کبوترهای متناقض؛ تازه‌ترین معمای کوانتومی 

بعد از گربه‌ی شرودینگر، اکنون گروهی بین‌المللی از پژوهشگران تناقض جدیدی منسوب به حیوانات با نام "کبوترهای کوانتومی" را مطرح کرده‌اند.

حدود یک قرن است که دانشجویان درصدد درک مفاهیم ضدشهودی فیزیک کوانتوم هستند. شاید معروف‌ترین پارادکس گربه‌ی شرودینگر باشد که به موجب آن یک گربه در یک زمان هم مرده و هم زنده است و این واقعیت را بیان می‌کند که یک ذره می‌تواند به طور همزمان در دو حالت کوانتومی وجود داشته باشد.

اکنون گروهی بین‌المللی از پژوهشگران یک سناریوی به همان اندازه عجیب‌ و‌ غریب ملقب به "اثر لانه‌کبوتر کوانتومی" را ارائه کرده‌اند. این تناقض با مشاهده همراه است به این صورت که سه کبوتر را در دو لانه‌ی کبوتر جای می‌دهید. به این ترتیب همیشه حداقل دو کبوتر در یک لانه وجود خواهند داشت؛ اما مطابق با تجزیه‌و‌تحلیل کوانتومی ممکن است هیچ کدام از کبوترها لانه‌ای را به اشتراک نگذارند.

فیزیک کلاسیک قطعی است. بدان معنا که اندازه‌گیری حالت اولیه‌ی یک سیستم به شما هرآنچه را که برای اندازه‌گیری حالت پایانی لازم باشد، می‌گوید. اما در سال 1964 یکی از پژوهشگران اسرائیلی دریافت که در مکانیک کوانتومی انتخاب حالت اولیه و پایانی می‌تواند به گونه‌ای باشد که کاملاً مستقلاز یکدیگر قرار داشته باشند.

اکنون گروهی از پژوهشگران تلاش کرده‌اند تا با استفاده از این موضوع و سایر مفاهیم مکانیک کوانتومی اثر لانه‌کبوتر کوانتومی را به عنوان اصل موضوع مطرح کنند. آن‌ها فرض کردند که این اثر هنگامی پدید می‌آید که یک ناظر هنگام تلاش برای قرار دادن دو ذره در سه جعبه زنجیره‌ای از اندازه‌گیری‌ها را انجام دهد.

در ابتدا یک سنجش اولیه‌ی "پیش‌انتخاب" از مکان ذرات انجام می‌گیرد. سپس می‌توان یک سنجش میانی انجام داد تا بررسی شود که آیا دو ذره یک جعبه را به اشتراک گذاشته‌اند. سرانجام یک "سنجش پس از انتخاب" از مکان‌ها انجام می‌گیرد. می‌توانید اندازه‌گیری‌های ابتدایی و نهایی را به گونه‌ای انجام دهید که کاملاً مستقل از یکدیگر باشند. در گام میانی می‌توانید آنچه را که اندازه‌گیری ضعیف نامیده می‌شود انجام دهید تا بطور همزمان مکان هر سه ذره را ببینید. و هنگامی که این کار صورت می‌گیرد، درمی‌یابید که هیچ دو ذره‌ای جعبه‌ای را به اشتراک نگذاشته‌اند.

تفاوت لانه‌کبوتر کوانتومی با پارادکس انیشتین-پودلسکی-روزن(پارادوکس EPR) در اینجاست که سه ذره می‌توانند ابتدا هیچ ارتباطی با یکدیگر نداشته باشند و با قرار گرفتن در دو جعبه است که وادار به برهمکنش با یکدیگر می‌شوند. در مرحله‌ی میانی همبستگی آن‌ها بسیار قویتر از آنی است که از لحاظ کلاسیکی امکانپذیر می‌باشد و در مرحله‌ی پایانی هیچ همبستگی وجود ندارد.

برای بررسی نتایج، آزمایشی پیشنهاد شده است به این صورت که سه الکترون از میان یک تداخل‌سنج عبور داده می‌شوند. و آن اساساً یک شکافنده‌ی پرتو است که دو مسیر متفاوت برای سه الکترون ایجاد می‌کند و در نهایت دوباره بهم می‌رسند. چون تنها دو مسیر وجود دارد، انتظار آن است که حداقل دو الکترون یک مسیر مشترک داشته باشند. بنابراین به دلیل نزدیکی به یکدیگر و بار الکتریکی همنام باید از مسیر کمی منحرف شوند. این انحراف هنگامی که دو مسیر دوباره یکی شوند، توسط پژوهشگران قابل آشکارسازی است. اما بنا به گفته‌ی آنان چون الکترون‌ها مسیر یکسانی را انتخاب نمی‌کنند، چنین انحرافی مشاهده نمی‌شود.

این پژوهش در arXiv موجود است.

منبع: Paradoxical pigeons are the latest quantum conundrum

نقل از انجمن فیزیک ایران

عطف به عتف - نگاهی به پژوهش و ISI در ایران

امید عمومی - نامه به ریاست جمهوری

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات