nfUVW

نام کتاب جدید کرول که منتشر شده و این مقاله به مناسبت آن منتشر شد
Sean Carroll a book “Something Deeply Hidden: Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime,” from which this essay is adapted.