حفره‌ای در قلب فیزیک کوانتومی جا خوش کرده است. ما آن را معضل اندازه گیری می‌نامیم.
فیزیک کوانتومی، از هر زاویه‌ای که به آن بنگریم، به غایت موفق بوده است. به جرئت می‌توان گفت این تئوری شالودۀ تمام فناوری‌های امروزی محسوب می‌شود؛ از چیپست‌های سیلیکونی تعبیه شده در تلفن‌های هوشمند تا نمایشگرهای LED، از قلب اتمی دورترین کاوشگرهای فضایی تا لیزر دستگاه بارکدخوانی که در پیشخوان خرید فروشگاه‌ها استفاده می‌شود؛ فیزیک کوانتومی در همه جا حضور دارد. این نظریه می‌تواند درخشش خورشید و نحوه عملکرد چشم و امکان‌پذیر شدن بینایی را توجیه کند. فیزیک کوانتومی صادق است.
ولی حفره هم‌چنان باقیست. علی‌رغم موفقیت کم‌نظیر این تئوری، ما هنوز نمی‌دانیم که فیزیک کوانتومی دنیای اطراف‌مان را چگونه توجیه می‌کند. نظریه فیزیک کوانتومی قادر است نتیجه آزمایش‌ها و پدیده‌های طبیعی را با دقت باورنکردنی پیش‌بینی کند. ولی داشتن چنین دقتی مستلزم آن است که این نظریه به حقیقتی عمیق و اساسی در مورد طبیعت جهان پیرامون ما دست یافته باشد. با این وجود، بحث در باب این که فیزیک کوانتوم چه چیزی در مورد واقعیت می‌گوید – و یا این که اصلاً چیزی می‌گوید یا خیر – فراوان است.
حتی توجیه ساده‌ترین چیزهای ممکن در فیزیک کوانتومی دشوار است. فرض کنید می‌خواهید موقعیت یک شیء بسیار ریز را توصیف نمایید – برای مثال، موقعیت یک الکترون؛ که ساده‌ترین ذره زیراتمی شناخته شده است. ما سه بعد داریم و شاید این‌طور فکر کنید که برای توصیف موقعیت الکترون تنها به سه عدد نیاز است. این نکته در زندگی روزمره صادق است: برای این که دقیقاً بدانید من کجا هستیم باید طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع مکانی که در آن حضور دارم در اختیارتان قرار بگیرد. ولی به نظر می‌رسد در فیزیک کوانتومی، سه عدد کافی نیست؛ بلکه به بی‌کرانی از اعداد نیاز داریم که فقط بتوانیم موقعیت یک الکترون واحد را توصیف کنیم. این اعداد در سراسر فضا پراکنده هستند.
مقاله مرتبط: رایانش کوانتومی: نتیجه رقابت آلیس و باب بر سر تصاحب فوتون، تعیین‌گر خواهد بود!
این مجموعه بی‌انتها از اعداد، تابع موج (wave function) نامیده می‌شود. علت این است که اعداد مذبور – که در سراسر فضا پراکنده‌اند – همانند موج و به نرمی دچار تغییر می‌شوند. معادله زیبایی وجود دارد که نحوه عملکرد تابع موج را توجیه می‌کند. این معادله که برای اولین بار در سال ۱۹۲۵ توسط اروین شرودینگر، فیزیک‌دان اتریشی، کشف گردید، معادله شرودینگر خوانده می‌شود. تابع موج اغلب از معادله شرودینگر پیروی می‌کنند، درست مانند یک جسم در حال سقوط که پیرو قوانین حرکت نیوتن می‌باشد. به همین دلیل، معادله شرودینگر چیزی شبیه به یک قانون طبیعی است. این قانون نیز مانند سایر قوانین طبیعی ساده است، ولی با این وجود ممکن است در نگاه اول بسیار پیچیده به نظر برسد.
علی‌رغم زیبایی و سادگی معادله شرودینگر، تابع موج نه تنها ساده نیست، بلکه تا حدودی هم عجیب می‌باشد. مثلاً چه لزومی دارد که برای توصیف موقعیت یک جسم واحد به مجموعه بی‌کرانی از اعداد نیاز داشته باشیم که در فضا پراکنده‌اند؟ این شاید به این معنی باشد که الکترون در فضا پخش و پلا شده است. ولی نه، این چنین نیست. زمانی که در جست‌وجوی الکترون هستید، الکترون صرفاً در یک موقعیت واحد قرار می‌گیرد. ماجرا وقتی عجیب‌تر می‌شود که این الکترون را می‌یابید. پس از پیدا کردن الکترون، تابع موج آن موقتاً دیگر از معادله شرودینگر پیروی نمی‌کند. در عوض، تابع فروپاشیده و مجموعه بی‌نهایت از اعداد به صفر می‌گراید؛ مگر در نقطه‌ای که الکترون در آن یافت شده است.
مقاله مرتبط: وقتی سنگین‌وزن‌ها مکانیک کوانتوم را پشت سر می‌گذارند!
پس در این صورت، تابع موج چیست؟ و چرا فقط گاهی اوقات از معادله شرودینگر پیروی می‌کند؟ علی‌الخصوص این که، چرا تابع موج تنها موقعی که کسی حواسش نیست از معادله شرودینگر پیروی می‌کند؟ این سؤالات بی‌پاسخ همان حفره‌ای را تشکیل می‌دهند که در ابتدا متذکر شدیم. این سؤال آخری به قدری مهم و روی اعصاب است (!) که نام ویژه‌ای نیز به آن داده شده است: معضل اندازه گیری (measurement problem).
به نظر می‌رسد معضل اندازه گیری نقطه سقوط فیزیک کوانتومی باشد. جست‌وجو (looking) و اندازه گیری به چه مفهوم است؟ پاسخ قطعی به آن داده نشده است. و این خود بدین معنی است که ما اصلاً نمی‌دانیم معادله شرودینگر چه موقع حاکم است و چه موقع نیست. و اگر این را ندانیم که چه موقع باید از این قانون استفاده کنیم و چه موقع باید آن را کنار بگذاریم، چگونه ممکن است بتوانیم از نظریه فیزیک کوانتومی استفاده کنیم؟
در قسمت بعد به این سؤال پاسخ خواهیم داد.
