گربه شرودینگر

 

حوزه های معدودی از پژوهش علمی وجود داشته اند که مانند نظریه کوانتوم تاثیر عمیقی بر فلسفه داشته باشند. دلیل امر به این حقیقت مربوط می شود که به قول نویسنده کتاب های علمی جان گریپین: «در دنیای مکانیک کوانتوم، قوانین فیزیک که برای هر کسی آشنا هستند دیگر عمل نمی کنند، در عوض احتمالات هستند که بر رویدادها حکم می رانند.»

 

آلبرت اینشتین، برخلاف بور، نه تنها از برخی از استلزامات نظریه کوانتوم تکان خورده بود، بلکه از آنها هراسان بود. چنانچه مشهور است او با عدم قطعیت کوانتومی با همین اظهارنظر صریح مخالفت می کرد که: «خدا تاس نمی اندازد.»

 

اروین شرودینگر یکی از معماران نظریه کوانتوم، که به همان اندازه از این وضع آشفته بود، تجربه خیالی ساده ای را طرح کرد تا بیهودگی یکی از این استلزامات را نشان دهد. او اتاقی دربسته یا جعبه ای را تصور کرد که گربه ای زنده درون آن قرار دارد و نیز حاوی «وسیله ای جهنمی» شامل یک شیشه سیانور و مقدار کمی ماده رادیواکتیو است. این مقدار ماده رادیواکتیو آن قدر کم است که در طول یک ساعت ممکن است یکی از اتم های ماده رادیواکتیو متلاشی شود، اما با احتمالی مشابه ممکن است هیچ کدام از اتم ها دچار تلاشی نشود. اگر اتم رادیواکتیو تجزیه شود پرتوهای حاصل یک شمارشگر گایگر را به کار می اندازد و از طریق یک رله چکش کوچکی را فعال می کند که شیشه سیانور را می شکند و باعث مرگ گربه می شود.

 

در زندگی روزمره احتمال پنجاه _ پنجاه وجود دارد که گربه کشته شود و بدون نگاه کردن به درون جعبه می توانیم با خوشحالی تمام بگوییم که گربه درون آن مرده یا زنده است. اما براساس نظریه کوانتوم هیچ کدام از این دو امکانی که برای ماده رادیواکتیو و در نتیجه گربه وجود دارد واقعیت ندارد، مگر آنکه مشاهده شوند.

 

فروپاشی اتمی نه اتفاق می افتد و نه اتفاق نمی افتد، گربه نه کشته می شود و نه کشته نمی شود، مگر هنگامی که ما به درون جعبه نگاه کنیم و ببینیم که چه اتفاقی رخ داده است. نظریه پردازانی که تفسیر استاندارد از مکانیک کوانتومی را می پذیرند می گویند که گربه در حالتی غیرقطعی و نامعین _ به عبارت دیگر در یک «ابرمرتبه حالت ها» (Superposition of States) _ نه مرده و نه زنده وجود دارد، تا زمانی که یک مشاهده گر واقعاً به درون جعبه بنگرد و ببیند که گربه زنده است یا مرده.

 

متاسفانه برخلاف میل شرودینگر، این تجربه تخیلی نه تنها باعث نشد که فیزیکدانان پوچی بعضی از خصوصیات نظریه کوانتوم را درک کنند، جعبه شرودینگر برای اکثریت فیزیکدانان به مثال اعلای استلزام های غیرمعمول و فوق العاده این نظریه بدل شد. «ابرمرتبه حالت ها» به جای به هم ریختن نظریه کوانتوم به خصلت معرف آن بدل شد.آنهایی که تجربه خیالی شرودینگر را با معنایی که در نظر داشتند مطرح می کردند می توانستند با این حقیقت تسکین یابند که موقعیت یاوه ای که در آن گربه به طور همزمان هم زنده و هم مرده است به طور واقعی در آزمایشگاه قابل بازآفرینی نیست.

 

دلیل این امر ناپیوستگی کوانتومی (quantum decoherence) است _ پدیده ای که به وسیله آن یک «ابرمرتبه» از یک حالت به حالت دیگر بدل می شود. سرعت این ناپیوستگی در یک سیستم فیزیکی به اندازه آن بستگی دارد. در حالی که در موجودیت های فیزیکی در اندازه اتم ممکن است در یک «ابرمرتبه حالت ها» وجود داشته باشند، موجودیت های بزرگ تر، به خصوص در اندازه یک گربه، که متشکل از میلیاردها اتم هستند، در یک حالت منفرد و معین ثابت می شوند. در نتیجه افرادی که با موضع اینشتین همدلی دارند می توانند مدعی شوند که گرچه خصوصیات غریب کوانتومی ممکن است در جهان زیراتمی مصداق داشته باشند، در دنیای روزمره متشکل از اشیای معمول مثل گربه، کتاب و افراد و... خدا از هر لحاظ تاس نمی اندازد. اما اکنون حتی این دفاع (تاحدی نومیدانه) از شعور عام در خطر سرنگون شدن است.

 

فیزیکدانان ویلیام مارشال، کریستوف سایمون و ویک بوویستر اخیراً آزمایشی را طراحی کرده اند که در آن می توان از «ناپیوستگی کوانتومی» اجتناب کرد تا به یک «ابرمرتبه حالت ها» در مورد جسمی در اندازه حدود یک گلبول قرمز (به طور مشخص آینه ای با قطر ?? میکرون یا یک صدم میلی متر) دست یافت، اندازه ای که شاید در مقایسه با یک گربه بزرگ نباشد ولی در مقیاس های اتمی بسیار بزرگ است. براساس گزارش مارشال و همکارانش: «این جسم تقریباً دامنه ای ? برابر بیشتر از هر ابرمرتبه مشاهده شده تا به حال دارد.»

 

این آزمایش فرضی در اصول بر تعامل یک فوتون منفرد نور با یک آینه کوچک که بر روی یک بازوی کوچک نصب شده است تکیه دارد. فشار تابش فوتون برای جابه جا کردن آینه کوچک کافی است. به وجود آمدن یک ابرمرتبه فوتون باعث می شود سیستم به صورت یک ابرمرتبه حالت های متناظر با دو جایگیری متمایز آینه تکوین پیدا کند.پیشنهاد این دانشمندان اولین پیشنهاد برای تعیین کردن چگونگی ایجاد و مشاهده یک ابرمرتبه ماکروسکوپیک نیست، اما اولین پیشنهادی محسوب می شود که امکان تحقق آن با تکنولوژی فعلی وجود دارد.

 

در واقع در حال حاضر ساختن اجزای لازم برای این آزمایش در جریان است و بنابراین تنها اندکی باید صبر کرد تا گونه ای از «وسیله جهنمی» شرودینگر به واقعیتی مشاهده پذیر بدل شود. معانی ضمنی این آزمایش بر آفرینندگان آن پوشیده نیست چرا که بدون اغراق اظهار می کنند: «اینکه انجام آزمایشی بر روی یک میز توانایی بالقوه به آزمون گذاشتن مکانیک کوانتوم را در نظامی کاملاً نوین در اختیار بگذارد، امری فوق العاده است.»

 

و غیرعادی تر این است که این آزمایش بر مبنای تجربه ای فرضی تکوین یافته است که در اصل برای افشا کردن پوچی نظریه کوانتوم طراحی شده بود. شرودینگر مسلماً از روبه رو شدن با این آزمایش شوکه می شد.