جهان كوانتومي - بخش سوم: ارتباط هاي شبح گون

ارتباط هاي شبح گون

نه ماكس پلانك و نه آلبرت انيشتن كه فوتون را به جهان معرفي كردند هيچيك از آنچه كه انجام داده بودند راضي نبودند . پلانك ايده بسته هاي كوچك نور را ارائه كرد اما تمايلي به قبول آنها به عنوان چيزهاي حقيقي - به جاي ابزارهاي رياضي محض كه كار را براي فيزيكدانها راحتتر ميكنند – نداشت.
انيشتن مشكل ديگري داشت . تصور نور به عنوان باراني از گلوله هاي كوچك كه ميتوانند به الكترونها ضربه برنند و آنها را از اتمهايشان جدا كنند براي او اشكالي نداشت . در واقع ، او از اين انديشه استفاده كرد و آنرا به عنوان پايه اي براي ارائه توصيفي ساده از اثر فتوالكتريك قرار داد كه در آن تابش نور بر فلزات خاصي موجب به جريان الكتريكي ميشود . او حتي چنين استدلال ميكرد كه در نظر گرفتن نور به عنوان "گاز"ي از فوتونها – مانند گاز معمولي كه از اتمهاي فيزيكي تشكيل شده است – درك خوبي را ايجاد ميكند.
آنچه كه انيشتن را آزار ميداد ، اين سوال بود كه آيا فوتونها اشيايي واقعي هستند كه عنصر ناخواسته اي از احتمال ، آنها را به درون فيزيك راه داده است يا خير . انيشتن ، گرچه نوانديش بود ، اما از جنبه هاي ديگر بسيار كلاسيك گرا باقي ماند: او با تمام وجود به اصل عليت (علت و معلول) معتقد بود . بعبارت ديگر ، او ميگفت اگر تمام ويژگيها و مشخصه هاي يك جسم را بدانيم ، بايد بتوانيم رفتار آنرا در هر شرايطي بطور دقيق پيش بيني كنيم.

