رد نظریه اینشتین در مورد "عمل شبح‌وار"

فیزیکدانان ۱۰ کشور در یک آزمایش کوانتومی پیشگامانه به تازگی حقیقت نظریه "عمل شبح‌وار در یک فاصله" را کشف کردند.

به گزارش ایسنا به نقل از اسپیس، فیزیکدانان طی یک آزمایش کوانتومی، پدیده عجیب و غریبی که اینشتین از آن نفرت داشت و در آن ذرات به‌هم پیوسته ظاهرا سریع‌تر از سرعت نور ارتباط برقرار می‌کنند را تایید کردند.

۱۲ تیم از فیزیکدان در ۱۰ کشور، بیش از ۱۰۰ هزار داوطلب گیمر و بیش از ۹۷ میلیون واحد داده که همه آن‌ها به صورت دستی و به صورت تصادفی تولید شده بودند را بررسی کردند.

داوطلبان از مکان‌های مختلف در سراسر جهان یک بازی ویدئویی آنلاین را در ۳۰ نوامبر ۲۰۱۶ انجام دادند که میلیون‌ها بیت یا "رقم دودویی" -کوچکترین واحد داده‌های کامپیوتری- را تولید کردند.

سپس فیزیکدان‌ها از این بیت‌های تصادفی در آزمایش‌های موسوم به "زنگ" (Bell) استفاده کردند تا نشان دهند که ذرات درهم‌تنیده و یا ذراتی که حالت آن‌ها به طور اسرارآمیزی باهم ارتباط دارد، می‌توانند به نحوی اطلاعات را سریع‌تر از آنچه نور می‌تواند سفر کند، منتقل کنند.

" مورگان میچل"، استاد کوانتوم‌شناسی در موسسه علوم فوتونی بارسلونا می‌گوید: یافته‌های اخیر با توصیف اینشتین با یک حالت شناخته شده به نام "واقع‌گرایی محلی" مخالف است.

وی افزود: ما نشان دادیم که دیدگاه اینشتین از واقع‌گرایی محلی، که در آن همه ذرات بعد از بر هم‌کنش، حتی با وجود چندین سال نوری فاصله، بازهم خواصشان باهم تغییر می‌کند و انتقال با سرعت بیشتر از سرعت نور ممکن نیست، نمی‌تواند درست باشد. حداقل یکی از این موارد نباید درست باشد.

این مشاهدات، احتمال دو سناریوی پیچیده ذهنی را سبب می‌شود؛ یا نحوه مشاهدات ما از جهان در واقع آن را تغییر می‌دهد، یا ذرات به نحوی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند که ما نمی‌توانیم آن را ببینیم یا حس کنیم. یا احتمالا هر دو.

پدیده گره‌خوردگی یا برهم‌نهی کوانتومی می‌گوید برخی ذرات مثل ذرات فوتون‌ها و الکترون‌ها می‌توانند یک بار با هم تقابل کنند و روی هم اثر متقابل بگذارند، ولی همچنان حتی پس از جدایی، کیفیت و ویژگی‌هایی مثل چرخش و اسپین و قطبیدگی و ... مشترکی دارند، حتی اگر هزاران سال نوری از هم فاصله بگیرند. جالب است بدانید با تغییر یکی، دیگری نیز دچار تغییراتی می‌شود.

اینجاست که مرز‌های کلاسیک شکسته می‌شود.

اینشتین به این پدیده کوانتومی "عمل شبح‌وار" می‌گفت که نظر اینشتین را حوالی سال‌های ۱۹۳۵ جلب کرد. البته با این که اینشتین یکی از بنیانگذاران فیزیک کوانتومی بود، ولی هرگز کنش‌های بین ذرات کوانتومی را نمی‌توانست قبول کند. به خاطر همین مقاله‌ای مشترک با دو همکار دیگرش به نام روزن و پودولسکی داد که این نظریه با نام هر سه آن‌ها مشهور شد.

در این مقاله ضمن این که گفتند در نظریات کوانتومی مشکلاتی وجود دارد، این ایده را مطرح کردند که متغیر‌های پنهانی حلال مشکلات است.

ظاهرا یکی از مهمترین علل مخالفت اینشتین با پدیده در هم‌تنیدگی کوانتومی این بود که نسبیت خاص را زیر سوال می‌برد. چون طبق نسبیت اعتقاد بر این بود که اطلاعات بیش از سرعت نور نمی‌توانند منتقل شوند.

