سال ۲۰۲۲ با اهدای جایزه نوبل فیزیک به سه دانشمند برجسته، آلن اسپکت (Alain Aspect)، جان کلاوزر (John Clauser) و آنتون زایلینگر (Anton Zeilinger)، فصلی تازه در فهم ما از جهان کوانتومی گشوده شد. این دانشمندان برای آزمایش‌های خود در زمینه درهم‌تنیدگی کوانتومی (Quantum Entanglement) و تلاش برای کشف اینکه آیا جهان “محلی و واقعی” است، این جایزه را دریافت کردند. این کشف که نشان داد جهان ما ممکن است آن چیزی که فکر می‌کردیم نباشد، همه را شگفت‌زده کرد.
قبل از اینکه به ماجرای هیجان‌انگیز این کشف بپردازیم، بیایید به معنای «واقعیت محلی» نگاهی بیندازیم. واقعیت محلی به این معنا است که:
1. محلی بودن: هر چیزی در جهان تنها می‌تواند تحت تاثیر عواملی قرار گیرد که در نزدیکی‌اش هستند. یعنی هیچ‌چیز نمی‌تواند با سرعتی بیشتر از نور اطلاعات را منتقل کند (طبق نظریه نسبیت اینشتین).
2. واقعی بودن: اشیا در جهان ویژگی‌های مشخصی دارند، حتی اگر کسی آنها را مشاهده نکند. به عبارت دیگر، جهان بدون نیاز به حضور ناظر هم وجود دارد و مستقل از مشاهده‌گر است.
این مفاهیم برای مدت‌های طولانی بنیان‌های فیزیک کلاسیک را تشکیل می‌دادند، اما آزمایش‌های این سه دانشمند نشان داد که این تصورات شاید نادرست باشد.
از دهه ۱۹۶۰، فیزیکدانان برای پاسخ به سوالات اساسی درباره مکانیک کوانتومی تلاش می‌کردند. در سال ۱۹۶۴، جان بل، فیزیکدانی ایرلندی، ایده‌ای مهم را مطرح کرد که به نابرابری بل (Bell’s Inequality) مشهور شد. بل آزمایش‌هایی طراحی کرد که می‌توانستند به ما بگویند آیا جهان به صورت محلی و واقعی عمل می‌کند یا نه. این آزمایش‌ها در واقع به بررسی درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌پرداختند.
درهم‌تنیدگی کوانتومی به حالتی اشاره دارد که دو ذره به شکلی با هم در ارتباط هستند که اگر یکی از آنها تغییر کند، دیگری هم بلافاصله تغییر می‌کند، حتی اگر کیلومترها از هم دور باشند. انیشتین این پدیده را “کنش شبح‌وار در فاصله” نامیده بود، زیرا به نظر می‌رسید که نقض کننده قوانین کلاسیک فیزیک باشد؛ چرا که اطلاعات نمی‌توانند سریع‌تر از نور حرکت کنند.
جان کلاوزر در دهه ۱۹۷۰، به شواهدی دست یافت که نشان می‌داد جهان طبق پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی عمل می‌کند، و نه قوانین کلاسیک. آزمایش‌های او نشان داد که ذراتی که درهم‌تنیده هستند، می‌توانند به گونه‌ای با هم ارتباط داشته باشند که توجیه آن با واقعیت محلی غیرممکن به نظر می‌رسید.
اما هنوز شک‌هایی وجود داشت. آیا نتایج این آزمایش‌ها به خاطر محدودیت‌های تجربی بود یا اینکه واقعاً جهان چیزی فراتر از آن چیزی است که فکر می‌کنیم؟ در دهه ۱۹۸۰، آلن اسپکت وارد میدان شد و آزمایش‌های کلاوزر را بهبود داد. او با استفاده از تکنیک‌های جدید و دقیق‌تر نشان داد که واقعاً درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای واقعی است و قوانین کلاسیک قادر به توضیح آن نیستند.
آنتون زایلینگر، فیزیکدان اتریشی، به این سفر علمی ادامه داد و به کشف‌های جدیدی در زمینه انتقال کوانتومی (Quantum Teleportation) دست یافت. او نشان داد که اطلاعات کوانتومی یک ذره می‌تواند به ذره‌ای دیگر منتقل شود، بدون اینکه نیازی به جابه‌جایی فیزیکی باشد. این انتقال عجیب و جالب به دلیل درهم‌تنیدگی کوانتومی امکان‌پذیر است.
این کشفیات به معنای آن است که جهان ما ممکن است غیرمحلی و غیرواقعی باشد. یعنی:
• غیرمحلی: ذرات می‌توانند با هم در ارتباط باشند، حتی اگر بسیار دور از هم باشند، بدون اینکه این ارتباط محدود به سرعت نور باشد.
• غیرواقعی: ویژگی‌های یک ذره تنها زمانی تعیین می‌شود که ما آن را مشاهده کنیم. قبل از مشاهده، وضعیت آن مشخص نیست و به صورت احتمالی در چند حالت مختلف قرار دارد.
این مسئله به این معناست که واقعیت ممکن است به شکلی که ما فکر می‌کردیم مستقل و پایدار نباشد و وابسته به مشاهده ما باشد.
حالا بیایید ببینیم که این مفاهیم پیچیده در زندگی روزمره چه تاثیری دارند. اگرچه مکانیک کوانتومی در مقیاس‌های بسیار کوچک عمل می‌کند، اما کاربردهای عملی زیادی دارد:
1. رایانه‌های کوانتومی: با استفاده از قدرت درهم‌تنیدگی کوانتومی، رایانه‌های کوانتومی می‌توانند مسائلی را حل کنند که رایانه‌های کلاسیک به زمان زیادی برای آن نیاز دارند. این رایانه‌ها می‌توانند آینده صنعت محاسبات، شبیه‌سازی‌های علمی، و رمزنگاری را تغییر دهند.
2. ارتباطات امن کوانتومی: یکی از کاربردهای درهم‌تنیدگی کوانتومی، در ایجاد شبکه‌های ارتباطی امن است. با استفاده از ویژگی‌های خاص ذرات درهم‌تنیده، می‌توانیم اطلاعات را به شکلی ارسال کنیم که هرگونه تلاش برای استراق سمع بلافاصله شناسایی شود.
3. حسگرهای کوانتومی: این حسگرها از پدیده‌های کوانتومی برای اندازه‌گیری دقیق‌تر استفاده می‌کنند و در حوزه‌های پزشکی، نجوم و حتی زمین‌شناسی کاربرد دارند.
کشف اینکه جهان ممکن است محلی و واقعی نباشد، به معنای آن است که ما باید نحوه درک خود از جهان را تغییر دهیم. این کشفیات سوالات بزرگی درباره فلسفه، علم و حتی معنای واقعی «وجود» مطرح می‌کند. آیا واقعیت تنها وقتی وجود دارد که ما آن را مشاهده می‌کنیم؟ آیا اطلاعات می‌توانند بدون محدودیت‌های فیزیکی جابه‌جا شوند؟ این سوالات هنوز به طور کامل پاسخ داده نشده‌اند، اما جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۲ نشان می‌دهد که ما به کشف رازهای بزرگ‌تری در آینده نزدیک نزدیک می‌شویم.
کشفاتی که توسط این سه دانشمند انجام شد نه تنها در زمینه فیزیک بلکه در فلسفه علم نیز تأثیرات عمیقی دارد. فلسفه علم به بررسی اصول و مفاهیم بنیادی علم می‌پردازد. سوالاتی مانند “واقعیت چیست؟” و “آیا ما می‌توانیم به طور کامل واقعیت را درک کنیم؟” به موضوعات داغ فلسفی تبدیل شده‌اند.
به عنوان مثال، آیا می‌توانیم به معنای واقعی کلمه بگوییم که جهان مستقل از ما وجود دارد؟ آیا واقعیت فقط یک برداشت ذهنی است؟ این سوالات می‌توانند به بحث‌های عمیق‌تری در زمینه فلسفه وجودی و شناخت‌شناسی (فلسفه شناخت) منجر شوند.
نکته جالب در مورد این کشف‌ها این است که آنها نه تنها در آزمایشگاه‌ها و مقالات علمی بلکه در زندگی روزمره ما نیز تأثیر خواهند گذاشت. به عنوان مثال، وقتی که شما از یک شبکه وای‌فای استفاده می‌کنید، ممکن است بر اساس تکنولوژی‌های کوانتومی به اطلاعات دسترسی پیدا کنید. همین‌طور، تلفن‌های هوشمند و دستگاه‌های الکترونیکی روز به روز به سمت استفاده از فناوری‌های نوین می‌روند که بر پایه اصول کوانتومی طراحی شده‌اند.
این کشفیات می‌تواند به ما کمک کند تا دیدگاه‌های جدیدی درباره جهان و جایگاه خودمان در آن پیدا کنیم. بیایید با یکدیگر در مورد این سوالات گفتگو کنیم:
• آیا شما معتقدید که جهان واقعاً مستقل از ما وجود دارد؟
• فکر می‌کنید این کشفیات چه تأثیری بر آینده علم و فناوری خواهند داشت؟
• آیا به نظر شما ما به درک کامل از جهان و واقعیت نزدیک می‌شویم یا این تنها آغاز یک سفر است؟
این سوالات در واقع در طول تاریخ بشر نیز مطرح شده‌اند و به نوعی به ما یادآوری می‌کنند که علم همواره در حال تحول است و ما نیز باید آماده باشیم که با این تحولات همراه شویم.
کشف اینکه جهان ممکن است غیرمحلی و غیرواقعی باشد، نه تنها نظریه‌های علمی ما را به چالش می‌کشد، بلکه ما را به تفکر در مورد ماهیت واقعیت و وجود دعوت می‌کند. ما در یک دوره هیجان‌انگیز علمی زندگی می‌کنیم که در آن مرزهای دانش و درک بشری به تدریج در حال گسترش است.
به همین دلیل، دستاوردهای آلن اسپکت، جان کلاوزر و آنتون زایلینگر به معنای آغاز فصل جدیدی در علم و فلسفه هستند. ما هنوز بسیاری از سوالات را در این حوزه داریم، اما این تحقیقات به ما نشان می‌دهند که علم می‌تواند درک ما از جهان را به طرز شگفت‌انگیزی تغییر دهد. بی‌صبرانه منتظر آنچه که آینده در این زمینه برای ما به ارمغان خواهد آورد هستیم.
1. Nobel Prize Press Release 2022, “The Nobel Prize in Physics 2022.”
2. Aspect, A., Dalibard, J., & Roger, G. “Experimental Test of Bell’s Inequalities Using Time‐Varying Analyzers.” Physical Review Letters, vol. 49, no. 25, 1982, pp. 1804-1807.
3. Zeilinger, A., et al. “Quantum Teleportation.” Reviews of Modern Physics, vol. 74, no. 3, 2002, pp. 1257–1267.
4. Bell, J. S. “On the Einstein Podolsky Rosen Paradox.” Physics Physique Физика, vol. 1, no. 3, 1964, pp. 195-200.
5. Gisin, N., et al. “Quantum Nonlocality.” Reviews of Modern Physics, vol. 74, no. 1, 2002, pp. 145-195.
6. Nielsen, M. A., & Chuang, I. L. “Quantum Computation and Quantum Information.” Cambridge University Press, 2000.
7. Scully, M. O., & Zubairy, M. S. “Quantum Optics.” Cambridge University Press, 1997.
8. The Universe Is Not Locally Real; Author: Daniel Garisto, Publication: Scientific American
