Quantum problems

⭕️ آزمایش های انتخاب با تأخیر: تأثیر آینده بر گذشته یا هماهنگی آینده و گذشته؟

یکی از ویژگی های عجیب در دنیای کوانتومی، رفتار موج-ذره است. طبق اصل مکملیت بور، اشیاء کوانتومی یا از خود خاصیت موجی بروز میدهند و یا خاصیت ذره ای. مثلا در آزمایش دوشکاف اگر یک دسته الکترون را به سمت شکاف ها شلیک کنیم، تا زمانی که ندانیم آن الکترون ها چه مسیری دارند و مکان آنها چیست خاصیت موجی فعال است. با برخورد موج به دو شکاف نیز طرح تداخل موجی را بر روی پرده مشاهده می کنیم. اما به محض اینکه در محل شکاف ها یک آشکارساز قرار دهیم تا متوجه شویم که الکترون ها از کدام شکاف عبور کردند، طرح موجی از بین رفته و خاصیت ذره ای فعال می شود. این حالت برای ذرات نور (فوتون) هم وجود دارد.

جان ویلر در سال 1978 آزمایش شگفت انگیزتری را طراحی کرد. او سعی داشت بفهمد که چه زمانی فوتون تصمیم میگیرد که موجی یا ذره ای رفتار کند. او به آزمایش دو شکاف یک لنز عدسی اضافه کرد که در جلوی شکاف ها قرار میگیرد. کار این عدسی متمرکز کردن نوری است که از هر شکاف عبور می کند. موج های عبوری از هردو شکاف ابتدا به سمت هم همگرا می شوند و در ادامه از هم جدا شده و هر یک مسیر جداگانه ای را طی می کنند(تصویر زیر). حال اگر پردۀ آشکارساز در خارج از کانون (جایی که مسیرها از هم متمایزند) قرار داشته باشد ما خاصیت ذره ای را مشاهده میکنیم. اما اگر پرده را درست در کانون قرار دهیم (به دلیل تداخل دو موج عبوری) خاصیت موجی پدید می آید.

نکتۀ شگفت انگیز اینجاست که وقتی قرار باشد نور خاصیت ذره ای داشته باشد پس فوتون باید مانند ذره فقط از یک شکاف عبور کرده باشد. اما وقتی قرار باشد که ما خاصیت موجی را ببینیم نور باید مانند موج از هر دو شکاف عبورکرده باشد و در نقطۀ کانون با هم تداخل کنند. حال اگر ما اجازه دهیم که نور ابتدا تصمیم خود را بگیرد و از دو شکاف عبور کند و آنوقت ما تصمیم بگیریم که پردۀ آشکار ساز را در کجا بگذاریم چه اتفاقی می افتد؟ آیا ممکن است که نور بخواهد موج باشد و آنوقت ما آشکارساز را در خارج از کانون عدسی بگذاریم؟ (در این صورت هم خاصیت موجی و هم خاصیت ذره ای اتفاق می افتد و اصل مکملیت نقض میشود) آزمایش های انجام شده نشان می دهد که پاسخ این سوال منفی است!

در این آزمایش نیز ما همواره یک نقاب از موج-ذره را مشاهده می کنیم، با این تفاوت که انتخاب نقاب وابسته به شرایط آزمایش در آینده است! گویی نوری که به سمت دو شکاف می آید از تصمیم آیندۀ ما دربارۀ محل قرار دادن پرده باخبر است و طبق آن تصمیم خود را میگیرد. اگر ما بخواهیم پرده را در کانون بگذاریم پس نور باید مانند موج از دو شکاف عبور کند و اگر بخواهیم خارج از کانون بگذاریم نور مجبور بوده مانند یک ذره تنها از یک شکاف رد شده باشد. بعد از این ایدۀ ویلر آزمایشات بسیار دقیق تر و پیچیده تری انجام شد که حاکی از صحت این امر دارد. حتی ویلر آزمایشاتی در ابعاد کیهان طراحی کرد تا نشان دهد این موضوع برای فوتون هایی که چند میلیون سال قبل، از لنز گرانشی کهکشان ها رد شده اند هم صادق است. علیرغم سکوت همیشکی کوانتوم کپنهاگی در پاسخ به این دسته آزمایشات، کوانتوم بوهمی توضیح زیبایی برای این پدیده دارد. ان شاالله در آینده به آزمایش های دیگر و تعبیرهایی که برای توجیه این آزمایشات ارائه شده می پردازیم.