برعكس ، نظريه كوانتومي تنها ميتواند احتمال وقوع رخدادي را پيش بيني كند . وقتي جرياني از فوتونها به عدسيهاي يك عينك آفتابي برخورد ميكند ، برخي از آنها از عدسي ها گذر ميكنند و برخي ديگر بازتابيده ميشوند . اما هيچ راهي براي پيش بيني دقيق اينكه هر يك از فوتونها چه راهي را انتخاب ميكند وجود ندارد . تنها چيزي كه ميتوان گفت ، احتمال وقوع هريك از اين رخدادهاست.
انيشتن از نظريه كوانتومي دل خوشي نداشت زيرا از آن جز مشتي احتمال بي ثمر به چنگ نمي آورد! در سال 1936 ، او به همراه "بوريس پودودولسكي" و "ناتان روزن" ، "باطل نماي EPR" را ابداع كرد . درحاليكه از همبندي شبح گون EPR براي ارسال فوتونها از گوشه اي به گوشه ديگر آزمايشگاه استفاده شده ، ولي طنز ابداي باطل نماي EPR اين بود كه نشان داده شود اين مفهوم نظريه كوانتومي آن قدر غير قابل قبول است كه يا بايد اين نظريه نادرست باشد و يا از جهاتي ناقص . اين سه نفر نتوانستند بپذيرند كه تنها به اين دليل كه اندازه گيري هاي كوانتومي ريشه در احتمالات دارند ، اندازه گيري يك فوتون در مكاني بتواند در مكاني ديگر اثر فيزيكي لحظه اي داشته باشد.
باطل نماي اصلي EPR تاكنون به شكلهاي متفاوتي بيان شده است ، اما اجازه بدهيد در اينجا با همان فوتونها كار را دنبال كنيم . فرض كنيد يك جفت فوتوني را كه با زاويه 90 درجه نسبت به يكديگر قطبيده شده اند ، درهم تنيده ايد . تا پيش از اندازه گيري ، نميتوانيد بدانيد كه قطبش ها چگونه اند: ممكن است قائم ، افقي و يا در حالتي بينابين باشند . تمام آنچه كه با اطمينان كامل ميدانيد اين است كه آنها بر يكديگر عمودند . اكنون اين فوتونها را در راستاهاي متفاوتي ميفرستيد و در نقطه اي از مسيري كه در حال حركتند ، به صافي هاي قطبنده اي برخورد ميكنند كه شما با زيركي سر راهشان قرارداده ايد.
فرض كنيد يكي از فوتونها بطور مستقيم از ميان يكي از صافي هايي كه عمود بر مسير آن قرار گرفته است گذر كند . اين فوتون بايد بصورت قائم قطبيده باشد و جفت آن بصورت افقي . به اين ترتيب ، فوتون دوم از ميان يكي از صافي هاي افقي كه در مسيرش قرار دارد گذر ميكند ، نه از يك صافي قائم . تا اينجا همه چيز به خوبي پيش رفته است . يكي از فوتونها بصورت قائم و ديگري بصورت افقي قطبيده شده است ؛ بنابراين چنانكه قرار بود آنها ب يكديگر عمودند و همه چيز مرتب به نظر ميرسد.
اما هنوز كار به پايان نرسيده است . تا زمانيكه فوتون اول به صافي برخورد نكرده است ، شما نميدانيد آيا از ميان آن گذر خواهد كرد يا نه . به همين دليل ، اين فوتون نيز تا زمانيكه به صافي نرسيده نميداند به چه نوع صافي برخورد خواهد كرد . شما پيش از اندازه گيري ، چيزي در مورد قطبش هيچيك از فوتونها نميدانيد . تنها چيزي كه ميدانيد اين است كه احتمال گذشتن فوتون از ميان صافي (تحت هر زاويه اي كه قرار داشته باشد) ، پنجاه – پنجاه است . بنابراين فوتون دوم تا زمانيكه فوتون اول كارش را انجام نداده است ، نميتواند بفهمد براي خودش چه پيش خواهد آمد . به اين ترتيب رفتار فوتون اول ، رفتار فوتون دوم را تعيين ميكند . فوتون دوم بايد به طريقي از فوتون اول ، حتي اگر فاصله فيزيكي آنها زياد باشد ، كسب خبر كند.
نكته اي را كه بايد اضافه كرد اين است كه خبررساني بايد آني باشد ، حتي اگر هر دو فوتون دقيقا در يك لحظه به صافي هاي خودشان برخورد كنند . پيش بيني آنچه كه هريك از فوتونها انجام خواهد داد غيرممكن است ولي دو فوتون بايد به گونه اي هماهنگ با يكديگر رفتار كنند تا قطبش هايشان نسبت به يكديگر داراي ارتباط درست (مثلا عمود بودن در مثال فوق) باشد . آنچه كه مورد اعتراض انيشتن ، پودولسكي و روزن قرار گرفت ، در واقع همين معماي رابطه شبح گون فوتونها بود . چنين چيزي دقيقا از آنجا ناشي ميشود كه نتايج اندازه گيري هاي كوانتومي ، تا زمانيكه واقعا انجام نگرفته اند ، غيرقطعي و نامعين هستند.
اما اگر به طريقي قطبش هاي دو فوتون در آغاز تعيين شده باشند ، ماجرا فرق ميكند؛ هرچند كه ندانيم قطبش ها به چه گونه اند . نتيجه هر اندازه گيري در مورد قطبش ها هنوز هم پنجاه - پنجاه است زيرا شما از پيش نميدانيد كه فوتونها هنگام رسيدن به صافيها چه خواهند كرد . اما از نگاه فوتونها ، همه چيز از پيش تعيين شده است: هر فوتون در حالت معيني قرار دارد . به اين ترتيب ، اينكه دو اندازه گيري هنگامي مشخص خواهند شد كه فوتونها كارشان را انجام دهند ، نتيجه يك برنامه ريزي قبلي است نه يك ارتباط شبح گون.
اين است آنچه كه انيشتن كلاسيك انديش قبول داشت . چنين چيزي مثل اين است كه بگوييم يك توپ بيليارد كه در حال حركت به سوي شماست ، يا قرمز است يا آبي ، اما تا زمانيكه به آن نگاه نكنيد رنگ آنرا نخواهيد دانست . اين نظر كاملا متفاوت است با آنكه بگوييم توپ بيليارد ، تا زمانيكه آنرا نگاه نكرده ايد ، نه قرمز است نه آبي ، و تنها در لحظه اي كه شما به آن نگاه ميكنيد به يكي از اين رنگها درمي آيد.
بعبارت ديگر ، باطل نماي EPR چنين استنباط ميكرد كه چون قطبش هاي فوتونها تا زمانيكه اندازه گيري نشده اند نامعين اند ، از اين رو اين جفت فوتون EPR بايد بصورت آني چنان تباني كنند كه درستي اندازه گيري هاي همزمان بر روي خود را تضمين كنند . چنين تصوري نامعقول به نظر ميرسد . انيشتن و همكارانش معتقد بودند آنچه كه معقول تر به نظر مي آيد اين است كه نظريه كوانتومي ناقص است و هر فوتون يك سرشت پنهان و مرموز دارد كه تنها با دانستن آن ميتوان نتيجه يك اندازه گيري قطبشي را دانست.
بسيار خوب .... همه چيز عالي و بي نقص به نظر ميرسد ، اما چگونه ميتوان به اين سرشت پنهان دست يافت؟ آيا راه ديگري جز همان اندازه گيري وجود دارد كه نتيجه اش ، بنا به فرض ، شما را در اين پيشگويي ياري دهد؟ اين نكته اي است كه مسئله را بيشتر به تباهي ميكشاند . بيشتر فيزيكدانها معتقدند كه معماي EPR واقعا يك مسئله گيج كننده است . اما آيا اين بداشت بدين معناست كه نظريه كوانتومي نادرست است ، و يا آنقدر دشوار است كه نميتوان آنرا درك كرد؟ منظور از انتساب سرشت هاي اضافي به فوتونها چيست ، در حاليكه هيچ راه مستقلي براي شناخت آن سرشت ها وجود ندارد و به ويژه آنكه به نظر ميرسد آن سرشت ها كوچكترين اختلافي در نتايج آزمايشها ايجاد نميكنند؟
به قول "جان بل" ، فيزيكداني كه نگراني انيشتن در مورد نظريه كوانتومي را تاييد كرد ، "باطل نماي EPR از آن دسته سوالاتي است كه بيشتر فيزيكدانها احساس ميكنند اگر بيشت دقيقه در مورد آن فكر كنند ، آنرا بطور كامل درك خواهند كرد ؛ اما پس از چند دقيقه خواهند گفت عجب كار دشواري است!".