فلسفهِ کوانتوم: 4 راهی که فیزیک، واقعیت را به چالش می‌کشد

فرض کنید که روزنامه صبح را باز می‌کنید و به دنبال بخشی هستید که جدول سودوکو در آن قرار دارد. صبح را صرف حل کردن جدول می‌کنید و در همین حین متوجه می‌شوید که برای مربع‌های آخرِ باقی مانده، راه حلی نیست.

حتما با خودتان می‌گوید که "در جایی باید اشتباهی کرده باشم". پس دوباره از اول شروع به حل می‌کنید. راه حل شهودی و منطقی به نظر این می‌‍رسد که از جایی که دچار مشکل شدید شروع می‌کنید. اما دوباره همان اتفاق می‌افتد؛ به چند مربع آخر که می‌رسید گویی که دوباره به بن‌بست رسیده‌اید.

سر در آوردن از واقعیت طبیعیِ مکانیک کوانتوم، کمی شبیه حل سودوکوی غیر ممکن است. از هرجایی برای ورود به مبحث نظریه کوانتوم استفاده کنیم، به معمای جدیدی بر می‌خوریم که ما را مجبور می‌سازد تا دوباره درباره ساز و کار جهان پیرامونمان فکر کنیم.

حال ببینیم که از دید یک فیلسوف، دنیای اطراف ما، طبق مکانیک کوانتوم چگونه است.

1. عمل از راه دورِ ترسناک

تا جایی که ما می‌دانیم، سرعت نور ( که حدود 300 میلیون متر بر ثانیه است)، نهایتِ حدِ سرعت جهان است. آلبرت انیشتین، ایده این را که سیستم‌های فیزیکی سریع‌تر از سیگنال نوری که می‌تواند بین آن‌ها حرکت کند بر هم تاثیر دارند، به سخره گرفت.

در سال 1940، انیشتین ایده خود را عمل از راه دورِ ترسناک (spooky action-at-a-distance) نامید. وقتی که به نظر می‌رسید که مکانیک کوانتوم می‌تواند چنین عمل ترسناکی را پیش‌بینی کند، او استدلال کرد که نظریه (کوانتوم) هنوز تمام نشده و نظریه بهتری در آینده شاید بتواند این داستان را به سر انجام برساند.

امروزه می‌دانیم که بسیار نامحتمل است که داستان بهتری بخواهد بیاید و اگر فکر می‌کنیم که دنیا از قسمت‌هایی مستقل و خوش ساخت از "چیزها"ست، پس دنیای ما باید جایی باشد که عمل از راه دورِ ترسناک بین این "چیزها" درش وجود دارد.

2. از دست دادن نگاهمان نسبت به واقعیت

شاید بگویید که "خب دنیا از از قسمت‌هایی مستقل و خوشساخت از "چیزها" ساخته نشده است و می‌شود از این عملِ ترسناک دوری کرد."

بله می‌توانیم اینکار را هم بکنیم. بسیاری در جامعه فیزیکدانان کوانتومی همینگونه فکر می‌کنند. اما این برای موضوع مطرح از طرف انیشتین راه‍گشا نیست.

انیشتین در طی فعالیت خود، مجادله طولانی با دوستش، نیلز بور (که دانشمندی دانمارکی بود) درباره همین سوال داشت. استدلال بور این بود که باید بیخیال ایده اینکه چیزهای دنیا خوش ساختند بشویم تا بتوانیم از عمل از راه دورِ ترسناک فرار کنیم. از دید بور، دنیا از خواص قطعی تشکیل نشده مگر وقتی که به آن نگاه می‌کنیم؛ وقتی که در حال نگاه کردن نیستیم، فکر بور این بود که دنیایی که ما می‌شناسیم، وجود ندارد.

اما انیشتین اصرار داشت که دنیا باید از چیزی، چه به آن نگاه کنیم و چه نکنیم وجود داشته باشد، در غیر این صورت ما اصولا نمی‌توانستیم با هم درباره دنیا و در نتیجه درباره علوم، حرف بزنیم. اما انیشتین نتوانست جهانی داشته باشد که هم خوش ساخت و مسنقل باشد و هم عمل از راه دورِ ترسناک نداشته باشد... یا توانست؟

3. بازگشت به آینده

مجادله بین بور و انیشتین در تاریخ مکانیک کوانتوم، اتفاق آشنایی است. اتفاقی که کمتر آشناست، قسمت ناشناخته این پازل منطقی کوانتومی، جایی است که در آن، می‌توانیم هم خوش ساخت و مستقل بودن و هم عملِ ترسناک را نجات داد. اینجاست که وارد راه‌های غریبی می‌شویم.

اگر انجام دادن آزمایشی برای اندازه گیری یک سیستم کوانتومی در آزمایشگاه، به طریقی می‌توانست روی اینکه سیستم قبل از اندازه گیری چطور بود تاثیر بگذارد، کار انیشتین برای حل معمای کوانتوم می‌توانست آسان شود. به این نظریه، "علیت گذشته" (retrocausality) می‌گویند چون تاثیرات انجام آزمایش می‌تواند باعث سفر رو به عقب در زمان شود.

اگر فکر می‌کنید که این ایده عجیب به نظر می‌رسد، بدانید که تنها نیستید. تعریف بالا بین جامعه فیزیکدانان کوانتومی زیاد طرفدارد ندارد، با این حال کسانی هستند که از این دید پشتیبانی می‌کنند. اگر بین پذیرش "عمل از راه دورِ ترسناک" و دنیایی که "وقتی به آن نگاه نمی‌کنیم، وجود ندارد"، مانده باشیم، " علیت گذشته" آنقدرها هم گزینه نامعقولی به نظر نمی‌رسد.

4. چشم‌اندازی از از الیمپوس وجود ندارد

فرض کنید که زئوس بر فراز کوه المپ، در حال نگاه به دنیاست. تصور کنید که قادر بود تا هر اتفاقی که در دنیا از اول افتاده و در ادامه خواهد افتاد را در هرجایی و در همه زمان‌ها، رصد کند. اسم این قدرتش را "نگاهِ چشمِ خدا"ی دنیا بگذارید، حتی اگر که فقط خود آن خدا بر وجود این قدرت آگاهی داشته باشد.

تحقیقات جدید در مکانیک کوانتوم به ما می‌گوید که نگاهِ چشمِ خدا ناممکن است، حتی در اصول موضوعه. در بعضی سناریوهای عجیب کوانتومی، دانشمندان مختلف می‌توانند به دقت به سیستمی که در آزمایشگاهشان هست نگاه کنند و از چیزهایی که می‌بینند یادداشت‌برداری کنند؛ اما وقتی که می‌خواهند یادداشت‌هایشان را با هم مقایسه کنند، با هم اختلاف نظر پیدا خواهند کرد. در اینجاست که فکتی قطعی وجود ندارد که چه کسی یادداشت درست را برداشته است، حتی خود زئوس!

پس وقتی که به جدول سودوکی که به ظاهر راه حلی ندارد، رسیدید، بدانید که تنها نیستید. تمام فیزیکدانان کوانتومی و حتی شاید خود زئوس حسِ عجز شما را درک کند.