ناپیوستگی – ۵

در اولِ بحثِ ناپیوستگی گفتیم آن پدیده های عجیب و غریبی که در دنیای اتم می بینیم به خاطر این است که ذرات اتمی خاصیت موجی دارند. برای همین است که هر کدام از این ذره ها می توانند سوپرپوزیشن ایجاد کنند. یعنی در آنِ واحد دو حالت مختلف، یا حتی بیشتر از دو حالت مختلف، ایجاد کنند. مثلاً در آنِ واحد در دو دو یا چند جا باشند. بعد هم گفتیم برای این که چنین پدیده هایی ایجاد شود یک شزط لازم است. آن شرط هم این بود که ذرۀ اتمی با خودش کوهرنس یا پیوستگی داشته باشد. آزمایش دو شکاف را به خاطر بیاوریم. در آن آزمایش، فاصلۀ دو شکاف مهم بود چقدر باشد. اگر این فاصله از یک مقداری بیشتر می شد، الکترون نمی توانست در آن واحد از هر دوی آنها رد شود. به عبارت دیگر آن کوهرنس یا پیوستگی¬ای که لازمۀ این سوپرپوزیشن بود از بین می رفت و سوپرپوزیشن ایجاد نمی شد. آنگاه الکترون فقط از یک شکاف رد می شد و به صورت یک ذره در می آمد. انگار که از حالت کوانتومیِ خود در می آمد و مثل اجسام ماکروسکوپیک، یا اجسام دنیای قابل مشاهده، می شد. اکنون معلوم شده است که محیط، یعنی همین فضایی که هست، و در همه جا هست، نقش بسیار مهمی در از بین رفتنِ این کوهرنس دارد. زیرا ذرۀ اتمی¬ای که حالت سوپر پوزیشن دارد، خیلی زود با محیط وارد واکنش هایی می شود. و این واکنش ها باعث می شود از آن حالت کوهرنسی که با خود داشت دور شود و آن سوپرپوزیشن از بین برود. وقتی هم سوپر پوزیشن از بین رفت، مثل این است که ذره از دنیای کوانتومی خود خارج می شود و وارد دنیای فیزیک کلاسیک می شود. اگر در دنیای ماکروسکوپیک نمی بینیم اجسام حالت سوپرپوزیشن داشته باشند، به خاطر این است که عالم واقع فرق دارد با عالم آزمایش. در عالم واقع هیچ جایی نیست که اتم ها و فوتون ها و یا امواجی آنجا نباشد. ملکول ها، که واقعاً می توانند حالت سوپرپوزیشن داشته باشند، به محض این که در یک جا قرار بگیرند، فوراً با آن اتم ها و فوتون ها و امواج وارد واکنش می شوند، و این واکنش ها باعث می شود آن سوپرپوزیشنشان از بین برود. از بین رفتنِ سوپر پوزیشن هم دقیقاً به معنای این است که ملکول از دنیای کوانتوم خارج شده و تابع قوانین دنیای ماکروسکوپیک می شود. مثلاً دیگر فقط در هر لحظۀ مشخص فقط در یک جا می تواند باشد نه در دو یا چند جا. اما به چه صورت است که وقتی ذرات دنیای ماکروسکوپیک با محیط خود وارد واکنش شدند حالت سوپرپوزیشن خود را از دست می دهند؟

@Quantum_by_Abbas_Pejman

ناپیوستگی – ۶

سؤال اصلی این است، یا این بود: چرا ذرات بنیادی سوپرپوزیشن دارند، اما در اجسام قابل مشاهده، که از همان ذرات ساخته شده¬اند، سوپرپوزیشن نمی بینیم؟ مثلاً در آزمایش فکری شرودینگر، یک اتم رادیواکتیو داریم که سوپرپوزیشن دارد. یعنی این اتم بعد از یک ساعت که از شروع آزمایش بگذرد، هم متلاشی شده است هم نشده است. اما این سوپرپوزیشن به دنیای قابل مشاهده منتقل نمی شود. چه چیز است که باعث جدایی دنیای اتم و دنیای قابل مشاهده می شود؟ آزمایش فکری شرودینگر را یک بار دیگر مرور کنیم:

گربه¬ای در یک اتاق فولادی زندانی شده است. در این اتاق یک تکۀ کوچک از یک مادۀ رادیو اکتیو هست که ممکن است بعد از یک ساعت فقط یک اتم آن متلاشی شود. اما همین قدر هم احتمال هست که متلاشی نشود. اگر متلاشی شود یک چکش کوچک را به حرکت درخواهد آورد، و این چکش که حرکت کند یک شیشۀ کوچک هیدروسیانیک اسید یا همان سیانور را خواهد شکست. اگر شیشۀ سیانور بشکند گاز سیانور آزاد خواهد شد و گربه را خواهد کشت. اگر هم اتم متلاشی نشود، چکش به حرکت در نخواهد آمد و شیشۀ سیانور نخواهد شکست، و گربه زنده خواهد ماند. بنابراین، اگر این سیستم را یک ساعت به حال خود گذاشته باشیم، می توانیم بگوییم بعد از یک ساعت یک اتم رادیو اکتیو داریم که هم متلاشی شده است، هم متلاشی نشده است. پس باید باید یک گربه هم داشته باشیم که هم زنده است هم مرده است. اما می دانیم که در مورد اتم واقعاً چنین چیزی هست. الان دیگر چنین چیزی یکی از واقعیات مسلم در دنیای اتم است. اما گربه¬ای نمی تواند باشد که هم زنده باشد هم مرده. این را اگر به زبان فیزیکدان ها بگوییم چنین چیزی می شود. ذرات اتمی می توانند سوپرپوزیشن داشته باشند، اما اجسام دنیای قابل مشاهده که از همان اتم ها ساخته شده¬اند چنین چیزی ندارند. چرا؟ جوابی که نظریۀ ناپیوستگی به این سؤال می دهد این است: آن سوپرپوزیشنی که آن اتم رادیواکتیو با خودش دارد، یعنی اتمی است که بعد از یک ساعت هم متلاشی شده هم نشده، آن سوپرپوزیشن دوام چندانی نمی آرد. برای این که آن اتم، یعنی اتمی که هم متلاشی شده هم متلاشی نشده، فوراً با محیط خود وارد واکنش می شود. مثلاً با فتون هایی که در داخل محفظه هست. یا حتی با اتم هایی که در دیواره های محفظه هست. و این واکنش حکم یک «آزمایش» یا «مشاهده» را دارد! یعنی مثل این است که مثلاً در آزمایش دو شکاف ما کاری می کنیم که یک الکترون به صورت ذره ظاهر شود. و الکترون هم به صورت ذره ظاهر می شود. اما ظاهر شدنِ الکترون به صورت ذره به چه معنی بود؟ به این معنی بود که الکترون دیگر از حالت سوپرپوزیشنی که داشت در می آید. حالت سوپرپوزیشنش این بود که می توانست مثلاً در آنِ واحد در دو جا باشد، یا در آن واحد از هر دو شکاف رد شود. اما وقتی ما می خواستیم آن را ببینیم، فوراً به صورت ذره در می آمد، و دیگر آن خاصیت سوپرپوزیشنش را از دست می داد. تئوری ناپیوستگی می گوید محیط دقیقاً نقش یک مشاهده کننده یا آزمایشگر را برای ذرات اتمی بازی می کند. برای همین است که نمی گذارد سوپرپوزیشن آنها زیاد دوام بیارد، وگرنه این سوپرپوزیشن می توانست به دنیای قابل مشاهده هم سرایت بکند.

الان ترکیبی از نظریۀ ناپیوستگی و جهان های موازی، قوی¬ترین تئوری¬ای است که برای جواب دادن به آن سؤالی هست که در اول یادداشت آوردم.

در یادداشت بعدی، entanglement یا درهم تنیدگی را خواهیم دید چیست.

@Quantum_by_Abbas_Pejman

عجیب‌ترین پدیدۀ دنیا - ١

تا کنون با عجایبِ چندی از دنیای کوانتوم آشنا شده‌ایم. به راستی اگر دربارۀ هر کدام این‌ها خوب فکر کنیم، حیرت خواهیم کرد. این که الکترون یا فوتون، در هر لحظه نه در یک جا، بلکه در چند جا باشند، یا در آنِ واحد، هم به صورت ذره باشند هم موج، در هر لحظه با چندین سرعت متفاوت در حال حرکت باشند، درک شهودی را از کار می‌اندازد! البته می‌دانیم فقط الکترون و فوتون نیستند که این رفتارهای عجیب را دارند، همۀ ذرات اتمی این طور هستند. حتی ملکول‌ها هم این طور هستند. یعنی همان موجوداتی که هرچه در دنیا می‌بینیم از آن‌ها ساخته شده است. چنین است ماهیت دنیایی که می‌بینیم! و این اکنون یک واقعیت مسلم علمی است. اما عجیب‌تر از همۀ این ها پدیده‌ای است به نام درهم تنیدگی، که در زبان انگلیسی آن را entanglement می‌گویند.

درهم تنیدگی- هر گاه دو ذرۀ اتمی با هم تداخلی کنند و بعد از هم جدا شوند، انگار چیزی از آن‌ها در همدیگر باقی می‌ماند. به طوری که هر اتفاقی برای یکی از آن‌ها بیفتد، این اتفاق در دیگری هم تأثیر خواهد گذاشت. و فرقی نمی‌کند این دوتا بعداً چقدر از هم دور بشوند، حتی اگر میلیون‌ها سال نوری از هم دور بشوندباز هم هر اتفاقی که برای یکی از آن‌ها می افتد، در دیگری هم تأثیر خواهد گذاشت!

فرض می کنیم در یک آزمایش، دو تا الکترون را روی یک خط مستقیم، اما در جهت عکس هم، به طرف یگدیگر رها می‌کنیم. اینجا اول باید معنی یک اصطلاح را خوب بدانیم: مومنتوم momentum. مومنتوم یعنی جرم یک جسم یا یک ذره ضربدر سرعت آن در یک جهت مشخص، یا روی یک خط مشخص. حالا در نظر بگیریم که دوتا الکترون، که هم جرمشان مساوی است، هم سرعتشان مساوی است، دارند روی یک خط اما در دو جهت مخالف به طرف هم حرکت می‌کنند. اگر مومنتوم این‌ها را با جمع کنیم، مجموع مومنتومشان صفر خواهد بود. چرا؟ برای این که مومنتوم= جرم ضربدر سرعت (در یک جهت مشخص). جرم و سرعت این‌ها مساوی است. بنابراین عددی که از ضرب سرعت و جرم هر کدامشان به دست می‌آید، یکی خواهد بود. اما چون سرعتشان در دو جهت مخالف است، مومنتوم یکی مثبت خواهد بود، دیگری منفی. و حاصل جمع دوتا عدد مساوی، که یکی مثبت و دیگری منفی است، صفر خواهد بود. پس این طور شد: دو تا الکترون را روی یک خط مستقیم، به طرف همدیگر رها می‌کنیم. می‌دانیم که بار الکتریکی الکترون‌ها باری منفی است. دو تا بار منفی هم همدیگر را دفع می‌کنند. بنابراین، این دوتا الکترون می‌آیند به هم می‌رسند و آن وقت همدیگر را دفع می‌کنند و از هم دور می‌شوند. چون بار هر دوتاشان منفی است. و اما اتفاقی که از این لحظه به بعد می‌افتد. این مومنتوم، یا مومنتومی که مساوی با مجموع مونتوم‌های این دوتا الکترون و مقدارش صفر بود، بعد از جدا شدن این دوتا الکترون هم باز صفر خواهد ماند. و برای همیشه هم صفر خواهد ماند! حتی اگر مسافتی در حد سال نوری و بیشتر از هم دور بشوند! اما مونتوم چه بود؟ مومنتوم مساوی با جرم هر الکترون بود ضربدر سرعت آن در یک جهت مشخص. بنابراین مجموع مومنتوم آن‌ها در صورتی می‌تواند همچنان صفر باقی بماند که هر وقت یکی از آن‌ها تغییر جهت داد و مسیر حرکتش عوض شد، آن دیگری هم فوراً، بدون هیچ معطلی، جهت حرکتش تغییر کند، به طوری که این‌ها همیشه روی یک خط، یا دو خط موازی، اما در دو جهت مخالف هم قرار خواهند داشت. حتی اگر یکی از آن‌ها در این سرِ دنیا باشد، دیگری در آن سرِ دنیا! باری، این را می‌گویند درهم تنیدگی یا entanglement. یعنی تأثیراتی که دوتا ذرۀ درهم تنیده شده از راه دور روی یکدیگر می‌گذارند، و تغییر جهت حرکت فقط یکی از این تأثیرات است! و الان دیگر دانشمندان توانسته‌اند با آزمایش هم این را تا حدی نشان دهند! [ادامه دارد]

@Quantum_by_Abbas_Pejman

مومنتوم یعنی مقدار جرمی که دارد حرکت می‌کند

@Quantum_by_Abbas_Pejman

درهم تنیدگی یا entanglement- دو تا الکترون را روی یک خط مستقیم، اما در جهت عکس هم، به طرف یگدیگر رها می‌کنیم. این‌ها می‌آیند به هم می‌رسند و آن وقت همدیگر را دفع می‌‌کنند و از هم دور می‌شوند. برای این که بار هر دوشان منفی است و ذراتی که بارشان همنام باشد همدیگر را دفع می‌کنند. اما عجیب این است که از این پس انگار چیزی از هر کدام این‌ها در آن دیگری باقی می‌ماند. به طوری که هر اتفاقی که برای یکی از آن‌ها بیفتد، این اتفاق فوراً در دیگری هم تأثیر می‌گذارد. حتی اگر آن‌ها میلیون‌ها سال نوری از همدیگر دور شده باشند.

این عکس در کتاب شون کرول به نام یک چیزِ عمیقاً پنهان چاپ شده است.

@Quantum_by_Abbas_Pejman

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ٢

اتفاق ترسناک در جای دور- ایدۀ درهم تنیدگی از کجا پیدا شد؟ با به عبارت دیگر، در هم تنیدگی به چه صورت کشف شد؟ تا کنون بارها اشاره کرده¬ام که زبان اصلی فیزیک، ریاضیات است. همۀ مفاهیم فیزیکی در کتاب های اصلی فیزیک به زبان ریاضی نوشته می شود. تدریس آن هم به زیان ریاضی صورت می گیرد. همۀ آن چیزهایی که علم فیزیک کشف می کند، در نهایت به صورت فرمول های ریاضی در می آید. مجموعۀ این فرمول ها و نحوۀ اثبات آنها را می گویند فرمالیسم. باری، بعضی از این جور فرمول ها که در دهه های اول قرن بیستم به دست آمده بود، نشان می داد در دنیای کوانتوم یا در دنیای ذرات بنیادی چیز عجیبی هست، که اسمش را گذاشتند درهم تنیدگی. این چیزِ عجیب از این قرار بود که گاهی دو یا چند ذرۀ اتمی رابطۀ خاص و عجیبی با همدیگر پیدا می کنند و این می تواند برای همیشه بین آنها باقی بماند. به طوری که حتی اگر آنها هر چقدر از هم دور شوند، این رابطه همچنان برقرار می مانَد. خود رابطه هم به این صورت است که گویی آنها یکی می شوند! به طوری که هر اتفاقی برای یکی از آنها بیفتد، این اتفاق در همان لحظه، و بدون هیچ فوت وقت، در آن یکی یا آن یکی ها هم تأثیر می گذارد! در نظر بگیرید، مثلاً دوتا فوتون با هم درهم تنیدگی پیدا کرده¬اند. آن وقت یکی از آنها رفته این ورِ دنیا، آن یکی رفته آن ورِ دنیا. بعد یکی از اینها در یک لحظۀ خاص مثلاً جهت حرکتش تغییر می کند. آن فرمول ها نشان می دادند که آن یکی فوتون هم، درست در همان لحظه، جهت حرکتش تغییر می کند.

