گربه شرودينگر

[رزیتا]

حوزه هاي معدودي از پژوهش علمي وجود داشته اند كه مانند نظريه كوانتوم تاثير عميقي بر فلسفه داشته باشند. دليل امر به اين حقيقت مربوط مي شود كه به قول نويسنده كتاب هاي علمي جان گريپين: «در دنياي مكانيك كوانتوم، قوانين فيزيك كه براي هر كسي آشنا هستند ديگر عمل نمي كنند، در عوض احتمالات هستند كه بر رويدادها حكم مي رانند.»آلبرت اينشتين، برخلاف بور، نه تنها از برخي از استلزامات نظريه كوانتوم تكان خورده بود، بلكه از آنها هراسان بود. چنانچه مشهور است او با عدم قطعيت كوانتومي با همين اظهارنظر صريح مخالفت مي كرد كه: «خدا تاس نمي اندازد.» اروين شرودينگر يكي از معماران نظريه كوانتوم، كه به همان اندازه از اين وضع آشفته بود، تجربه خيالي ساده اي را طرح كرد تا بيهودگي يكي از اين استلزامات را نشان دهد. او اتاقي دربسته يا جعبه اي را تصور كرد كه گربه اي زنده درون آن قرار دارد و نيز حاوي «وسيله اي جهنمي» شامل يك شيشه سيانور و مقدار كمي ماده راديواكتيو است. اين مقدار ماده راديواكتيو آن قدر كم است كه در طول يك ساعت ممكن است يكي از اتم هاي ماده راديواكتيو متلاشي شود، اما با احتمالي مشابه ممكن است هيچ كدام از اتم ها دچار تلاشي نشود. اگر اتم راديواكتيو تجزيه شود پرتوهاي حاصل يك شمارشگر گايگر را به كار مي اندازد و از طريق يك رله چكش كوچكي را فعال مي كند كه شيشه سيانور را مي شكند و باعث مرگ گربه مي شود.

در زندگي روزمره احتمال پنجاه _ پنجاه وجود دارد كه گربه كشته شود و بدون نگاه كردن به درون جعبه مي توانيم با خوشحالي تمام بگوييم كه گربه درون آن مرده يا زنده است. اما براساس نظريه كوانتوم هيچ كدام از اين دو امكاني كه براي ماده راديواكتيو و در نتيجه گربه وجود دارد واقعيت ندارد، مگر آنكه مشاهده شوند.

فروپاشي اتمي نه اتفاق مي افتد و نه اتفاق نمي افتد، گربه نه كشته مي شود و نه كشته نمي شود، مگر هنگامي كه ما به درون جعبه نگاه كنيم و ببينيم كه چه اتفاقي رخ داده است. نظريه پردازاني كه تفسير استاندارد از مكانيك كوانتومي را مي پذيرند مي گويند كه گربه در حالتي غيرقطعي و نامعين _ به عبارت ديگر در يك «ابرمرتبه حالت ها» (Superposition of States) _ نه مرده و نه زنده وجود دارد، تا زماني كه يك مشاهده گر واقعاً به درون جعبه بنگرد و ببيند كه گربه زنده است يا مرده.متاسفانه برخلاف ميل شرودينگر، اين تجربه تخيلي نه تنها باعث نشد كه فيزيكدانان پوچي بعضي از خصوصيات نظريه كوانتوم را درك كنند، جعبه شرودينگر براي اكثريت فيزيكدانان به مثال اعلاي استلزام هاي غيرمعمول و فوق العاده اين نظريه بدل شد. «ابرمرتبه حالت ها» به جاي به هم ريختن نظريه كوانتوم به خصلت معرف آن بدل شد.آنهايي كه تجربه خيالي شرودينگر را با معنايي كه در نظر داشتند مطرح مي كردند مي توانستند با اين حقيقت تسكين يابند كه موقعيت ياوه اي كه در آن گربه به طور همزمان هم زنده و هم مرده است به طور واقعي در آزمايشگاه قابل بازآفريني نيست.

دليل اين امر ناپيوستگي كوانتومي (quantum decoherence) است _ پديده اي كه به وسيله آن يك «ابرمرتبه» از يك حالت به حالت ديگر بدل مي شود. سرعت اين ناپيوستگي در يك سيستم فيزيكي به اندازه آن بستگي دارد. در حالي كه در موجوديت هاي فيزيكي در اندازه اتم ممكن است در يك «ابرمرتبه حالت ها» وجود داشته باشند، موجوديت هاي بزرگ تر، به خصوص در اندازه يك گربه، كه متشكل از ميلياردها اتم هستند، در يك حالت منفرد و معين ثابت مي شوند. در نتيجه افرادي كه با موضع اينشتين همدلي دارند مي توانند مدعي شوند كه گرچه خصوصيات غريب كوانتومي ممكن است در جهان زيراتمي مصداق داشته باشند، در دنياي روزمره متشكل از اشياي معمول مثل گربه، كتاب و افراد و... خدا از هر لحاظ تاس نمي اندازد. اما اكنون حتي اين دفاع (تاحدي نوميدانه) از شعور عام در خطر سرنگون شدن است. فيزيكدانان ويليام مارشال، كريستوف سايمون و ويك بوويستر اخيراً آزمايشي را طراحي كرده اند كه در آن مي توان از «ناپيوستگي كوانتومي» اجتناب كرد تا به يك «ابرمرتبه حالت ها» در مورد جسمي در اندازه حدود يك گلبول قرمز (به طور مشخص آينه اي با قطر ?? ميكرون يا يك صدم ميلي متر) دست يافت، اندازه اي كه شايد در مقايسه با يك گربه بزرگ نباشد ولي در مقياس هاي اتمي بسيار بزرگ است. براساس گزارش مارشال و همكارانش: «اين جسم تقريباً دامنه اي ? برابر بيشتر از هر ابرمرتبه مشاهده شده تا به حال دارد.»

اين آزمايش فرضي در اصول بر تعامل يك فوتون منفرد نور با يك آينه كوچك كه بر روي يك بازوي كوچك نصب شده است تكيه دارد. فشار تابش فوتون براي جابه جا كردن آينه كوچك كافي است. به وجود آمدن يك ابرمرتبه فوتون باعث مي شود سيستم به صورت يك ابرمرتبه حالت هاي متناظر با دو جايگيري متمايز آينه تكوين پيدا كند.پيشنهاد اين دانشمندان اولين پيشنهاد براي تعيين كردن چگونگي ايجاد و مشاهده يك ابرمرتبه ماكروسكوپيك نيست، اما اولين پيشنهادي محسوب مي شود كه امكان تحقق آن با تكنولوژي فعلي وجود دارد.

در واقع در حال حاضر ساختن اجزاي لازم براي اين آزمايش در جريان است و بنابراين تنها اندكي بايد صبر كرد تا گونه اي از «وسيله جهنمي» شرودينگر به واقعيتي مشاهده پذير بدل شود. معاني ضمني اين آزمايش بر آفرينندگان آن پوشيده نيست چرا كه بدون اغراق اظهار مي كنند: «اينكه انجام آزمايشي بر روي يك ميز توانايي بالقوه به آزمون گذاشتن مكانيك كوانتوم را در نظامي كاملاً نوين در اختيار بگذارد، امري فوق العاده است.»

و غيرعادي تر اين است كه اين آزمايش بر مبناي تجربه اي فرضي تكوين يافته است كه در اصل براي افشا كردن پوچي نظريه كوانتوم طراحي شده بود. شرودينگر مسلماً از روبه رو شدن با اين آزمايش شوكه مي شد.