نور در ۳۷ بعددر مقالهای تازه، آزمایشی کوانتومی انجام شده که نشان میدهد نور میتواند در دهها بُعد وجود داشته باشد. محققان دانشگاه علم و فناوری چین با استفاده از یک پردازنده فوتونی مبتنی بر فیبر نوری، پارادوکسی به نام گرینبرگر-هورن-زیلینگر (GHZ) را مورد بررسی قرار دادند. آنها با اندازهگیری یک پالس نور در ۳۷ بُعد، نشان دادند که رفتار نور در این ابعاد فراتر از درک شهودی ماست و قوانین واقعگرایی محلی را نقض میکند. این یافتهها میتواند به درک عمیقتری از مکانیک کوانتومی و توسعه فناوریهای کوانتومی در آینده کمک کند.
واقعگرایی محلی (Local Realism) یکی از مفاهیم بنیادی در فیزیک کلاسیک است که این دو اصل را شامل میشود:
۱.
واقعگرایی (Realism):اشیا دارای ویژگیهای مشخص و مستقل از مشاهدهکننده هستند. بهعبارتدیگر، یک ذره (مثلاً الکترون) دارای ویژگیهایی مثل اسپین یا قطبیدگی است، حتی اگر اندازهگیری نشود(اندازهگیری الزاما یک کار انسانی نیست).
۲.
محلی بودن (Locality):یعنی اطلاعات نمیتواند سریعتر از سرعت نور منتقل شود. یعنی اگر دو ذره از هم جدا باشند، تغییر در یکی نباید بلافاصله روی دیگری تأثیر بگذارد، مگر اینکه اطلاعاتی بین آنها با سرعت محدود نور ردوبدل شده باشد.
در واقعگرایی، فرض بر این است که ویژگیهای یک سیستم فیزیکی، مستقل از مشاهدهگر و عمل اندازهگیری، همیشه وجود دارند. یعنی مثلاً اگر یک الکترون دارای اسپین بالا باشد، این ویژگی از قبل وجود دارد، چه کسی یا چیزی آن را اندازهگیری کند یا نه.
اما
در مکانیک کوانتومی، آزمایشها نشان دادهاند که وضعیت یک ذره قبل از اندازهگیری، تعریفشده نیست بلکه در حالت برهمنهی قرار دارد. یعنی وقتی مشاهدهگر (یا هر سیستم اندازهگیر) وارد عمل میشود، خود عمل مشاهده، حالت سیستم را مشخص میکند.مشاهدهگر الزاما یک موجود زنده نیست. هر سیستمی که بتواند برهمنهی کوانتومی را تخریب کند و باعث فروریزش تابع موج شود، بهعنوان یک مشاهدهگر عمل کرده است.
هر تعامل فیزیکی که اطلاعاتی از یک سیستم کوانتومی استخراج کند، به نوعی اندازهگیری محسوب میشود.
این تعامل میتواند توسط یک دستگاه آزمایشگاهی، یک ذره دیگر، یا حتی میدانهای محیطی صورت بگیرد.
مهمترین ویژگی مشاهدهگر این است که باعث شود سیستم از یک حالت برهمنهی (superposition) به یک مقدار مشخص سقوط کند.
مثالهایی از مشاهدهگر در سیستمهای غیرزنده:•
یک فوتون که به یک الکترون برخورد میکند:اگر فوتونی به الکترون برخورد کند و از مسیر آن اطلاعاتی کسب شود، تابع موج الکترون فرومیریزد.
•
یک آشکارساز کوانتومی:دستگاههایی که برای ثبت عبور یا عدم عبور ذرات کوانتومی استفاده میشوند، خودشان مشاهدهگر محسوب میشوند.
•
محیط اطراف:اگر یک سیستم کوانتومی با محیط خود برهمکنش داشته باشد (مثلاً با گازهای اطراف)، این تعامل میتواند باعث اندازهگیری و از بین رفتن برهمنهی شود.
شبکیه چشم انسان هم میتواند یک مشاهدهگر باشد، اما نه به این دلیل که آگاهی دارد، بلکه به این دلیل که یک سیستم فیزیکی است که میتواند فوتونها را جذب کند و اطلاعات آنها را ثبت کند.
چرا شبکیه میتواند یک مشاهدهگر محسوب میشود؟ برهمکنش با فوتونها:وقتی یک فوتون به سلولهای گیرنده نور در شبکیه (مثل استوانهایها و مخروطیها) برخورد میکند، یک واکنش شیمیایی ایجاد میشود که اطلاعات فوتون را استخراج میکند.
این فرآیند به نوعی اندازهگیری محسوب میشود، چون فوتون دیگر در حالت برهمنهی نیست، بلکه جذب شده و اثرش در سیستم ثبت شده است.
ثبت اطلاعات کوانتومی:همانطور که یک حسگر دوربین یا یک آشکارساز فوتون میتواند اطلاعات یک فوتون را بگیرد و باعث فروپاشی تابع موج شود، شبکیه هم همین کار را انجام میدهد.
بنابراین فریب واژه مشاهده گر را نخوریم و باعث نشود که تصور کنیم مشاهده گر حتما یک موجود زنده است.
آگاهی انسان چطور؟ آیا خود آگاهی انسان نقشی دارد؟خیر، ثبت اطلاعات توسط شبکیه بهتنهایی برای فروپاشی تابع موج کافی است، و آگاهی انسان نیازی نیست. قبل از اینکه مغز تصویر را پردازش کند، فروپاشی تابع موج در سطح گیرندههای شبکیه رخ داده است.
بنابراین، شبکیه چشم یک مشاهدهگر فیزیکی است، اما خود آگاهی انسان در فرایند فروپاشی تابع موج نقشی ندارد.
ارتباط اینها با آزمایش تازه «نور در ۳۷ بعد»در این پژوهش، دانشمندان از حالتهای کوانتومی نور استفاده کردند تا نشان دهند که وقتی اندازهگیری انجام میشود، نتیجه بهگونهای است که انگار اطلاعات بین حالتهای مختلف کوانتومی در یک فضای چندبعدی منتقل شده است، بدون رعایت واقعگرایی محلی.
این موضوع بهنوعی ادامه آزمایشهای بل محسوب میشود که نشان میدهند طبیعت در سطح کوانتومی برخلاف شهود ما عمل میکند.سام آریامنش
🤔
@ofoghroydaddمقاله اصلی