آخرین خبرها

همه آن چیزی که درباره کوانتوم و فیزیک کونتوامی باید بدانیم؟/ آزمایش در سرزمین عجایب

سایت بدون – ریچارد فاینمن، فیزیکدان شهیر و از برندگان جایزه نوبل فیزیک می‌گوید: «فکر می‌کنم خطری نداشته باشد که بگوییم هیچ‌کس مکانیک کوانتومی را درک نمی‌کند. دائم از خود نپرسید آیا ممکن است بتوانید از (فهم) آن فرار کنید یا اینکه چطور چنین چیزی ممکن است‌ چون با این کار ، وارد کوچه بن‌بستی خواهید شد که هنوز کسی از آن خارج نشده است.» شاید برای شما هم پیش آمده باشد که وقتی مطلبی درباره فیزیک کوانتوم می‌خوانید یا می‌شنوید این حس را پیدا کنید که چرا متوجه منظورش نمی‌شوم؟‌

اگر این‌طور است بدانید که شما تنها نیستید. واقعیت این است که بین ریاضیات و تصاویر ذهنی ما از واقعیت فاصله‌ای وجود دارد که در فیزیک کلاسیک اصلا حس نمی‌شود زیرا به معانی و مفاهیم ملموس و رایج در زندگی نزدیک است. مثلا رابطه ریاضی که غلتیدن یک جسم روی سطح شیبدار را توصیف می‌کند بسیار قابل‌فهم‌تر از روابط ریاضی است که دنیای درون اتم‌ها را توصیف می‌کند. به همین‌دلیل ویژگی مکانیک کوانتومی نیاز به تفسیرهای مختلف دارد و حتی فلسفه جداگانه‌ای برایش شکل گرفته است. در حالی که افتادن یک جسم از بلندی که فیزیک کلاسیک به آن می پردازد به تحلیل فلسفی نیاز ندارد.

۱۴آوریل برابر با ۲۵فروردین۱۴۰۱ به نام «روز جهانی کوانتوم» نامگذاری شده و این روز ابتکاری است از سوی دانشمندان فیزیک کوانتوم در ۶۵کشور جهان با این هدف که دانش کوانتومی با معنای واقعی‌اش بین مردم شناخته شود و نه مفاهیم شبه‌علمی و غیرواقعی. برگزاری همایش دانشگاهی و دورهمی‌های عمومی در این روز می‌تواند کمک کند تا رفتارهای طبیعت را در بنیادی‌ترین سطح بشناسیم، با فناوری‌های مدرنی که در سال‌های آینده زندگی‌مان را تحت‌تاثیر قرار می‌دهند آشنا شویم و از همه مهم‌تر این که درک کنیم این فناوری‌ها چه تاثیراتی بر زندگی‌مان خواهند داشت و پیش از آن که به ما برسند چطور می‌توانیم اطلاعات و شناخت خود را درباره‌ آنها ارتقا دهیم؟ در این برنامه‌جهانی معلم‌ها، کارآفرین‌ها، دانشمندان و سازمان‌هایی که با این علم در ارتباطند به همکاری جهانی در این برنامه دعوت می‌شوند.کوانتوم، موفق‌ترین نظریه‌ای است که امروز در دست داریم تا با کمک آن طبیعت را در سطح ذرات بنیادی و نیروهای بنیادی بین آنها توصیف کنیم و دریابیم چطور این ذرات و نیروها ساختار کیهان ما را تشکیل داده‌اند. کلمه کوانتوم به معنای «کمترین مقدار یک کمیت» است و در فیزیک به بسته‌های انرژی گفته می‌شود که گسسته هستند یعنی مقادیر اعشاری ندارند.