🆔 @QMproblems

www.tgoop.com/QMproblems/136

5.8K viewsMay 30, 2019 at 17:59

⭕️ آزمایش های انتخاب با تأخیر: تأثیر آینده بر گذشته یا هماهنگی آینده و گذشته؟

یکی از ویژگی های عجیب در دنیای کوانتومی، رفتار موج-ذره است. طبق اصل مکملیت بور، اشیاء کوانتومی یا از خود خاصیت موجی بروز میدهند و یا خاصیت ذره ای. مثلا در آزمایش دوشکاف اگر یک دسته الکترون را به سمت شکاف ها شلیک کنیم، تا زمانی که ندانیم آن الکترون ها چه مسیری دارند و مکان آنها چیست خاصیت موجی فعال است. با برخورد موج به دو شکاف نیز طرح تداخل موجی را بر روی پرده مشاهده می کنیم. اما به محض اینکه در محل شکاف ها یک آشکارساز قرار دهیم تا متوجه شویم که الکترون ها از کدام شکاف عبور کردند، طرح موجی از بین رفته و خاصیت ذره ای فعال می شود. این حالت برای ذرات نور (فوتون) هم وجود دارد.

جان ویلر در سال 1978 آزمایش شگفت انگیزتری را طراحی کرد. او سعی داشت بفهمد که چه زمانی فوتون تصمیم میگیرد که موجی یا ذره ای رفتار کند. او به آزمایش دو شکاف یک لنز عدسی اضافه کرد که در جلوی شکاف ها قرار میگیرد. کار این عدسی متمرکز کردن نوری است که از هر شکاف عبور می کند. موج های عبوری از هردو شکاف ابتدا به سمت هم همگرا می شوند و در ادامه از هم جدا شده و هر یک مسیر جداگانه ای را طی می کنند(تصویر زیر). حال اگر پردۀ آشکارساز در خارج از کانون (جایی که مسیرها از هم متمایزند) قرار داشته باشد ما خاصیت ذره ای را مشاهده میکنیم. اما اگر پرده را درست در کانون قرار دهیم (به دلیل تداخل دو موج عبوری) خاصیت موجی پدید می آید.

نکتۀ شگفت انگیز اینجاست که وقتی قرار باشد نور خاصیت ذره ای داشته باشد پس فوتون باید مانند ذره فقط از یک شکاف عبور کرده باشد. اما وقتی قرار باشد که ما خاصیت موجی را ببینیم نور باید مانند موج از هر دو شکاف عبورکرده باشد و در نقطۀ کانون با هم تداخل کنند. حال اگر ما اجازه دهیم که نور ابتدا تصمیم خود را بگیرد و از دو شکاف عبور کند و آنوقت ما تصمیم بگیریم که پردۀ آشکار ساز را در کجا بگذاریم چه اتفاقی می افتد؟ آیا ممکن است که نور بخواهد موج باشد و آنوقت ما آشکارساز را در خارج از کانون عدسی بگذاریم؟ (در این صورت هم خاصیت موجی و هم خاصیت ذره ای اتفاق می افتد و اصل مکملیت نقض میشود) آزمایش های انجام شده نشان می دهد که پاسخ این سوال منفی است!

در این آزمایش نیز ما همواره یک نقاب از موج-ذره را مشاهده می کنیم، با این تفاوت که انتخاب نقاب وابسته به شرایط آزمایش در آینده است! گویی نوری که به سمت دو شکاف می آید از تصمیم آیندۀ ما دربارۀ محل قرار دادن پرده باخبر است و طبق آن تصمیم خود را میگیرد. اگر ما بخواهیم پرده را در کانون بگذاریم پس نور باید مانند موج از دو شکاف عبور کند و اگر بخواهیم خارج از کانون بگذاریم نور مجبور بوده مانند یک ذره تنها از یک شکاف رد شده باشد. بعد از این ایدۀ ویلر آزمایشات بسیار دقیق تر و پیچیده تری انجام شد که حاکی از صحت این امر دارد. حتی ویلر آزمایشاتی در ابعاد کیهان طراحی کرد تا نشان دهد این موضوع برای فوتون هایی که چند میلیون سال قبل، از لنز گرانشی کهکشان ها رد شده اند هم صادق است. علیرغم سکوت همیشکی کوانتوم کپنهاگی در پاسخ به این دسته آزمایشات، کوانتوم بوهمی توضیح زیبایی برای این پدیده دارد. ان شاالله در آینده به آزمایش های دیگر و تعبیرهایی که برای توجیه این آزمایشات ارائه شده می پردازیم.

🆔 @QMproblems

BY Quantum problems