می دانیم که در فیزیک، هر چیزی که از طریق تفکر کشف می شود، یا از طریق فرمول های ریاضی به وجود آن پی می برند، باید آزمایش ها هم آن را تأیید کنند. وگرنه ممکن است بعضی ها آن را به عنوان واقعیت فیزیکی قبول نکنند. درهم تنیدگی هم چیزی نبود که به آسانی بشود آن را مورد آزمایش قرار داد. این بود که اول مورد شک واقع شد. مخصوصاً اینشتین سعی کرد این را وسیله¬ای قرار دهد تا ثابت کند تئوری کوانتوم یک چیزی کم دارد. آخر چطور می شود اتفاقی که برای یکی از دو ذرۀ درهم تنیده می افتد، درست در همان لحظه به آن یکی هم منتقل شود! مگر در دنیا سرعتی بالاتر از سرعت نور هم هست؟! او با کمک دو فیزیکدان دیگر، به نام های بوریس پودولسکی Boris Podolsky و Nathan ناتان روزنRosen، که از اساتید پرینستون و همکار او در آن دانشگاه بودند، روی این مسئله خیلی کار کردند. و یک آزمایش فکری در قالب یک پاردوکس به وجود آوردند که چیزی مثل همان گربۀ سرودینگر است و به پاردوکس ای-پی- آر EPR معروف است- E حرف اول اسم Einstein، P حرف اول اسم Podolsky ، R حرف اول اسم Rosen. اینشتین اسمِ خودِ درهم تنیدگی را هم گذاشت spooky action at a distanc، که می شود آن را مثلاً به این صورت ترجمه کرد: اتفاق ترسناک در جای دور. باری، پاردوکس ای-پی-آر هم، مثل گربۀ شرودینگر، بحث های پرشور و زیادی پیش آورد. اما اینشتین اشتباه می کرد. او در این مشاجرۀ فکری شکست قطعی خورد! گذشت زمان نشان داد درهم تنیدگی واقعیت دارد. [ادامه در یادداشت بعدی]

@Quantum_by_Abbas_Pejman

تصویری از دو فوتونِ درهم تنیده. دانشمندان به تازگی موفق شده¬اند این عکس را بگیرند

@Quantum_by_Abbas_Pejman

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ٣

اینشتین با آن که خودش از بنیانگذاران مکانیک کوانتوم یا تئوری کوانتوم بود، سخت با آن مشکل داشت! نمی توانست با این مسئله کنار بیاید که آن چیزی که بر ذاتِ دنیا حکومت می کند احتمالات است! هیچ یک از کارهای هیچ ذرۀ اتمی را نمی شود با قطعیت پیش بینی کرد. اصلاً نمی شود گفت فلان ذره¬ای که رویش آزمایش می شود خود را با چه خواصی در آن آزمایش نشان خواهد داد. مثلاً می خواهی ببینی فلان الکترون در فلان لحظۀ خاص در کدام نقطه از مدار خود خواهد بود. هیچ گاه نمی توانی این را با قطعیت بگویی. فقط می توانی حساب کنی و بگویی مثلاً ٣٠ درصد احتمال دارد در آن لحظۀ خاص در نقطۀ الف باشد، ٢٠ درصد احتمال دارد در نقطۀ ب باشد، ۵٠ درصد احتمال دارد در نقطۀ ج باشد و غیره. در حالی که چنین چیزی را در مورد مثلاً کرۀ ماه یا هر ستاره¬ای خیلی راحت می شود حساب کرد و با قطعیت گفت مثلاً کرۀ ماه صد سال دیگر در نیم ثانیه بعد از نیمه شب در کدام نقطه از مدارش خواهد بود. چنین چیزی را در مورد هر ستاره و سیاره یا اصلاً هر جسم متحرک دیگر هم می توان گفت. شاید بعضی ها بگویند به خاطر سخت بودن اندازه گیری در دنیای اتم است که نمی شود هیچ چیزی را با قطعیت پیش بینی کرد. نه! مسئله این نیست. ربطی به سخت بودن آزمایش در دنیای اتم ندارد. ذات آن دنیا این طور است! هم فرمول های کوانتوم چنین چیزی را می گوید، هم همۀ آزمایش ها، که بسیار هم دقیق است، این را نشان می دهد. کسانی که کمی عمیق¬تر با دنیای کوانتوم آشنا باشند شکی در این مورد نخواهند داشت. باری، این مسئلۀ احتمالات که بر دنیای کوانتوم حاکم است، معنای عجیبی هم دارد که پذیرفتنش برای اینشتین و بعضی از فیزیکدان های دیگر چندان آسان نبود. معنایی که واقعاً ذهن را به هم می ریزد. اگر اتم و ذرات آن واقعاً قبل از آزمایش های ما ماهیت یا واقعیت مشخصی داشته باشند، دلیلی ندارد نشود مثلاً سرعت یا مکان آنها را حساب کرد و گفت مثلاً فلان الکترون در فلان لحظه در چه نقطه¬ای از مدار خودش خواهد بود، یا در آن لحظه چه سرعتی خواهد داشت. وقتی نمی شود گفت در فلان لحظه در چه مکانی خواهد بود و چه سرعتی خواهد داشت، این یعنی این که قبل از آزمایش هیچ ماهیت مشخصی ندارد! پس نه از آن ذراتی است که در دنیای قابل مشاهده¬مان وجود دارند، نه از آن موج هایی که در دنیای قابل مشاهده¬مان می بینیم. چون ذرات یا امواجی که در دنیای قابل مشاهده¬مان می بینیم، هر دو طوری هستند که در هر لحظه-ای که در نظر بگیریم، هم سرعت مشخصی دارند، هم مکان مشخصی. یعنی این که ماهیتی برای خودشان دارند. برای همین است که سرعت و مکان آنها را برای هر لحظۀ آینده هم می شود حساب کرد. اما این در مورد هیچ کدام از ذرات اتمی صدق نمی کند. هر ذرۀ اتمی را که آزمایش کنیم، تا وقتی که آزمایش را انجام نداده¬ایم، نمی توانیم با قطعیت بگوییم جواب آزمایش به چه صورت خواهد بود و آن ذره در آن آزمایش چه سرعتی خواهد داشت یا در کدام نقطه از مسیر یا مدار خودش ظاهر خواهد شد. این یعنی این که ذرات اتمی، پیش از آن که ما آنها را آزمایش کنیم، و در آن آزمایش ماهیتی برای آنها مشخص شود، هیچ ماهیتی ندارند! آزمایش های ماست که آنها را دارای ماهیت می کند! اگر قرار بود دنیای مشاهده مان هم مثل دنیای کوانتوم باشد، آنگاه مثلاً کرۀ ماه هم پیش از آن که ما نگاهش کنیم، نمی توانست کرۀ ماه باشد!

