انتشار این مقاله


جهش کوانتومی شاید بتواند گربه شرودینگر را نجات دهد

شاید تنها راه نجات این گربه رسیدن به درک بهتر در مورد جهش کوانتومی باشد.

گربه شرودینگر را می‌توان نخستین تلاش مکانیک کوانتوم برای ورود به فرهنگ عام دانست. آزمایش گربه شرودینگر یک آزمایش فرضی است که در آن گربه‌ای را داخل یک جعبه قرار داده‌اند که هر لحظه امکان دارد بمیرد. سرنوشت این گربه بر کسی روشن نیست. و هیچ‌وقت هم روشن نبوده است. تا جایی که عده‌ای گفته‌اند این گربه هم‌زمان زنده و مرده است! با این حال، دانشمندان به تازگی اعلام کرده‌اند که تناقض موجود در قلب این معمای کوانتومی را می‌توان برای همیشه حل کرد. شاید تنها راه نجات این گربه رسیدن به درک بهتر در مورد جهش کوانتومی باشد.

پیش از آن که در مورد فرضیه‌ی جدید دانشمندان صحبت کنیم، بهتر است کمی با گربه شرودینگر آشنا شویم. این آزمایش فرضی اولین بار در سال ۱۹۳۵ از سوی فیزیک‌دان برجسته‌ی اتریشی، اروین شرودینگر، مطرح گردید. آزمایش گربه شرودینگر بر پایه یکی از نظریه‌های مکانیک کوانتوم به نام «تفسیر کپنهاگی» بنا شده است. تفسیر کپنهاگی می‌گوید که یک سامانه کوانتومی تا زمانی که به هر طریقی با دنیای مشاهده‌پذیر وارد تعامل نشده است، در وضعیت برهم‌نهی باقی خواهد ماند. یعنی این که سامانه‌های کوانتومی پیش از این که مورد اندازه‌گیری قرار بگیرند، فاقد هرگونه ویژگی قطعی هستند. انستیتوی فیزیک «برهم‌نهی» را معادل با این مفهوم می‌داند که یک ذره در یک زمان معین می‌تواند در دو نقطه حاضر باشد.

داستان کامل گربه شرودینگر را از این‌جا بخوانید: گربه‌ی شرودینگر؛ مرده یا زنده؟

اگر چنین تعریفی را وارد آزمایش شرودینگر کنیم، چندین موقعیت فرضی سردرگم‌کننده حاصل خواهد شد. همان‌طور که شرودینگر خود در سال ۱۹۳۵ نوشت:

می‌توان سناریوهای مضحکی را برای این آزمایش پیشنهاد کرد. گربه‌ای در داخل یک اتاقک فلزی حبس شده، و در کنار او یک دستگاه به‌خصوص هم تعبیه گشته که نباید در دسترس گربه قرار بگیرد. در داخل این دستگاه که یک شمارش‌گر گایگر است، مقدار ناچیزی از یک ماده‌ی پرتوزا قرار دارد. مقدار این ماده به قدری ناچیز است که احتمال واپاشی یکی از اتم‌های آن در یک ساعت آینده وجود دارد. اما در عین حال، درست به همین اندازه احتمال دارد که این اتم دچار واپاشی نگردد. اما اگر واپاشی روی دهد، شمارش‌گر گایگر فعال شده و مکانیسمی را به راه می‌اندازد که در نهایت موجب می‌شود یک چکش کوچک بر روی فلاسکی پر از اسید هیدروسیانیک فرود آمده و با آزاد کردن اسید، گربه را مسموم کند.

اگر این سامانه را به مدت یک ساعت به حال خود رها کنیم، می‌توان ادعا کرد که در صورت عدم رخ‌داد واپاشی، گربه هم‌چنان زنده خواهد بود. اولین واپاشی اتمی کافی است تا این گربه را به کشتن بدهد. تابع پسی (سای) این سامانه نشان می‌دهد که مخلوطی با نسبت‌های یکسان از گربه‌ی مرده و زنده در داخل این جعبه حضور دارد!

مطابق با تفسیر کپنهاگی، هیچ راهی وجود ندارد که بتوان در مورد سرنوشت گربه نظر قطعی داد. تنها راه ممکن برای آگاهی از مرده یا زنده بودن گربه این است که در جعبه را برداریم. پاسخی که به محض باز کردن در جعبه به آن خواهیم رسید، اساساً پیش‌بینی‌ناپذیر و لحظه‌ای است؛ مفهومی که به آن «جهش کوانتومی» می‌گویند.

جهش کوانتومی چیست؟

جهش کوانتومی هنگامی روی می‌دهد که یک الکترون، اتم و یا مولکول به صورت ناگهانی از یک وضعیت کوانتومی به وضعیت دیگر انتقال یابد. این نظریه که در حدود یک سده قبل توسط نیلز بور ارائه شده بود، برای اولین بار در دهه‌ی ۱۹۸۰ مشاهده گردید.

امروزه دانشمندان معتقدند که می‌توان جهش کوانتومی را پیش‌بینی کرد. اگر واقعاً امکان پیش‌بینی کردن جهش کوانتومی وجود داشته باشد، در آن صورت امکان این هم وجود خواهد داشت که بتوان پیش از باز کردن جعبه به وضعیت حیات گربه شرودینگر پی برد!

به منظور آزمایش این فرضیه، پژوهشگران دانشگاه ییل با استفاده از سه دستگاه ساطع‌کننده‌ی ریزموج، اتمی را در داخل یک حفره‌ی سه‌بعدی آلومینیومی، تحت تابش قرار دادند. محققان قادر به مشاهده‌ی جهش‌های کوانتومی این اتم در داخل حفره‌ی آلومینیومی بودند. آن‌ها توانستند سیگنالی را از هر جهش کوانتومی ثبت کنند. ثبت چنین سیگنال‌هایی به آن اجازه می‌داد تا وقوع جهش‌های بعدی را پیش‌بینی کنند.

جهش کوانتومی را تا حدودی می‌توان به فوران یک آتش‌فشان تشبیه کرد. این جهش‌ها در بلندمدت کاملاً پیش‌بینی‌ناپذیر هستند. با این حال، نظارت دقیق به ما اجازه می‌دهد که بتوانیم چنین جهش‌هایی را پیش از آن که روی دهند، پیش‌بینی کرده و از وقوع آن جلوگیری کنیم.

چنین پیشرفتی شاید بتواند گربه شرودینگر را نجات دهد.

میلاد شیرولیلو




نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *