بررسی پارادوکس بزرگ در مکانیک کوانتومی توسط فیزیکدانان

به گزارش مجله خبری نگار،تیمی از فیزیکدانان به رهبری پائولو کولچیاگی (Paolo Colciaghi) و یفان لی (Yifan Li) از دانشگاه بازل در سوئیس با استفاده از دو چگالش بوز-انیشتین در هم تنیده که هر کدام از ۷۰۰ اتم تشکیل شده است، نشان دادند: پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن (EPR) افزایش می‌یابد.

محققان می‌گویند: این یافته پیامد‌های مهمی برای مترولوژی کوانتومی دارد که به مطالعه اندازه گیری اشیا تحت نظریه کوانتومی می‌پردازد. محققان در مقاله خود می‌نویسند: نتایج ما نشان دهنده اولین مشاهده پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن با سیستم‌های چند ذره‌ای عظیم و جدا از هم فضایی است. دانشمندان دریافتند که با افزایش اندازه سیستم به بیش از هزار ذره عظیم، تضاد بین مکانیک کوانتومی و رئالیسم محلی از بین نمی‌رود.

کولچیاگی توضیح می‌دهد: یکی از ابزار‌هایی که ما برای بستن یکی از شکاف‌ها استفاده می‌کنیم، مکانیک کوانتومی است، نظریه‌ای که در اوایل قرن بیستم مطرح و توسط فیزیکدان نیلز بور برای توصیف چگونگی رفتار ماده اتمی و زیراتمی مطرح شد. در این قلمرو کوچک، فیزیک کلاسیک شکسته می‌شود چراکه قوانین قدیمی دیگر اعمال نشده و باید قوانین جدیدی وضع شود.

اما مکانیک کوانتومی خالی از ایراد نیست و در سال ۱۹۳۵، سه فیزیکدان مشهور حفره‌ای قابل توجه پیدا کردند. آلبرت انیشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن پارادوکس معروف اینشتین-پودولسکی-روزن را توصیف کردند.

هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور حرکت کند، اما با درهم تنیدگی کوانتومی، چیزی که انیشتین از آن به عنوان عمل شبح وار در فاصله یاد می‌کند، کمی مشکل ایجاد می‌شود. این همان جایی است که دو یا چند ذره به هم مرتبط می‌شوند تا خواص آن‌ها به هم مرتبط شوند. مثلاً اگر یک ذره به یک طرف بچرخد، ذره دیگر به طرف دیگر بچرخد این ذرات این پیوند را حتی در فواصل زیاد حفظ می‌کنند و چگونگی و دلیل آن مشخص نیست. دانشمندان می‌دانند که اگر خواص یک ذره را اندازه گیری کنید، می‌توانید خواص ذره دیگر را حتی در آن فاصله استنباط کنید.

با این حال، تحت مکانیک کوانتومی، ذره تا زمانی که آن را اندازه گیری نکنید، این ویژگی‌ها را نخواهد داشت و در مکانیک کوانتومی، اگر یک خاصیت ذره، مانند موقعیت آن را بدانید، نمی‌توانید خاصیت دیگری مانند تکانه آن را با قطعیت بدانید.

بنابراین، پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن پیچیده است. وقتی یک ذره را در یک سیستم درهم تنیده اندازه گیری می‌کنید، آن اندازه گیری به نحوی بر ذره دیگر تأثیر می‌گذارد، حتی اگر اندازه گیری به صورت محلی انجام نشود. بنابراین، پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن نشان می‌دهد که نظریه مکانیک کوانتومی ناقص است. این به طور کامل واقعیت کیهانی را که ما در آن زندگی می‌کنیم توصیف نمی‌کند.

محققان دو چگالش بوز-اینشتین را با استفاده از دو ابر که هر کدام از ۷۰۰ اتم روبیدیم- ۸۷ تشکیل شده بود، تولید کردند. آن‌ها این میعانات را تا ۱۰۰ میکرومتر از هم جدا کرده و خواص را اندازه گرفتند. دانشمندان دریافتند که به نظر می‌رسد خواص دو میعانات به گونه‌ای مرتبط هستند که نمی‌توان آن را به شانس تصادفی نسبت داد، که نشان دهنده پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن در مقیاسی بسیار بزرگتر از آزمایش‌های قبلی بل است.

نمایش درهم تنیدگی انیشتین-پودولسکی-روزن در ارتباط با جداسازی فضایی و آدرس‌پذیری فردی سیستم‌های درگیر، نه تنها از نقطه‌نظر اساسی مهم است، بلکه مواد لازم را برای بهره‌برداری از درهم‌تنیدگی انیشتین-پودولسکی-روزن در سیستم‌های چند ذره‌ای به عنوان یک منبع فراهم می‌کند.

شرح کامل این تحقیق در مجله تخصصی Physical Review X منتشر شده است.