بر اساس آزمایش‌های کوانتومی اخیر، واقعیت عینی وجود ندارد!

واقعیت عینی چیزی مانندی سیاهی شب و یا گرد بودن زمین است که با مشاهده تمامی انسان‌ها و یا آزمایش‌های دانشمندان، تایید شده‌اند. با این حال آزمایش جدیدی در فیزیک کوانتوم این نوع از واقعیت را نقض می‌کند!

واقعیت عینی (Objective Reality) یعنی حقیقتی که با انجام مشاهدات و یا عملی کردن آزمایش‌هایی توسط متخصصان، تایید شده است و درست بودن آن چه از طریق این مشاهدات و یا انجام آزمایش‌ها، برای تمامی انسان‌ها قابل اثبات است. نمونه‌هایی از این نوع واقعیت قابل مشاهده، سبز بودن چمن و یا گرد بودن سیاره زمین هستند که در مورد اول با انجام مشاهدات توسط هر شخصی که بینایی سالم دارد، قابل تایید است و در مورد دوم هم با انجام آزمایش‌هایی که صدها سال قبل از میلاد مسیح برای اولین بار انجام شدند، می‌توان آن را اثبات کرد.

با این حال، جالب است بدانیم که در آزمایشی جدید مربوط به دانش شگفت‌انگیز فیزیک کوانتوم، واقعیت عینی زیر سوال رفته و گفته شده که مشاهده یک پدیده واحد توسط دو شخص متفاوت، می‌تواند نتایج متفاوتی را به همراه داشته باشد. با ما همراه باشید.

واقعیت عینی و فیزیک کوانتوم

مقاله مربوط به آزمایش اخیر، در ژورنال “Science Advances” منتشر شده و محققان در آن ذکر کرده‌اند که در قلمرو ذرات فوق‌العاده ریز کوانتومی، قوانین مکانیک کوانتوم به گونه‌ای عمل می‌کنند که دو بیننده متفاوت، حقایق یکسانی را از یک پدیده واحد برداشت نمی‌کنند.

این برخلاف اصول علمی بوده که برای صدها و یا حتی هزاران سال، باعث پیشرفت علوم مختلف بشریت شده است. این اصول ایجاب می‌کنند که دانشمندان با انجام محاسبات، مشاهدات و اندازه‌گیری‌هایی که قابل تکرار هستند، اصول و قوانینی حقیقی و عینی را ثبت کنند. با این حال به نظر می‌رسد که در دنیای کوانتوم و ذرات ریزی که به عنوان آجرهای سازنده حیات و کیهان عمل می‌کنند، چنین اصولی بی کاربرد هستند!

به صورت کلی، در دنیای کوانتوم مشاهده کننده نقش مهمی را ایفا می‌کند؛ در حالی که ذرات طبق اصول برهم‌نهی یا همان سوپرپوزیشن می‌توانند درآن‌واحد حالت‌ها و موقعیت‌های متعددی داشته باشند، مشاهده یک سیستم کوانتومی باعث می‌شود که یک حالت مشخص و موقعیتی واحد به ذره اختصاص داده شود و سوپرپوزیشن برهم بخورد. این پدیده در آزمایش‌های گوناگونی توسط دانشمندان تایید شده است.

با این تفاسیر، فیزیکدانی به نام یوجین ویگنر (Eugene Wigner) در سال 1961 ایده جالبی را مطرح کرد؛ ویگنر سوال کرد که اعمال اصول مکانیک کوانتوم بر روی مشاهده‌گری که خود مشاهده می‌شود، چه نتیجه‌ای خواهد داشت؟ به عنوان مثال تصور کنیم که یکی از دوست‌های ویگنر در داخل آزمایشگاهی در بسته، یک سکه کوانتومی را به هوا پرتاب می‌کند و قبل از مشخص شدن نتیجه پرتاب سکه، این سکه در حالت سوپرپوزیشن شیر یا خط بودن قرار دارد. هر بار که دوست ویگنر سکه را پرتاب می‌کند، حقیقتی در مورد سکه توسط این شخص ثبت می‌شود.

وقتی که ویگنر از نتیجه پرتاب سکه‌ها و همچنین حقیقتی که توسط دوستش ثبت شده، خبر نداشته باشد، هردوی این فاکتورها برای فیزیکدان ما در حالت سوپرپوزیشن هستند؛ از آنجایی که دو فاکتور به هم وابسته‌اند، می‌توان گفت که نوعی در هم تنیدگی بین سکه و دوست ویگنر وجود دارد و ایجاد تغییر در یکی از این دو فاکتور، باعث تغییر در فاکتور دیگر می‌شود.

پس از باز شدن در آزمایشگاه و مشخص شدن حالت‌های سوپرپوزیشن انداختن سکه کوانتومی، دوست ویگنر می‌گوید که در هر مرتبه حقیقت رخ داده برای او و ویگنر یکی بوده، اما ویگنر معتقد است که در هر بار سکه انداختن، حالتی نامشخص از سوپرپوزیشن برای او رخ داده است؛ بنابراین معمای به وجود آمده به عدم تطابق حقیقت رخ داده در داخل آزمایشگاه و حقیقت در جریان در بیرون مربوط می‌شود.

جزئیات آزمایش اخیر دانشمندان

از دهه 60 تاکنون سناریو ویگنر و سکه انداختن دوستش به عنوان معمای عجیب مورد توجه بوده، اما تا همین ماه‌های اخیر و انجام تحقیقاتی توسط کاسلاو براکنر (Časlav Brukner) از دانشگاه وین، پیشرفت زیادی در مورد روشن شدن ماجرا گزارش نشده است. براکنر نشان داده که با در نظر گرفتن برخی فرضیات، می‌توان از ایده ویگنر برای اثبات واحد نبودن نتایج اندازه‌گیری‌های مکانیک کوانتوم برای مشاهده کننده‌های متفاوت، استفاده کرد و به نوعی واقعیت عینی را زیر سوال برد.

براکنر برای اولین بار سناریو ویگنر را به قالبی که توسط یک فیزیک‌دان به نام جان بل (John Bell) در سال 1964 ارائه شده بود، برد. در این سیستم جدید دو جفت از ویگنر و دوستش در دو جعبه مجزا قرار گرفته‌اند که اندازه‌گیری‌هایی را از یک حالت یکسان انجام می‌دهند. نتایج چنین سناریویی در پدیده «نابرابری بل» خلاصه می‌شود و می‌توان گفت که اگر این نابرابری نقض شود، واقعیت عینی برای مشاهده کننده‌های متفاوت در مورد یک پدیده یکسان، یکی نخواهد بود.

در همین رابطه، دانشمندان دانشگاهی در اسکاتلند به نوبه خود برای اولین بار آزمایش براکنر را به کمک یک کامپیوتر کوانتومی کوچک پیاده کردند. در این کامپیوتر تنها سه جفت فوتون درهم‌تنیده وجود داشت که جفت اول به عنوان سکه‌های دارای نتایج یکسان استفاده شدند و جفت دوم هم به عنوان مشاهده کننده‌های این سکه‌ها بودند. جفت سوم هم نقش مشاهده‌گرهای بعدی را در بیرون از جعبه‌ها ایفا می‌کردند.

در حالی که دانشمندان اسکاتلندی از جدیدترین فناوری کوانتوم استفاده کرده بودند، چندین هفته طول کشید تا داده‌های کافی برای مدل‌سازی آزمایش براکنر جمع‌آوری شود؛ در نهایت، محققان دریافتند که احتمال عدم تطابق مکانیک کوانتوم با واقعیت عینی وجود دارد و به بیان دیگر، می‌توان با این آزمایش پدیده نابرابری بل را نقض کرد.

البته در تئوریه اولیه مربوط به بحث نابرابری بل، چندین فرضیه در نظر گرفته شده است؛ مثلا فرض بر این بود که نتایج مشاهدات و اندازه‌گیری‌ها تحت تاثیر سیگنال‌هایی که سریع‌تر از نور حرکت می‌کنند، قرار ندارند. همچنین فرض شد که مشاهده‌گرها در اندازه‌گیری‌های خود آزادی عمل دارند.

این در حالی است که مشاهده کننده‌های دانشمندان اسکاتلند ذرات کوانتومی فوتون بودند. این ذرات با فرضیات اولیه باکنر در مورد آگاه نبودن مشاهده‌گر مغایرتی ندارند و از طرف دیگر، اصول پایه‌ای مکانیک کوانتوم مانعی بر سر راه استفاده از چندین اتم برای ایفای نقش مشاهده کننده نمی‌گذارند. البته این مسئله هم که قوانین فیزیک کوانتوم برای ذرات فوتون و ذرات بزرگ‌تری مانند اتم‌ها متفاوت است، صحت صد درصدی نتایج دانشمندان اسکاتلندی را زیر سوال می‌برد.

با این تفاسیر، می‌توان به صورت کلی نتیجه گرفت که واقعیت عینی در مدل‌های کوچک و محلی نقض می‌شود؛ البته نیازی نیست تا به حقایقی که در اطراف خود مشاهده می‌کنیم، بی‌اعتماد شویم، اما انجام شبیه‌سازی‌ها با کامپیوترهای کوانتومی به ما می‌گوید که حقایق مشاهده شده در دنیای کوانتومی ممکن است کاملا آن چیزی نباشند که ما می‌بینیم.

برخی محققان نتایج به دست آمده در آزمایش‌های اخیر را این‌گونه تفسیر می‌کنند که برای هر مشاهده بیشتر از یک نتیجه وجود دارد و به این ترتیب، می‌توان وجود جهان‌های موازی را اثبات کرد. بحث جهان‌های موازی یکی از جنجالی‌ترین تئوری‌های مطرح شده در دنیای فیزیک است که وجود چندین حالت هم‌زمان و مجزا از واقعیت را مطرح می‌کند.

البته سایر دانشمندان تا این حد در تفسیر نتایج تندروی نکرده‌اند؛ برخی معتقدند که نتایج شبیه‌سازی‌های کامپیوتر کوانتومی دانشگاه اسکاتلند گواهی دیگر بر این مسئله است که قوانین مکانیک کوانتوم با بزرگ شدن مقیاس دیگر قابل‌اجرا نیستند و به همین دلیل نمی‌توان اصول فیزیک کوانتوم را با سایر قوانین فیزیک تطبیق داد. با این وجود، صرف‌نظر از نتیجه‌گیری‌ها و تفسیرهای مخاطبان این تحقیقات، می‌توان گفت که انجام پژوهش‌های بیشتر در این رابطه واقعیت‌های شگفت‌انگیزی را در مورد جهان اطراف ما اثبات خواهد کرد.