یکی از جذابیت‌های این علم، آزمایش‌های ذهنی آن است؛ آزمایش‌هایی که با تصویر رایج ذهنی ما تفاوت دارند و قرار نیست شخصی برای انجامش درون یک آزمایشگاه با ابزارها و تجهیزات خاص قرار بگیرد و کار پیچیده‌ای را انجام دهد. این آزمایش‌ها درون ذهن دانشمندان و بدون‌ نیاز به اجرای آزمون مستقیم انجام می‌شود تا نتایج فرضیه یا نظریه‌ای را مورد بررسی قرار دهد.
 چرا آزمایش ذهنی؟
شاید بپرسید چنین آزمایشی که قرار است همه‌چیز را ذهنی بررسی کند چه فایده‌ای دارد؟ واقعیت این است که آزمایش‌های فکری یا ذهنی هدف متفاوتی با کارهایی که درون آزمایشگاه‌ها اتفاق می‌افتد، دارد آن هم این است که بدون نیاز به آزمایش مستقیم، نتایج بالقوه یک نظریه کشف شود یا احیانا تناقض درونی آن نشان داده شود. آزمایش‌های فکری اساسا ابزارهای تخیل هستند. آنها برای اهداف مختلفی مانند سرگرمی، آموزش، تحلیل مفهومی، کاوش، فرضیه‌سازی، انتخاب نظریه، اجرای نظریه و… استفاده می‌شوند. برخی از کاربردها بحث‌برانگیزتر از بقیه هستند. از نگاه کارل پوپر، فیلسوف بزرگ، آزمایش‌های ذهنی از سه روش می‌توانند مسیر شناخت جهان را برایمان هموار کنند. او آزمایش‌های ذهنی اکتشافی، انتقادی و دفاعی را در کتاب خود با نام «منطق اکتشاف علمی» معرفی می‌کند و می‌گوید: «آزمایش‌های ذهنی اکتشافی درپی ساختن و به تصویر کشیدن یک نظریه هستند در حالی که آزمایش‌های ذهنی انتقادی شبیه یک برهان‌خلف سعی دارند تا نظریه تثبیت‌شده را تغییر دهند و ایرادهای آن را مشخص کنند و در‌نهایت آزمایش‌های ذهنی دفاعی‌ از تئوری‌های تثبیت‌شده حمایت می‌کنند.» این آزمایش‌های ذهنی گاهی تجربی‌اند و در عالم مادی جای می‌گیرند و گاهی هم کاملا انتزاعی هستند و در دنیای پیرامون ما قابلیت اجرا ندارند؛ مثلا آزمایش‌هایی که فرض می‌کنند جسمی با سرعت نور حرکت کند با دانش فعلی بشر می‌دانیم که هیچ‌چیزی نمی‌تواند به این سرعت برسد و ناچاریم آنچه را که مربوط به سرعت نور است به شکل ذهنی مورد آزمایش و بررسی قرار دهیم.
 محدودیت‌های میکروسکوپ هایزنبرگ
میکروسکوپ هایزنبرگ یک آزمایش فکری است که ورنر هایزنبرگ پیشنهاد کرده و اساس برخی از ایده‌های رایج در مورد مکانیک کوانتومی است. او طبق محاسبات ریاضی و آزمایش‌هایی که انجام می‌داد فهمید که اندازه‌گیری همزمان مکان و سرعت حرکت ذره‌هایی مثل الکترون ممکن نیست. یعنی اگر سرعت را اندازه بگیریم دقت اندازه‌گیری مکان از دست می‌رود و اگر موقعیت مکانی را موردسنجش قرار دهیم، دقت اندازه‌گیری سرعت از دست می‌رود. به ویژه استدلالی برای اصل عدم قطعیت براساس اصول اپتیک کلاسیک ارائه می‌کند اما داستان میکروسکوپ چیست؟
میکروسکوپ‌ها به ما این امکان را می‌دهند که ذرات بسیار ریز را ببینیم اما مشکلی که دارند این است که اگر از نور مرئی برای مشاهده ذره استفاده کنیم، طول‌موج این نور بسیار بیشتر از ابعاد ذره است و تصویر ما مبهم و ناواضح خواهد بود. از طرف دیگر اگر از نوری با طول موج قابل مقایسه با ابعاد ذره‌(که بسیار کوچک است) استفاده کنیم باعث جابه‌جایی ذره می‌شود زیرا که طول موج‌های کوتاه بسیار پرانرژی هستند مثل پرتوهای گاما و دقت در اندازه‌گیری مکان ذره را از بین می‌برند.