در سال ۱۹۶۴ "جان بل" در آزمایشگاه خود یک رابطه ریاضی کشف کرد که به "نامساوی بل" مشهور شد و می‌توانست نظریات متغیر‌های پنهانی اینشتین و همچنین نظریه کوانتومی را آزمایش کند. اگر
نقض نامساوی بل در آزمایشاتش دیده می‌شد یعنی نظریه کوانتومی پیروز بود. اما این مساله تا دهه هشتاد میلادی طول کشید.

دو فیزیکدان به نام‌های "استوارت فریدمن" و "جان کلاورز" در دانشگاه برکلی آمریکا موفق شدند با اندازه‌گیری قطبش فوتون‌هایی که قبلا با یکدیگر برهم‌کنش داشته‌اند، نقض نامساوی بل و در نتیجه وجود پدیده اسرارآمیز درهم‌تنیدگی کوانتومی را برای اولین بار به طور تجربی مشاهده کنند.

سال ۸۲ میلادی نیز یک فرانسوی به نام "الن اسپک" با افزایش دقت دوباره، پدیده درهم‌تنیدگی را تست کرد و پیروز شد.

سال ۲۰۰۸ نیز در دانشگاه ژنو این مساله مجدد آزمایش شد و نشان داده شد که سرعت انتقال اطلاعات به بیش از ۱۰ هزار برابر سرعت نور می‌رسد.

برای انجام آزمایشات بل، فیزیکدانان از اندازه‌گیری‌های تصادفی انتخاب شده مانند قطبی شدن دو ذره درهم، مانند فوتون‌ها که در مکان‌های مختلف وجود دارند، مقایسه می‌کنند. اگر یک فوتون در یک جهت (به عنوان مثال بالا) قطبی شده باشد، دیگری تنها درصد مشخصی از زمان به سمت طرفین خواهد رفت.

اگر تعداد دفعاتی که اندازه‌گیری‌های ذره‌ای یکدیگر را تکرار و تایید می‌کنند بالاتر از میزان مشخصی باشد، بدون در نظر گرفتن ماهیت ذرات و یا مرتبه‌ای که در آن اندازه‌گیری‌ها انتخاب شده است، نشان می‌دهد که ذرات جدا شده حالت خود را در همان لحظه‌ای که اندازه‌گیری می‌شوند، "انتخاب" می‌کنند.

این موضوع نشان می‌دهد که ذرات می‌توانند بلافاصله با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. یا به اصطلاح همان عمل شبح‌وار در یک فاصله که اینشتین را بسیار ناراحت کرده بود.

این واکنش‌های هماهنگ شده در نتیجه با مفهوم وجود مستقل مخالف است؛ دیدگاهی که پایه و اساس اصل واقع‌گرایی محلی را بر پایه قوانین مکانیک کلاسیک شکل می‌دهد. اما آزمایش‌ها نشان داد که ذرات گره‌خورده حالت‌های همبسته را نشان می‌دهند. موضوعی که نشان می‌دهد رفتار ذرات جهان واقعا شبح‌وار است و اینشتین اشتباه می‌کرده است.

با این حال، آزمایش‌های بل نیازمند انتخاب اندازه‌گیری به صورت واقعا تصادفی است و این سخت است. زیرا از آنجا که عوامل ناشناخته می‌تواند انتخاب محققان را تحت تاثیر قرار دهد، حتی تولید داده‌های تصادفی کامپیوتر نیز به طور کامل تصادفی نیست.

دانشمندان گزارش دادند این یک نقص در آزمایش‌های بل است که به عنوان "گسست آزادی انتخاب" شناخته می‌شود.

هر یک از آزمایشگاه‌ها، آزمایش‌های مختلف را با استفاده از ذرات مختلف از جمله اتم‌های تک، گروه‌های اتمی، فوتون‌ها و دستگاه‌های ابررسانا انجام دادند و نتایج آن‌ها اختلاف شدیدی با واقع‌گرایی محلی نشان می‌دهد.

این آزمایش‌ها همچنین یک شباهت جذاب بین انسان و ذرات کوانتومی را در رابطه با تصادف و اراده آزاد نشان داد. "میچل" توضیح داد که اگر آزمایش‌های بل براساس اندازه‌گیری‌های تصادفی واقعی متاثر از انسان و نه متاثر از خود ذرات گره‌خورده انجام شود، آن زمان رفتار‌های انسان و ذرات نیز به طور تصادفی بود.

وی افزود: اگر ما آزاد باشیم، ذرات نیز چنین هستند.