@Quantum_by_Abbas_Pejman

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ۴

باری، پذیرفتن این مسئله برای ایشتین چندان راحت نبود. ظاهراً تا آخر عمرش هم نتوانست با آن کنار بیاید. فی الواقع، نه توانست آن را نپذیرد، و نه توانست مثل نیلز بوهر و هایزنبرگ و فاینمن و غیره آن را بپذیرد. این بود که وقتی متوجه شد فرمول های کوانتوم یک چیز عجیب¬تری می گویند، یعنی همان پدیدۀ درهم تنیدگی که بین بعضی ذرات اتفاق می افتد، دست به کار شد تا بلکه با توضیح عمیق این پدیده بگوید تئوری کوانتوم در ذات خودش نقص دارد! هنوز احتمالاً چیزهایی هست که ما نمی دانیم. وگرنه چطور ممکن است اتفاقی که برای یک ذرۀ اتمی اتفاق می افتد، بدون هیچ فوت وقتی یک ذرۀ دیگر را که حتی وقتی میلیون ها سال نوری با آن فاصله دارد متأثر کند؟! همان چیزی که اسمش را هم گذاشت اتفاق ترسناک در جای دور، یا تأثیر ترسناک از فاصلۀ دور... مخصوصاً که این درهم تنیدگی یکی از قوانین ثابت شدۀ دنیا را هم در ظاهر نقض می کرد. خود اینشتین ثابت کرده بود بالاترین سرعتی که در دنیا می تواند وجود داشته باشد سرعت نور است. همان C یا ٣٠٠ هزار کیلومتر بر ثانیۀ مشهور. حالا چطور می شود که اتفاقی که برای یک ذره می افتد با سرعتی حتی بیشتر از میلیون ها و میلیاردها برابر سرعت نور به یک ذرۀ دیگر منتقل شود و آن را تحت تأثیر قرار دهد؟!

اما همچنان که گفتم، گذشت زمان نشان داد درهم تنیدگی واقعیت دارد. اینیشتین آن مقالۀ EPR را، که دربارۀ همین درهم تنیدگی بود، و به کمک پودولسکی و روزِن آن را نوشته بود، در سال ١٩٣۵ منتشر کرد. از ١٩٧٢ دانشمندان کم کم شروع کردند درهم تنیدگی را در آزمایش ها و به صورت تجربی هم نشان دادن. اول بار که توانستند پدیدۀ درهم تنیدگی را بین دوتا فوتون نشان دهند، آن دوتا فوتون ۴ متر از هم فاصله داشتند. الان گویا این فاصله را به ١٢٠٠کیلومتر رسانده¬اند. بعداً این را کمی عمیق¬تر و بیشتر توضیح می دهم.

اما حتی پیش از آن که آزمایش ها نشان دهند درهم تنیدگی واقعیت دارد، چند نفر از فیزیکدان ها با همان فرمول های ریاضی هم توانستند نشان دهند که در پدیدۀ درهم تنیدگی اطلاعاتی بین ذره ها رد و بدل نمی شود تا نسبیت خاص را رد کند که می گفت بالاترین سرعتی که در دنیا می تواند وجود داشته باشد سرعت نور است. مسئله از این قرار بود که وقتی دوتا ذره با هم در هم تنیده شده و بعد از هم جدا می شوند، انگار یک چیزی از هر کدام آنها در دیگر باقی می ماند! این هم باز یک معنای عجیبی در خود داشت که در فیزیک کوانتوم به non locality مشهور شد. non locality را در فارسی به نا¬جای¬گزیدگی ترجمه کرده¬اند. نا¬جای¬گزیدگی یعنی چه؟

@Quantum_by_Abbas_Pejman

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ۴

تا آنجا که من در کتاب ها دیده¬ام، دانشمندان اکنون می توانند پدیدۀ درهم تنیدگی را وقتی دوتا الکترون یا فوتون بیش از هزار کیلومتر از هم فاصله دارند به آسانی در بین آنها ببینند، یا نشان دهند. آنها برای انجام این آزمایش از یکی از خواص ذاتی ذرات اتمی به نام اسپین spin استفاده می کنند. اسپین یعنی چرخش. مثل چرخیدن فرفره به دور خود. اما حقیقت این است که اسپینی که در ذرات اتمی هست چرخش به معنای واقعیِ آن نیست. برای همین است که در فارسی آن را ترجمه نمی کنند. اسپین را خود فیزیکدان ها با ریاضیات توضیح می دهند و درباره¬اش حرف می زنند. این هم از آن پدیده هایی است که اگر بخواهی با کلمات توصیفش کنی، و بخواهی تصویر یا تصوری از آن را در ذهنت ایجاد کنی، به جایی نمی رسی. اما این که چرا اسمش را گذاشته¬اند اسپین، به خاطر این است که خیلی شبیه اسپین یا چرخش است. مثل این است که یک ذرۀ باردار، یعنی ذره¬ای که دارای بار الکتریکی است، دارد دور خودش می چرخد. برای این که تصوری از دورِ خود چرخیدنِ یک جسم را داشته باشیم، مثلاً می توانیم زمین را در نظر بگیریم. زمین همچنان که روی مدارش به دور خورشید می چرخد، دور خودش هم می چرخد. اما مسئله این است که در مورد الکترون اصلاً چرخش به دورِ خودی در کار نیست! الکترون ها به دور خودشان نمی چرخند. اگر قرار بود الکترون ها به دور خودشان بچرخند، می بایست جرمی داشته باشند. اما جرم آنها تقریباً صفر است. منتهی خاصیتی از خودشان نشان می دهند که انگار دارند دور خودشان می چرخند. و عجیب-تر از اینها نوترون ها هستند. اینها اصلاً نه بار الکتریکی دارند نه به دور خودشان می چرخند. اما آن خاصیت اسپین را دارند! برای همین است که اسپین را یکی از خواصِ ذاتیِ ذراتِ اتمی یا ذرات بنیادی می دانند.

اما اگر ذرات باردار قابل مشاهده، یعنی ذراتی که علاوه بر بار الکتریکی جرم هم دارند، به دور خودشان بچرخند چه اتفاقی می افتد؟ اول باید بدانیم که وقتی ذره¬ای، یا هر جسم دیگری، دور خودش بچرخد، این چرخش به دور یک محور فرضی اتفاق می افتد. یعنی مثل این است که دارد دور یک خط می چرخد. بعد هم چون بار الکتریکی دارد، یک میدان الکتریکی در اطراف خودش ایجاد می کند. و علاوه بر این میدان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی هم ایجاد می کند. آن وقت از ترکیب این دوتا میدان، یک میدانی به وجود می آید که اسمش میدان الکترو مغناطیسی است. میدانی که در اطراف آن ذره ایجاد می شود و هر جا آن ذره برود، این میدان را هم در اطراف خودش با خود می برد. اما ذره چون می چرخد، در هر لحظه جهت سرعتش تغییر می کند. و با تغییر جهت ذره، جهت سرعت میدان الکترو مغناطیسی هم تغییر می کند. آن اسپین که در دنیای اتم، یا در ذرات بنیادی هست، یک چیزی مثل جهتِ سرعتی است که در میدان الکتریکی هست، و دائم در حال تغییر است. [ادامه دارد]

@Quantum_by_Abbas_Pejman

در این شکل، پیکان های قرمز رنگ مسیر جریان برقی را نشان می دهند که از گردش یک ذرۀ باردار به دور خودش ایجاد می شود، و پیکان های سبز میدان مغناطیسی را که به دور جریان برق ایجاد می شود. هر جریان برقی یک میدان مغناطیسی به دور خودش ایجاد می کند، که دور آن می چرخد، و جهت این چرخش همیشه عمود بر جهت حرکت جریان برق است. بنابر این، با هر تغییری که در جهتِ حرکتِ جریان برق ایجاد شود، جهتِ چرخش میدان مغناطیسی هم تغییر می کند.
@Quantum_by_Abbas_Pejman

عجیب¬ترین پدیدۀ دنیا – ۵

تشبیه، که به معنای این است که چیزی را به چیز دیگری شبیه کنی، یکی از راه های شناساندن پدیده های نا آشنا به دیگران است. توضیح یا شناساندن پدیدۀ ناآشنا از راه تشبیه معمولاً به این صورت است که سعی می شود یک پدیده یا هر چیز آشنایی پیدا کنی، که آن پدیدۀ نا آشنا شباهتی با این داشته باشد. فیزیکدان ها وقتی متوجه اسپین در ذرات بنیادی شدند و بعد خواستند آن را توضیح دهند یا بگویند چیست، از تشبیه استفاده کردند. فی الواقع اسپین خیلی شبیه آن چیزی بود که همۀ فیزیکدان ها با آن به خوبی آشنا بودند: جهت میدان مغناطیسی.

اسپین را در یادداشت قبلی توضیح دادم چیست. اگر در این شکل دقت کنید، به خوبی می توانید آن را مجسم کنید. در این شکل فرض بر آن است که یک ذرۀ باردار، یعنی یک جسم کوچکی که دارای بار الکتریکی هم هست، دارد دور خودش می چرخد. چرخش این ذره با آن پیکان های خمیدۀ قرمز رنگ نشان داده شده است. وقتی ذرۀ باردار در حال حرکت باشد، حالا چه روی یک خط راست در حال حرکت باشد چه به دور خودش بچرخد، در مسیر خودش جریان برق ایجاد می کند. بنابراین، آن پیکان های قرمز رنگ می تواند مسیر جریان برقی را هم که این ذره ایجاد می کند نشان دهد. گذشته از این، وقتی ذرۀ باردار در حال حرکت است، علاوه بر جریان برق، یک میدان مغناطیسی هم در گرداگردِ آن جریان برق، یا در گرداگردِ مسیر خودش، ایجاد می کند. این میدان طوری است که به دور آن جریان برق می چرخد، و همیشه آن جریان برق و این میدان مغناطیسی عمود بر یکدیگر هستند. . در این شکل ، حرکت میدان مغناطیسی هم با پیکان های سبز نشان داده شده است. نکتۀ مهمی که اینجا هست این است: با هر تغییری که در جهت حرکت ذرۀ باردار ایجاد شود، مسیر جریان برق هم تغییر می کند، و با هر تغییری که در مسیر جریان برق ایجاد شود، جهت حرکت میدان مغناطیسی هم تغییر می کند.

در یادداشت قبلی هم گفتم. اسپینی که فیزیکدانها در ذرات بنیادی دیده¬اند، چیزی مثل تغییر جهت میدان مغناطیسی در ذرۀ بارداری است که به دور خودش می چرخد. اما عجیب این است که بعضی ذرات بنیادی که بار الکتریکی دارند، اصلاً جرم ندارند که بتوانند دور خودشان بچرخند! مثل الکترون. و بعضی ها هم که اصلاً بار الکتریکی ندارند! مثل نوترون. با این حال، همۀ ذرات بنیادی، چه الکترون ، چه نوترون، چه پروتون، چه فوتون و بقیۀ آنها، همه¬شان اسپین دارند! یعنی مثل این است که به دور خودشان می چرخند، در حالی که نمی چرخند!

@Quantum_by_Abbas_Pejman

یک الکترون

یکی از یافته های مکانیک کوانتوم این است که ذرات بنیادی، مثل الکترون و پروتون و نوترون و غیره، جای مشخصی ندارند. در آنِ واحد می توانند در چندین جا باشند! علاوه بر این، هر کدام از این ذرات را که در نظر بگیری، انگار همۀ نمونه¬هایش عین هم هستند. مثلاً این که این الکترون با آن الکترون فرقی ندارد، جز این که مدارهایشان فرق می کند. یکی در مداری است که به هسته نزدیک¬تر است، آن یکی در مداری بالاتر. یا یکی از آنها در یکی از مدارهای فلان اتم می چرخد، آن یکی در یکی از مدهارهای یک اتم دیگر. به این خاطر است که جا و انرژی آنها می تواند با هم فرق کند. وگرنه از لحاظ جرم و بار الکتریکی هیچ فرقی با هم ندارند. جا و انرژی عارضی هستند، اما جرم و بار الکتریکی ذاتی هستند. ریچارد فاینمن در سخنرانی¬اش در آکادمی نوبل گفت یک روزکه در پرینستون بودم، پروفسور ویلر به من تلفن کرد. ضمن صحبت گفت «فاینمن، من می دانم چرا همۀ الکترونها بار و جرم یکسان دارند!» بعد در توضیحش گفت: «برای این که همۀ آنها یک الکترون هستند!» یعنی یک الکترون است که در آنِ واحد دارد در همه جای دنیای می چرخد...

… I received a telephone call one day at the graduate college at Princeton from Professor Wheeler, in which he said, “Feynman, I know why all electrons have the same charge and the same mass” “Why?” “Because, they are all the same electron!”

@Quantum_by_Abbas_Pejman

ابطال پذیری falsifiability

ابطال پذیری پوپر، که ظاهراً او آن را اصل می‌داند، چون مشهور است به falsification principle، بر چه اساسی «اصل» شده است؟ اصل علمی است یا فلسفی؟

پوپر در توضیح ابطال‌پذیری می‌گوید: «تئوری علمی در صورتی می‌تواند تئوری علمی باشد که ابطال‌پذیر باشد، و هیچ آزمایشی نمی‌تواند هیچ تئوری علمی را ثابت کند، بلکه هر آزمایشی در مورد هر تئوری علمی فقط باید به عنوان کوششی جدی اما ناموفق در جهت ابطال آن تلقی شود.» او از تئوری‌های مشهور به تئوری علمی هم فقط آن‌هایی را تئوری علمی می‌داند که می‌شود «نادرستیِ آن‌ها» را با آزمایش «ثابت» کرد. بنابراین تئوری‌هایی که نمی‌شود پدیدۀ مربوط به آن‌ها را تحت آزمایش درآورد، نمی‌توانند تئوری علمی به حساب بیایند. مثل بیگ بنگ، که بدیهی است نمی‌شود بیگ بنگ دیگری ایجاد کرد تا مشخص شود آیا واقعاً چنین امواجی در کیهان ایجاد خواهد کرد که اکنون هست، چنین ذرات بنیادی و چنین عناصری در دنیا به وجود خواهد آمد که به وجود آمده است، چنین انبساطی در کیهان اتفاق خواهد افتاد و ادامه خواهد یافت که اکنون هست. طبق ابطال‌پذیری او تئوری‌هایی مثل تئوری بیگ بنگ باید شبه علم تلقی شوند نه علم! چون فقط با آزمایش مجدد «خود آن‌ها»ست که می‌شود نادرستی احتمالی آن‌ها را اثبات کرد، و بدیهی است که چنین چیزی امکان ندارد.

البته این‌ها را پوپر می‌گوید. وگرنه این مسائل در خود علم به این صورت نبوده است. چه پیش از تولد ابطال پذیری پوپر، چه بعد از تولد آن. البته آزمایش، که معنای گسترده‌ای هم در علوم تجربی دارد، جزء لاینفک پژوهش‌های علمی است. در علوم تجربی، هر تئوری باید در نهایت از آزمایش موفق بیرون بیاید تا بشود گفت کشفی صورت گرفته است یا یک تئوری به علم تبدیل شده است. اما هیچ جا صحبت از این نبوده است که نمی‌شود گفت تا حالا هیچ تئوری‌ای ثابت شده است و هیچ کشفی صورت گرفته است! واقعاً تا حالا هیچ تئوری‌ای در دنیای علم ثابت نشده است؟ هیچ کشفی صورت نگرفته است؟ یعنی هنوز هم نمی‌توانیم بگوییم ثابت شده است که زمین دارد به دور خورشید می‌چرخد؟ الان بشر از فضا می‌تواند ببیند زمین است که دارد دور خورشید می‌چرخد، با این حال آیا همچنان نمی‌توانیم از این کشف مطمئن باشیم؟ کشفیاتی از این نوع در دنیای علم بسیار زیاد است و کسی هم انتظار ندارد یک روزی آن‌ها باطل شوند. در هر حال، در خود دنیای علم صحبتی از آنچه پوپر می‌گوید نبوده است، و نیست. این فقط نظر یک فیلسوف است درباره علم.

البته هر کس حق دارد دربارۀ علم و ماهیت آن، و شیوه های پژوهش‌های علمی فکر کند، مقاله و کتاب بنویسد. هر حرفی هم می‌تواند در مقاله‌ها و کتاب‌هایش بزند. اما آیا هر فیلسوفی هر حرفی دربارۀ علم زد یا اصولی برای پژوهش‌های علمی ابداع کرد، این به معنای آن خواهد بود که علم خود به خود تابع آن اصول می‌شود؟ بدیهی است که نه! کما‌این‌که در مورد اصل ابطال‌پذیری پوپر هم این را می‌توان دید. با آن که اکنون یک قرن است از عمر اصل ابطال‌پذیری او می‌گذرد، اما در دنیای علم همچنان صحبت از کشف و اثبات است. کافی است فقط به بیانیه‌های آکادمی نوبل نگاهی شود. یا به نشریات معتبر علمی نگاهی شود. در همۀ آن‌ها صحبت از این است که فلان دانشمند موفق به فلان کشف شد یا فلان تیم پژوهشی بالاخره توانستند فلان تئوری را با فلان آزمایش به اثبات برسانند.

به نظر من، اصل ابطال پذیری پوپر، بیشتر به درد بحث‌های روشنفکری می‌خورد. به خود علم چیزی نمی‌تواند بیفزاید. برای این که آنچه او اسمش را ابطال‌پذیری می‌گذارد، بیشتر بازی با کلمات است. وگرنه در ماهیت علم و پژوهش‌های علمی هیچ تغییری ایجاد نمی‌کند. البته قصد اول خود او هم از عَلم کردن آن این نبود که چیزی به علم افزوده باشد یا روش‌های علمی را اصلاح کند. آن را درواقع برای این تئوریزه کرد که ادعای علمی بودن مارکسیسم و فرویدیسم را بی اعتبار کند. می‌خواست اصلی بنیاد نهد که از روی آن به راحتی بتوان علم را از شبه علم تشخیص داد. شاید بشود گفت در این مورد کار خوبی کرد. اما باز هم مسئله این است که آیا اگر پوپر و اصل ابطال پذیری‌اش نبود مارکسیسم و فرویدیسم به علم تبدیل می‌شدند؟ بدیهی است که نه! وقتی نظریه‌ای مثل نسبیت اینشتین با آن استحکام اعجاب‌انگیزش تا وقتی آزمایشی آن را تأیید نکرده بود نتوانست به عنوان علم در دنیای علم پذیرفته شود، شبه علم‌ها چطور می‌توانند به علم تبدیل شوند! علم خودش اصل ابطال‌پذیری‌اش را هم در خودش «دیفالت» کرده است. خودش را خود به خود از شبه علم‌ شدن حفظ می‌کند. بعد هم مسئله این بود که پوپر به مارکسیسم و فرویدیسم قناعت نکرد. برای این که نپذیرد ابطال‌پذیری‌اش نقص دارد و در بعضی جاها لنگ می‌زند، مجبور شد فرگشت و بیگ بنگ را هم شبه علم بداند! عباس پژمان [ادامه دارد]
@Quantum_by_Abbas_Pejman

قوهای سفید پوپر - ١

پوپر برای این که ابطال‌پذیری خود را توضیح دهد، تئوری‌ای می‌سازد به این صورت: همۀ قوها سفید هستند. آنگاه می‌گوید این را هیچ گاه نمی‌شود «اثبات» کرد. اما «باطل» می‌شود کرد- از اعتبار می‌شود انداخت. البته راست می‌گوید. برای این که اثبات آن به این معنی خواهد بود که ما همۀ قوهای دنیا را دیده باشیم تا بشود اثبات کرد این تئوری درست است. بدیهی است که چنین چیزی امکان ندارد. اما کافی است فقط یک قو دیده شود که رنگش سفید نیست و مثلاً سیاه است. آنگاه دیگر این تئوری باطل خواهد شد. بعد هم نتیجه می‌گیرد فقط تئوری‌هایی علمی هستند که ابطال‌پذیر باشند. آیا واقعاً نتیجه گیری درستی می‌کند؟

پوپر به طرز زیرکانه، یا شاید هم ساده‌اندیشانه‌ای، مثالی را از دنیای موجودات زنده برای اثبات مدعای خود انتخاب می‌کند. در حالی که قوانین حاکم بر دنیای موجودات زنده فرق دارد با قوانین دنیای ماده! در دنیای جانداران این طور نیست که یک پدیدۀ مشخص در همۀ تکرارهای خود دقیقاً به یک صورت اتفاق بیفتد. مثلاً خود انسان را در نظر بگیریم. انسان به طور طبیعی، یا انسان طبیعی، باید بیست تا انگشت داشته باشد. ده تا در دست‌ها و ده تا در پاها. بنابراین اگر ما بیایم تئوری‌ای بسازیم به این صورت: همۀ انسان‌ها بیست انگشت دارند، این اصلاً در اساس خودش غلط است! نشانۀ این است که سازندۀ چنین تئوری‌ای شناخت چندانی از بدن و شکل انسان ندارد. برای این که اگر کوچک‌ترین اطلاعی از ژنتیک انسان داشت، می‌دانست که یک نقص ژنتیکی نسبتاً شایعی در انسان‌ها هست که باعث می‌شود بعضی از آن‌ها در هر دستشان به جای پنج انگشت مثلاً شش انگشت داشته باشند. بنابراین، اصلاً چنین تئوری‌ای دربارۀ انسان‌ها نمی‌ساخت. فی الواقع تفکر علمی چندانی پشت سر این تئوری نیست. البته شکی نیست اگر کسی اطلاع نداشته باشد انسان‌ها موجوداتی هستند که گاهی می‌توانند در هر دستشان به جای پنج انگشت شش انگشت داشته باشند، و بخواهد اثبات کند آن‌ها بیش از بیست انگشت دارند، کار سختی خواهد داشت. ممکن است صدها انسان را، دست‌ها و پاهایشان را، معاینه کند و همۀ آن‌ها بیست انگشت داشته باشند. اما بدیهی است اگر شانس بیارد و در همان شروع تحقیقاتش یک نفر پیدا کند که بیش از بیست انگشت دارد، می‌تواند فوراً، و برای همیشه، آن تئوری را باطل اعلام کند. آن تئوری هم که خود پوپر از رنگ قوها مثال می‌آرد، یعنی همۀ قوها سفید هستند، هیچ فرقی با این «همۀ انسان‌ها بیست انگشت دارند» ندارد. همان قدر که آن فاقد فاکت علمی بود، این هم فاقد فاکت علمی است. در دنیای علم، معمولاً هر تئوری وقتی می‌تواند جدی تلقی شود و مورد آزمایش قرار بگیرد که یک فاکت علمی در مبنای خود داشته باشد. وگرنه بعید است جدی تلقی شود. باری، این در واقع مغلطه‌ای است که پوپر در توضیح اصل ابطال پذیریِ خود مرتکب می‌شود. عملاً چیزی را به دنیای علم نسبت می‌دهد که واقعیت چندانی ندارد! تصویری از دنیای علم و تئوری‌هایش ایجاد می‌کند که انگار دست کم نصف تئوری‌هایش از نوع «همۀ قوها سفید هستند» می‌باشد! اما آیا واقعاً چنین است؟! پوپر درواقع اینجا نوعی مغالطه مرتکب می شود. مغالطه‌ای که در منطق به مغالطۀ پهلوان پنبه یا straw manمعروف است- به این صورت که مغالطه کننده موضوعی را به یکی از صورت‌های آن که ضعیف‌ترین صورت و صورت دروغین آن است تقلیل می‌دهد، و کل موضوع را بر اساس آن بحث می‌کند. فی‌الواقع مثل این است که از همۀ انواع پهلوانی، فقط نوع پهلوان پنبۀ آن را می‌بیند! [ادامه دارد]
@apjmn