در اولین سال‌های تفسیر مکانیک کوانتومی، نیلز بور، فیزیکدان معروف و هایزنبرگ فکر می‌کردند که عدم قطعیت نتیجه ناتوانی ما در اندازه‌گیری دقیق است، نه چیزی ذاتی در طبیعت‌ اما چند سال بعد با انواع آزمایش‌های ذهنی و عملی بالاخره مشخص شد که این مسأله واقعا به محدودیتی ذاتی در طبیعت ارتباط دارد.
 کوانتوم، کجای زندگی ماست؟
برخلاف اصطلاحات پر طمطراق و پیچیده‌ای که در فیزیک کوانتومی وجود دارد، این دانش در زندگی روزمره ما به‌شدت نفوذ کرده ‌و ممکن است خودمان به کاربردهای گسترده کوانتوم در گوشه‌گوشه زندگی آگاه نباشیم ولی هر روز بی‌آن‌که بدانیم در حال استفاده از خدمات اثرگذار کوانتوم که شاخه مهمی از فیزیک است، هستیم. ابزارهای مسیریابی که این روزها در هر گوشی هوشمندی وجود دارد و ما روزانه برای یافتن نشانی‌ها از آن استفاده می‌کنیم بر پایه محاسبات کوانتومی شکل گرفته است. ‌جی‌پی‌اس‌ یا همان «سامانه موقعیت‌یاب جهانی» که به کمک ماهواره‌ها و ساعت‌های اتمی کار می‌کند با محاسبات کوانتومی تنظیم شده است.
رایانه‌های کوانتومی که هر سال نسخه‌های جدیدتر و کامل‌تری از آنها معرفی می‌شود می‌توانند محاسبات پیچیده و مفصل را با سرعت و دقت بهتری انجام دهند. این ابزارهای خارق‌العاده می‌توانند میلیون‌ها دستور را در کسری از ثانیه نسبت به رایانه‌های معمولی اجرا کنند. آنها برای تحلیل‌های آماری، حل مسائل فیزیک نظری، حل مسائل بهینه‌سازی با متغیرهای بسیار زیاد به کار می‌روند. شاید باورش سخت باشد اما کوانتوم به علومی مثل زیست و زیر‌شاخه‌های آن هم کمک می‌کند تا دقت در اندازه‌گیری‌های مختلف این حوزه را
بالا ببرند.
برای مثال، تصویربرداری بسیار دقیق بافت‌های زیستی، ساخت سلول خورشیدی با بازده بالا و تهیه اسکنرهای کوانتومی با بهره‌گیری از مکانیک کوانتومی انجام می‌شود. خیلی از فرآیندهای بیولوژیکی مانند ردیابی مغناطیسی مهاجرت پرندگان، عملکرد آنزیم‌ها، چگونگی عملکرد حس بویایی با کوانتوم قابل‌توضیح و تفسیر می‌شود و اطلاعات دقیقی از آن به‌دست می‌آید که دستمایه پیشرفت فناوری‌های آینده این حوزه‌ها خواهد شد. رد پای کوانتوم را می‌شود در پزشکی هم پیدا کرد. با استفاده از حسگرهای کوانتومی می‌توان نقص در پروتئین‌های مولکولی پیچیده در بدن را که به اختلالات متابولیکی منجر می‌شوند، تشخیص داد. یکی از دستاوردهای مهم علم کوانتوم، توانایی مدل‌سازی مغز انسان
روی رایانه است که احتمالا در آینده
خبرهای بیشتر و جذاب‌تری درباره‌اش
خواهیم شنید.
منابع:
stanford.edu و worldquantumday.org
و www.informationphilosopher.com

برچسب‌ها: , , , ,

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شد

add_action('wp_head','telegram_seo_link'); function telegram_seo_link(){ if (is_single()) { global $post; $thumbnail = wp_get_attachment_image_src( get_post_thumbnail_id($post->ID), 'full' ); echo ' '; } }