کوی دانش - kooy

سیر کردن به صورت تصادفی، حدی را برای اصل سوپرپوزیشنِ کوانتومی قرار می دهد

سیر کردن به صورت تصادفی، حدی را برای اصل سوپرپوزیشنِ کوانتومی قرار می دهد
14 اسفند
16:00 1393
آیا حدی در میزان بزرگی یک سوپرپوزیشنِ (1) کوانتومی وجود دارد و یا اینکه آیا موجودات بزرگی از قبیل انسان یا جانورانی مانند گربه نیز می توانند در یک سوپرپوزیشن از حالت های کوانتومی وجود داشته باشند؟ به نظر می رسد که تجربیات روزمره ما این را نشان می دهد که اشیاء بزرگ از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی نمی کنند و گفته می شود که این اشیاء رفتار کلاسیک دارند. مطلب یاد شده این موضوع را مطرح می کند که مرزی بنیادین بین جهان کوانتوم و جهان کلاسیک وجود دارد.

سیر کردن بر کناره کوانتوم: اتم سزیم در یک سوپرپوزیشن

پژوهشگران آلمانی برای اینکه تلاش کنند و به طور دقیق کشف کنند که واقعاً این مرز در کجا قرار دارد، حرکت یک اتم بزرگ را در یک شبکه نوری (2) دنبال کرده اند. آنها متوجه شدند که اتم در یک مسیر غیرکلاسیک حرکت می کند و به عنوان یک سوپرپوزیشن کوانتومی رفتار می کند که "در هر زمان معینی" بیش از یک مکان را اشغال می کند.

شرایط مرزی

کاوش درباره شرایط مرزیِ کلاسیکی- کوانتومی، به تازگی مورد توجه فراوان فیزیک دانان قرار گرفته است. آنها به کمک آزمایش های گوناگون تلاش دارند تا این مسئله را حل کنند که چنین مرزی در کجا ممکنست قرار داشته باشد. در واقع در چند سال گذشته فیزیک دانان، بزرگ ترین اشیایی را که توانسته اند، در حالت های سوپرپوزیشن کوانتومی قرار داده اند. اغلب، آزمایش های تداخلی وجود دارند که بوسیله آنها مولکول های بزرگ از طریق یک شکاف دوتایی فرستاده می شوند و سبب می شود که آنها با خودشان تداخل داشته باشند.

ولی در سال 1985، Anthony Leggett و Anupam Garg یک روش کاملاً متفاوت جستجو را به کار بستند. این روش با ایجاد نظریه ای بود که "ماکرو رآلیسم" نامیده می شود. آنها به جای اینکه نشان دهند نظریه کوانتوم به قوت خود باقی است، این هدف را در پیش گرفتند که ثابت کنند هر موضوعی که جدا از توصیف کوانتوم می باشد، با مشاهدات تجربی ناسازگار است. نظریه پردازان در تقابل آشکار با نظریه کوانتوم فرض کردند که در جهان بینی ماکروسکوپیکِ رآلیسم، اشیاء بزرگ باید در هر زمان معینی در یک حالت ماکروسکوپی باشند که امکان سوپرپوزیشن یا نامعلوم بودن را در سیستم فراهم سازد. ماکرو رآلیسم دو معیار اصلی دارد: یکی آنکه سوپرپوزیشنِ ماکروسکوپیک مجاز نیست و دیگر آنکه اندازه گیری سیستم بدون آنکه به هیچ صورتی بر روی سیستم تأثیر نگذاریم، امکان پذیر است. این به آن معنی می باشد که شما همیشه می توانید موقعیت یک شیء بزرگ را اندازه گیری کنید بدون آنکه در آن آشفتگی ایجاد کنید.

اگر ماکرو رآلیسم درست باشد، تکرار اندازه گیری های یک سیستمِ ماکروسکوپیکِ تکی در زمان های گوناگون، تنها از نظر آماری با یک درجه معین ارتباط دارد و این نامساویِ Leggett–Garg (LG) را به دست می دهد. آنگاه هدف عبارت خواهد بود از نقض کردن این نامساوی با شواهد تجربی. این شبیه به نامساوی های Bell است که به کار گرفته می شود تا نشان دهند اثر کوانتومی اصلی دیگری که entanglement (3) نامیده می شود، در واقع ناممکن است. تفاوت اینست که برای نامساوی های Bell، اندازه گیری ها در نقاط گوناگونی از فضا انجام می شود، درحالی که برای نامساوی LG، آزمایش ها در زمان های گوناگونی انجام می شوند. درخلال سال ها، آزمایش هایی در مورد فوتون ها، اسپین های هسته ای و مدارهای اَبَر رسانا انجام شده است تا بتوان نامساوی LG را نقض کرد.

راه رفتن بر روی خط

Andrea Alberti در دانشگاه بن در کشور آلمان می گوید: «طبق نظریه ماکرو رآلیسم، شیء همیشه در یک مسیر خاص حرکت می کند که این مستقل از مشاهده ما است». او توضیح می دهد: «چالشی که وجود داشت، ایجاد یک طرح اندازه گیری برای وضعیت اتم ها بود که امکان باطل کردن نظریات ماکرو رآلیستیک را فراهم می سازد». Alberti به همراه Carsten Robens در دانشگاه بن و نیز همکارانش در بریتانیا، نامساوی LG را با بزرگ ترین اشیاء کوانتوم که تاکنون بوده است، نقض کرده اند. تیم مربوطه، سیرِ تصادفیِ کوانتومیِ یک اتم سزیم را در یک شبکه نوری مشاهده کرد و از یک نوع خاص از اندازه گیری "غیر تهاجمی" استفاده کرد که محکم ترین نقضِ نامعادله را به دست می دهد.

یک ذره در یک سیرِ تصادفی کوانتومی، در یک رفتار کاملاً مغایر با همتای کلاسیکی خودش، به طور همزمان در هر دو جهت حرکت می کند (یک "سوپرپوزیشنِ همدوس" مربوط به راست و چپ). تصور می شود که ذره درخلال مراحلی بسیار، در خلال مکان های زیادی، از مسیر خودش کنار می رود و یا مبهم (blurred) می شود. پیش از این، پژوهشگران، سیرِ تصادفی کوانتومی مربوط به یک اتم سزیم را دیده اند. در این کار مطالعاتی جدید، اتم به همراه یکی از دو موج نوری مربوطه حرکت می کند، این موجی است که پلاریزاسیون هایِ میدان الکتریکی آن متضاد است. همراه با حرکت اتم، موقعیت آن در زمان های گوناگون سنجیده می شود، هدف اینست که ارتباط بین موقعیت هایی سنجیده شود که موقتاً جدا از هم می باشند.

برای انجام این موضوع، تیم مربوطه کار را با قرار دادن اتم در یک سوپرپوزیشن از حالت های اسپین فوق ظریف آغاز می کند (این کار مطابق است با قرار گرفتن در هر دو موج به صورت همزمان). سپس دو طول موج نوری به کار می روند تا به سرعت و یکی پس از دیگری حرکت کنند و این سبب می شود که اتم در مکان های ناخواسته ای قرار گیرد و یا در فاصله ای تا حدود 2 µm قرار گیرد (این سیر کردن کوانتوم است). سپس اتم به صورت نوری برانگیخته می شود و فلوئورسانس متعاقب آن، موقعیت نهائی آن را آشکار می سازد.

گربه ای وجود دارد یا وجود ندارد؟

در خلال آزمایش، پژوهشگران سه اندازه گیری پیاپی انجام می دهند. نخستین و سومین اندازه گیری، شناخته شده هستند (آنها می دانند که اتم سیرِ خودش را از کجا آغاز می کند و مسبّبِ فلوئورسانس است)، آنها موقعیت نهائی را می دانند. اندازه گیری های میانی که حالت داخلی اسپینِ اتم را تعیین می کنند، به صورت غیر تهاجمی انجام می شوند (اگر اتم در یک حالت باشد)، که می توان آن را چرخش نامید و بعداً ذکر می شود، بلکه موردی برای آزمایش انجام نمی شود. اگر در عوض در حالت چرخش کاهشی (spin down) باشد، به زمان یا فضای دور دست منتقل می شود (far off)، به گونه ای که چرخش بیشتر آن تا زمانی که اندازه گیری موقعیت نهائی آن انجام می شود، احتمالاً نتواند بر چرخش ذره ای که توزیع نشده است، تأثیر بگذارد. آنگاه اگر هنگامی که اندازه گیری نهائی فلوئورسانس انجام می شود، اتم نتواند نور تولید کند، خواهیم دانست که اتم در حالت چرخش کاهشی بوده است و بنابر این طرد می شود.

پروتکل اندازه گیری گربه پنهان شده

یک راه ساده برای تجسم این چیدمان آنست که یک بازی "حدس بزن" را تجسم کنید که طی آن شما دو ظرف دارید که زیر یکی از آنها گربه ای وجود دارد. اگر برداشتن درب یکی از ظرف ها معلوم کند که ظرف خالی است، می توانیم این گونه بپنداریم که گربه ظرف دوم را ترک نکرده است (این مترادف است با حالت دور گرفتن (spin-up)). هر نتیجه مربوط به اندازه گیری در جایی که گربه در درون ظرف دیده شده است (مثلاً حالت از دور ایستادن (spin-down))، به کنار گذاشته می شود و یا "مطرود می شود".

پژوهشگران با انجام تکنیک اندازه گیری "نتیجه پوچ" توانستند موقعیت اتم را تعیین کنند بدون آنکه مستقیماً با آن در تعامل باشند. آنها با تکرار این آزمایش به دفعات زیاد، و دیدن اینکه کِی فلوئورسانس آشکار می شود، می توانند بگویند که اتم در کدام موج بوده است (و در نتیجه می توانند موقعیت آن را بیان کنند) و نیز آنکه اتم به هیچ روی دچار اختلال و آشفتگی نشده است. اگر ماکرو رآلیسم درست باشد، اندازه گیری پوچ بر نتیجه اندازه گیری نهائی فلوئورسانس تأثیر نمی گذارد و مقدار کل ارتباط موقعیت اتم در زمان را می توان به صورت کلاسیک توضیح داد (ولی موضوع این نیست. در واقع، محو شدن (blurring) که در سیرِ کوانتوم رخ می دهد، نسبت به آنکه تحت ماکرو رئالیسم ممکن است، منجر به ارتباط کلی قوی تری می شود. این موضوع که به صورت ریاضی از طریق نقض نامساوی LG ثابت می شود، به روشنی نشان می دهد که ماکرو رئالیسم نمی تواند برای اتم سزیم به کار گرفته شود).

Rainer Kaltenbaek که از "بنیاد کوانتوم" و "گروه اطلاعات مربوط به کوانتوم" وابسته به دانشگاه وین در اتریش می باشد، (و در کار مطالعاتی حاضر دخیل نبود)، متوجه شد که این کار جالبی است. او خاطرنشان می سازد در حین آنکه سوپرپوزیشن های ایجاد شده توسط تیم چندان بزرگ نبوده اند (در مقایسه با سایر تجربیات مشابه)، ولی سوپرپوزیشن های نسبتاً بزرگی در مقیاس 2 µm هستند. ممکنست این مقدار بسیار کوچک بنظر برسد، ولی در مقایسه با موی انسان که حدود 75 µm ضخامت دارد و بیشتر باکتری ها که ابعادی حدود 3 µm دارند، مقدار چندان کوچکی بشمار نمی آید. Kaltenbaek همچنین به این موضوع اشاره می کند که «فیزیکِ کوانتوم، "اندازه گیری پوچ" را به عنوان موضوعی واقعاً غیر تهاجمی درک نمی کند. این اندازه گیری تنها از دیدگاه واقع بینانه است که غیر تهاجمی می باشد». او به این صورت ادامه می دهد: «مؤلفین در نتیجه گیری هایی که دارند این را بیان می کنند که اگر شخص اهمیتی قائل نشود، می تواند همچنان به یک تصویر واقع بینانه بچسبد، مکانیسم Bohamian نمونه ای از این موضوع است. البته این موضوع هزینه ای به همراه دارد، به محض آنکه شخص اندیشیدن درباره نسبیت را آغاز می کند، و این در جایی است که اثرات مربوط به "بی مکان بودن" و "همزمان بودن" به اندازه فیزیکِ نسبیت خوب کار نمی کنند و بی درنگ شخص به سوی مشکلات نیز گام برمی دارد».

به نظر می رسد که نتایج آزمایشِ Alberti نهایت تلاش را داشته است تا اطمینان کافی به دست آید که یک اتم سزیم از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی می کند و اینکه ماکرو رآلیسم به کار نمی رود. در آینده، آزمایش های مشابه حتی با جرم های بزرگ تر و زمان های طولانی تر برای سوپرپوزیشن، کمک خواهد کرد که یا مرز ذاتیِ بین جهان کوانتوم و جهان کلاسیک باریک تر شود و یا اینکه به طور کلی این مرز به کنار گذاشته شود و پایه های یک نظریه پیشرفته ترِ کوانتومی بنا گذاشته شود.

این کار مطالعاتی در نشریه Physical Review X منتشر شده است.

.................................................................................................................................................

(1) سوپرپوزیشن (superposition)، یک اصل مربوط به نظریه کوانتوم است که مفهوم چالش برانگیزِ ماهیت و رفتار ماده و نیروها را در سطح زیر اتمی شرح می دهد.

(2) شبکه نوری با دخالت پرتوهای لیزریِ شمارنده انتشار شکل می گیرد که یک الگوی پلاریزاسیون پریودیک را ایجاد می کند.

(3) Quantum entanglement یک پدیده فیزیکی می باشد و هنگامی رخ می دهد که جفت ها یا گروه هایی از ذرات، ایجاد می شوند و یا به روش هایی مورد تعامل قرار می گیرند، به گونه ای که حالت کوانتومی هر ذره را نمی توان جداگانه شرح داد. در واقع حالت کوانتومی برای یک سیستم به عنوان یک کلیت مطرح است.

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

ابراهیم یگانه

ابراهیم یگانه

با درودهای گرم به همه.

 

*  تحصيلات: لیسانس الكترونيك

*  تاریخ تولد: 1342

*  سابقه کار ترجمه (به جز سایت کوی دانش): همکاری با دارالترجمه ها، شرکت ها و اعضاء هیئت علمی دانشگاه ها و دانشجویان مقاطع تحصیلی مختلف، ترجمه چندین سایت (سایت آمریکایی سرطان، ...)

*  پیشینه شغلی در سایر زمینه ها: مهندس بازنشسته ایران خودرو با تجربه علمی و عملی در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی (برق، آب، گاز، هوای فشرده) در صنایع و در محیط های خانگی.

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

شاید باور این موضوع برای افرادی که همیشه با ریاضیات مشکل داشتند سخت باشد که مغز انسان بدون اینکه خودِ فرد متوجه باشد بصورت دائمی مشغول انجام حجم گسترده ای از انواع محاسبات است و اتفاقاً اینکار را بسیار خوب هم انجام می دهد. شاهد این مدعا از دانشگاه پرینستون رسیده است. در یک مطالعه جدید محققان این دانشگاه نشان دادند که چگونه مغز ما انسانها، تمامی داده های بدست آمده از محیط اطراف را که توسط حواس مختلف جمع آوری شده است ترکیب می کند تا به یک ارزیابی نهایی از وضعیت برسد که به اخذ تصمیم ها و نوع رفتارهای ما منجر می شود. این موضوع به اینجا هم ختم نمی شود و اگر در طی این فرآیند داده های جدیدی وارد شوند، مغز انسان با انعطاف پذیری حیرت انگیزی آنها را در محاسبات خود وارد کرده و حتی نتیجه محاسبات را تغییر می دهد. برای بررسی بیشتر این موضوع با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

یک پروفسور، یک محقق فوق دکترا و یک دانشجوی ارشد بر روی ترامپولین (تشک پرش) پریدند! جمله فوق یک مزاح نیست بلکه آغازی برای توضیح تحقیقات جدید بر روی ماده شگفت انگیز گرافن است. گروهی به سرپرستی روبرتو د آلبا، دانشجوی ارشد فیزیک و Jeevak Parpia پروفسور و رئیس دپارتمان فیزیک، مقاله ای در Nature Nanotechnology راجع به کاربردهای دیگر برای این ماده روان، بسیار قوی و بسیار سبک منتشر کرده اند. در این تحقیق قابلیت استفاده از «تنش گرافن» بعنوان نوعی واسطه بین حالت های ارتعاشی که اجازه انتقال مستقیم انرژی از یک فرکانس به فرکانس دیگر را می دهد، نمایش داده شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

وجود آثار و بقایای نئاندرتال ها در مناطقی که در بالای عرض 50 درجه شمالی قرار داشته باشند بسیار کم است و تا کنون نیز فقط در دو نقطه این شواهد بدست آمده است. یکی در منطقه فلدهافر آلمان و دیگری در اسپای بلژیک. مطالعه جدیدی که توسط دکتر هلن راجیر با همکاری آسیر گومژ اولیوینسا از UPV/EHU انجام گرفت باعث کشف بیشترین تعدادِ بقایای کشف شده از نئاندرتال ها در مناطق شمالی اروپا شد. در این مجموعه 5 تایی، بقایای اسکلتی 4 نوجوان (بالغ) و یک کودک به چشم می خورد که در منطقه Troisième caverne در گویت بلژیک کشف شده اند.

مطالعه متن کامل
تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

محققانی از دانشگاه تگزاس در آوستین توانستند محدودیتهای اساسی بر سر عملکرد «شنل نامرئی کننده» را تعیین کنند. این شنل یک فناوری است که اجازه نامرئی شدن ویا تشخیص داده نشدن را به جسمِ درونش در برابر امواج رادیویی، امواج مایکروویو، نور مادون قرمز و نور مرئی می دهد. نظریه محققان تاکید می کند که استفاده از شنل برای پنهان کردن شیء درونش در مقابل یک موج خاص قابل انجام است لیکن پنهان کردن آن در برابر یک محیط پرنور (چراغانی) با طول موجهای مختلف بسیار سخت تر می شود که در این حالت تغییر اندازه شیء باعث تغییر فاکتورها و مشکلات بیشتر هم خواهد شد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

بیش از نود درصد از انواع گونه های پستانداران در دوره کرتاسه (66 میلیون سال پیش) توسط همان دلایلی که دایناسورها را ازبین برد، از بین رفتند. این میزان بسیار بیشتر از آن بود که پیش از این تصور می شد. مطالعه ای که توسط محققان مرکز میلنر در دانشگاه بَث انجام شد و در نشریه Evolutionary Biology نیز منتشر گردید، مطرح می کند که همه انواع شناخته شده پستانداران که در انتهای دوره کرتاسه در آمریکای شمالی می زیسته اند، از بین رفته اند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که این میزان معادل 93 درصد از انواع موجود در این دوره بوده است. این مطالعه همچنین بیان می کند که این انقراض، بسیار سریعتر از آنچه تصور می شد انجام گرفته است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
نکته‌ی سلامتی: چاقی در دوران کودکی بر سلامت استخوان‌ها، عضلات و مفاصل اثر می‌گذارد.

نکته‌ی سلامتی: چاقی در دوران کودکی بر سلامت استخوان‌ها، عضلات و مفاصل اثر می‌گذارد.

وزنِ بیش از حد موجبِ بروز مشکلات متعددی در کودکان می‌شود که بر سلامت استخوان‌ها، عضلات و مفاصل تأثیر می‌گذارد. برای اطلاع از عوارض بالقوه چاقی با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
نشانه های بیماری هپاتیت، درمان و راه های پیشگیری از آن

نشانه های بیماری هپاتیت، درمان و راه های پیشگیری از آن

هپاتیت، التهاب کبد است. اگرچه خود هپاتیت می تواند نشانه بسیاری از بیماری ها باشد، ازجمله بیماری های عفونی "خود- ایمنی" که اغلب بوسیله یک عفونت ویروسی ایجاد می شود. autoimmune یا بیماری "خود- ایمنی"، یک نوع بیماری است که توسط پادتن ها یا لنفوسیت هایی ایجاد می شود که خود آنها معمولاً عامل پیشگیری از بیماری ها هستند.

مطالعه متن کامل
سامو (SAMOO) دفاتر مرکزی IBS را به همراه خیابانی به شکل دایره که ساختمان‌ها را احاطه کرده  است در کره ساخته است.

سامو (SAMOO) دفاتر مرکزی IBS را به همراه خیابانی به شکل دایره که ساختمان‌ها را احاطه کرده است در کره ساخته است.

دفتر معماری کره‌ای سامو SAMOO برای تکمیل مرحله اول طرح توسعه بزرگی در دایجیون Daejeon انتخاب شده است. این مکان قرار است مرکز جهانی تحقیقات علمی شود. نقشه اصلی که دفاتر مرکزی را شامل می‌شود، به پیاده‌ روی بزرگی وصل می‌شود که مانند حلقه‌ای به دور ساختمان‌های اصلی کشیده می‌شود.

مطالعه متن کامل
انتشار نیازمندی‌های سیستمی هدست واقعیت مجازی Oculus

انتشار نیازمندی‌های سیستمی هدست واقعیت مجازی Oculus

سخت افزار نسخه دموی Oculus VR تا به اینجا بسیار قدرتمند بوده و دلیل خوبی هم برای استفاده از چنین سخت افزار قدرتمندی وجود دارد. با نیاز به رندر دوبله یک صحنه (بر هر چشم) به همراه نگهداری زمان تأخیر در پایین ترین حد ممکن، Oculus و تولید کنندگان بازی به طور مشابه شانسی در بحث عملکرد نداشته‌اند و همیشه مطمئن بوده‌اند که باید بیش از پیش برای بکار گیری آن کار کنند. از زمان اولین پردازنده گرافیکی Rift، عملکرد کمی بهتر شده ولی رندر سریع یک صحنه سه بعدی هنوز هم کار مشکلی است.

مطالعه متن کامل
سفینه مدارگرد مسنجر در عطارد نشانه هایی از بارش های شهابی پیدا می کند

سفینه مدارگرد مسنجر در عطارد نشانه هایی از بارش های شهابی پیدا می کند

اگر در یک شب تابستانی که آسمان صاف است به آسمان بنگرید، منظره عجیبی را خواهید دید که به نظر می رسد بارشی از شهاب سنگ باشد که از عبور یک ستاره دنباله دار برجای مانده است. ولی چنین بارش هایی برای سیاره ما عجیب نیست. سفینه مدار گرد ناسا بنام "فضا پیمای سطح عطارد و فضا" (با نام اختصاری مسنجر) مدرکی را پیدا کرده است مبنی بر اینکه سیاره عطارد نیز به مانند سیاره زمین، زیر سلطه همان نوع بارش های دوره ای از شهاب سنگ می باشد، تنها با این تفاوت که این بارش شهابی به جای آنکه مانند زمین، نمود روشن و درخشانی داشته باشد، افزایشی ناگهانی را در میزان کلسیم لایه بیرونی جو عطارد سبب می شود.

مطالعه متن کامل