@Quantum_by_Abbas_Pejman

قوهای سفید پوپر - ٢

[ادامه] اما مغلطۀ دیگری هم مرتکب می‌شود که حتی مهم‌تر از مغلطۀ اولی است. او ابطال‌پذیری را در دنیای موجودات زنده و تئوری‌های علمی مربوط به دنیای آن‌ها توضیح می‌دهد، اما نتیجه را به کل دنیای علم، مخصوصاً فیزیک و شیمی هم سرایت می‌دهد! در حالی که دنیای موجودات و قوانینی که فقط در دنیای موجوداتِ زنده حاکم هستند، فرق دارند با دنیای ماده و قوانینی که بر آن حاکم هستند. فی‌الواقع با این کارش مغالطۀ دیگری می‌کند که در منطق به مغالطۀ ترکیب مفصل مشهور است.

قوانینِ دنیای موجوداتِ زنده بسیار پیچیده هستند، و جزءِ ذاتِ این موجودات هم نیستند. این طور نیست که این‌ها از اول در دنیای موجودات زنده بوده باشند، بلکه رفته رفته، و با دگرگونی یا فرگشتِ آن‌ها، به وجود آمده‌اند. معمولاً ثابت هم نیستند. گاهی می‌توانند تغییراتی بکنند. به طوری که مثلاً قوهایی به وجود بیایند که رنگشان بر خلاف قوهای دیگر باشد. قوهای دیگر همگی رنگشان سفید بوده است، این ها رنگ این‌ها سیاه باشد. این جور قوانینِ را می گویند قوانین بیولوژیکی. اما قوانینِ حاکم بر دنیایِ ماده، که به قوانینِ فیزیکی شهرت دارند، اولاً ساده هستند، و پیچیدگی خاصی ندارند، ثانیاً جزءِ ذاتِ ماده هستند. این‌ها همیشه با ماده بوده‌اند. و هیچ گاه تغییر نمی‌کنند. الکترون‌هایی که الان در دنیا هستند، هیچ فرقی ندارند با آن الکترون‌هایی که یک لحظه بعد از بیگ بنگ به وجود آمده‌اند. همین طور است در مورد ذرات بنیادی دیگر که ماده را می‌سازند. برای همین است که قوانین حاکم بر دنیای ماده هم ثابت هستند. و باز برای همین است که می‌توان آن‌ها را در زبان ریاضی به صورت فرمول‌های ساده بیان کرد. فرمول چیست؟ مثلاً E = MC2 چیست؟ این فرمول می‌گوید انرژی‌ای در ذات هر ماده‌ای هست که اگر آزاد شود، مقدار آن برابر خواهد بود با جرم آن ماده ضرب در سرعت نور به توان ۲. و این در مورد هیچ ماده‌ای استثنا ندارد. برای همین است که وقتی این فرمول را یک بار در مورد یک ماده آزمایش می‌کنند و درست در می‌آید، صحت تئوری مربوط به آن عملاً «ثابت» می‌شود. اما می‌دانیم قوانین بیولوژیک را معمولاً نمی‌توان به صورت فرمول هایی نوشت که ساده باشد و مخصوصاً بر کل دنیای موجودات زنده حاکم باشد. بنابراین اصلاً بعید است تئوری‌های بیولوژیک از نوعی باشند که او نمونه‌ای از آن‌ها را با تئوری همۀ قوها سفید‌اند نشان می‌دهد!

مخلص کلام این که بر عکس آنچه پوپر می‌گوید، ابطال‌پذیری او چندان چیزی به علم نمی کند. بحث‌هایی که در مورد آن می‌شود، بیشتر از نوع بحث‌های روشنفکری است. و بر عکس ادعای او که می‌گوید در مورد تئوری‌های علمی از اثبات آن‌ها نمی‌توان حرف زد، در مورد تئورهای مربوط به دنیای ماده که خود دانشمندان عملاً از اثبات آن‌ها حرف می‌زنند. فقط در مورد تئوری‌های مربوط به دنیای موجودات زنده است که می‌توان گفت آن‌ها را فقط ابطال می‌توان کرد نه اثبات، به شرطی که آن تئوری‌ها از قوانین کلی حرف بزنند. یعنی مثلاً از قانونی حرف بزنند که مدعی هستند می‌تواند بر همۀ انسان‌ها حاکم باشد! اما آیا اصلاً قوانین بیولوژیک ادعای کلی بودن دارند؟! تا آنجا که من می‌دانم، نه. بنابراین، همچنان که گفتم اصل ابطال‌پذیری پوپر شاید فقط برای بحث‌های روشنفکری خوب باشد. وگرنه چندان چیزی به خود علم اضافه نمی‌کند.
@apjmn

@Quantum_by_Abbas_Pejman

سیاه¬چاله

جایزۀ نوبل امسال در رشتۀ فیزیک به سه دانشمند سیاه¬چاله تعلق گرفت: به سر راجر پنروز بریتانیایی، به خاطر این¬که اثبات کرده بود تشکیل سیاه¬چاله¬ها نتیجۀ اجتناب ناپذیر نیروی گرانش است، و به آندریا گز آمریکایی و راینهارد گنتسل آلمانی که مشترکاً سیاه¬چالۀ عظیمی را در مرکز کهکشان شیری کشف کرده بودند. سیاه¬چاله چیست؟

ستاره های خیلی بزرگ خیلی سریع¬تر از خورشید هیدروژن خود را می سوزانند و به هلیوم تبدیل می کنند. فی الواقع فقط چند صد میلیون سال که بگذرد هیدروژن آنها تمام می شود. یا به عبارت دیگر منبع اصلی تولید گرما و انرژی¬شان تمام می شود. آنگاه با یک بحران روبرو می شوند. چراکه هرچند می توانند هلیوم را بسوزانند و با تبدیل آن به عناصر سنگین¬تری مثل کربن و اکسیژن تولید گرما و انرژی کنند، اما این گرما و انرژی¬ای که با سوزاندن هلیوم تولید می شود، به اندازۀ قبل نیست. بنابراین تعادلی که بین فشار گرمای داخل و نیروی گرانش آنها برقرار بود، به نفع گرانش برهم می خورد. فشاری که بر اثر گرما در داخل ستاره ایجاد می شود، نیرویی از داخل ستاره به سمت بیرون به آن وارد می کند، و نیرویی که گرانش ستاره ایجاد می کند، و در مرکز ستاره است، اجزای آن را به سوی داخل و مرکز آن می کشد. برای این که ستاره بتواند پایدار بماند، باید این دو نیرو در حال تعادل باشند. تمام د شدن سوخت هیدروژنی ستاره، این تعادل را به نفع گرانش برهم می زند. نیروی گرانش بر فشار گرما غلبه کرده و اتم های ستاره را به سمت مرکز آن می کشاند. ستاره در خودش فرو می ریزد. فی الواقع نیروی گرانش آنچنان جسم ستاره را فشرده و کوچک می کند که حجم آن را به صفر و چگالی آن را بینهایت می کند. حالا یک نقطۀ بینهایت کوچک، در حد صفر هست، که جرم بسیار حجیمی در آن طوری فشرده شده که چگالی¬اش بینهایت است. دانشمندان اسم این نقطه را گذاشته¬اند سینگولاریتی، که در فارسی آن را تگینگی می گویند. همین تگینگی است که فضا-زمان اطراف خود را طوری خمیده می کند که هر چیزی داخل آن بیفتد دیگر نمی تواند از آن بیرون بیاید. حتی نور. و خود سیاه¬چاله هم آن قسمت از فضاست که تحت تأثیر تگینگی آن است. اما سیاه¬چاله¬ها چگونه کشف شدند؟

فیزیکدانی آلمانی بود به نام کارل شوارتسچیلد که وقتی نظریۀ نسبیت عام اینشتین در ١٩١۵ منتشر شد، او در ارتش آلمان خدمت می کرد و در جبهۀ روسیه محاسبات پرتابی را برای ارتش آلمان انجام می داد. نظریۀ نسبیت عام دربارۀ نیروی گرانش بود. اینشتین می گفت این نیرو در اطراف ستاره های حجیم باعث خمیدگی فضا-زمان می شود. چند هفته بیشتر از انتشار مقالۀ اینشتین دربارۀ نسبیت عام نمی گذشت که شوارتسچیلد آن را در جبهۀ جنگ خواند. آنگاه نشست و در کنار محاسبات پرتابی¬اش محاسباتی هم بر مبنای نظریۀ اینشتین برای ستاره ها انجام داد. او نشان داد که اگر جرم یک ستاره آنچنان درهم فشرده شود که به صورت یک حجم کروی بسیار کوچکی در آید، به طوری که از تقسیم جرم آن بر شعاعش عددی به دست آید که از یک حدی تجاوز می کند، آن ستاره طوری فضا-زمان اطراف خود را کج و کوله خواهد کرد که هر چیزی به آن ستاره نزدیک شود دیگر نمی تواند از چنگ آن فرار کند و ستاره آن را در خود فرو خواهد بلعید. حتی نور هم اگر به آن ستاره نزدیک شود دیگر نمی تواند از آن بیرون بیاید. به همین خاطر بود که اسم این جور ستاره ها را گذاشتند ستاره های تاریک یا ستاره های یخ زده. اما سال ها جان ویلر اسم آن ها را گذاشت سیاه¬چاله و همین اسم رویشان ماند.

کارل شوارتسچیلد همچنین محاسبۀ دقیقی از چیزی را انجام داد که اکنون به افق رویداد مشهور است، و گاهی آن را شعاع شوارتسچیلد یا مرز سیاه¬چاله هم می گویند. افق رویداد به شکل دایره¬ای است که در اطراف هر سیاهچاله به وجود می آید و هر چیزی فقط تا بیرون آن دایره می تواند به سیاهچاله نزدیک شود و بتواند از چنگ آن فرار کند. اما اگر به آن دایره برسد، دیگر نمی تواند از چنگ سیاه¬چاله فرار کند، بلکه به درون آن کشیده خواهد شد. محاسبۀ شوارتسچیلد با دقت تمام افق رویداد را برای هر سیاهچاله مشخص می کند.

سیاهچاله¬ها شگفتی های دیگری هم دارند. یکی از آنها این است که چون زمان در اطراف سیاهچاله خمیده و درهم فشرده می شود، اگر انسانی بتواند تا نزدیکی های سیاهچاله¬ای برود می تواند به آینده سفر کند! به این صورت که اگر مثلاً یک ساعت آنجا سپری کرده بعد به سفینه¬اش برگردد، خواهد دید در سفینه¬اش مثلاً ده هزار ساعت گذشته است!

عباس پژمان

@Quantum_by_Abbas_Pejman

اولین تصویر از یک سیاهچاله، از سیاهچالۀ کهکشان ام٨٧ ، که با عکسبرداری از گازهای درخشان اطراف آن به دست آمده است

@apjmn

در این شکل، آن دایرۀ سیاهرنگ که بالای سیاهچاله است، افق رویداد است، و آن صفحۀ خط خطی که تا داخل سیاهچاله فروکشیده شده است، فضا¬زمان است.

@apjmn

اسپین- ١

برای این که تصوری از اسپین داشته باشیم، اول باید بدانیم مومنتوم یا تکانه چیست. برای این که مفهوم اسپین یک چیزی مثل مفهوم مومنتوم است. مومنتوم یعنی جرم ضرب در بُردار سرعت. بردار سرعت را در انگلیسی velocity می گویند. خود سرعت را speed می گویند. فرق بردار سرعت و خود سرعت این است که در خود سرعت فقط اندازۀ حرکت یک جسم در یک ثانیه بیان می شود، اما در بردار سرعت، علاوه بر اندازۀ آن، جهت سرعت هم مشخص می شود. بنابراین، مومنتوم مفهومی ریاضی است، و با بُرداری نشان داده می شود که طول آن اندازۀ سرعت را نشان می دهد، و جهت آن هم، که در دستگاه مختصات سه بُعدی مشخص می شود، جهت سرعت را مشخص می کند. جسم اگر بدون تغییر جهت، روی یک خط راست حرکت کند، مومنتوم آن را مومنتوم خطی می گویند. اما اگر دور محوری بچرخد، مومنتوم آن را مومنتوم زاویه¬ای می گویند. در هر دوی این حالت ها، هر چقدر سرعت بیشتر باشد، مومنتوم هم بیشتر می شود. از آنجا که مومنتوم از حاصل ضرب جرم در سرعت به دست می آید، واحد آن بر حسب کیلوگرم¬متر بر ثانیه بیان می شود.

حالا مثلاً زمین را در نظر می گیریم. می دانیم که زمین دو نوع چرخش دارد. یکی از آنها چرخشی است که به دور خورشید انجام می دهد. دیگری هم چرخشی که دور خودش، یا دور یک محور فرضی که از مرکزآن گذشته و یک سرش در قطب شمال و سر دیگرش در قطب جنوب است، انجام می شود. هر کدام اینها یک مومنتوم برای خودشان دارند. اولی که روی مدار صورت می گیرد اسمش است مومنتوم زاویه¬ایِ مداری و دومی مومنتوم زاویه¬ایِ چرخشی.

اما حقیقت این است که الکترون نه دور هستۀ اتم چرخشی مثل چرخش زمین به دور خورشید دارد، نه دور خودش می چرخد. با این حال هم مومنتوم زاویه¬ای مداری دارد، هم مومنتوم زاویه¬ای چرخشی. مومنتوم اولی را مومنتوم چرخشی ذاتی برای اتم می دانند، و مومنتوم دومی را مومنتوم چرخشی ذاتی برای خود الکترون.

مومنتوم زاویه¬ای الکترون این قدر شبیه چرخش ذرات به دور خود است که حتی میدان مغناطیسی کوچکی هم برایش ایجاد می کند. هر ذره¬ای بار الکتریکی داشته باشد و دور محوری بچرخد، با این چرخش یک میدان مغناطیسی هم برای خود ایجاد می کند. دانشمندان خواستند ببینند آیا چنین چیزی برای اتم و ذرات زیراتمی هم اتفاق می افتد. با کمال تعجب دیدند، بله. اول بار دو فیزیکدان آلمانی به نام های اشترن و گرلاخ این آزمایش را انجام دادند. آنها از اتم های نقره برای این آزمایش استفاده کردند. اشترن و گرلاخ یک چیز حیرت آوری هم در مورد این مومنتوم زاویه¬ای کشف کردند. دیدند مومنتوم زاویه¬ای هم حالت کوانتومی دارد. این هم مثل انرژی است. انرژی حالت ییوستاری ندارد بلکه در بسته¬های مجزا از هم منتقل یا مصرف می شود که همۀ آنها هم یک اندازه هستند. مومنتوم زاویه¬ای هم همین طور است. گفتیم مومنتوم برحسب کیلوگرم متر بر ثانیه حساب می شود. اگر مومنتوم الکترون را اندازه بگیریم، مقدار آن هر عددی نمی تواند باشد. مقدار این هم عدد ثابتی است. تنها تغییری که اسپین می تواند بکند این است که جهت آن می تواند برعکس شود...
@Quantum_by_Abbas_Pejman