انتخاب هایی در آینده با عواقبی در گذشته

به نظر می‌رسد که چنین ایده‌ای نمی‌تواند درست باشد چرا که ملتزم به تخطی از اصل ِ مهم علیت به نظر می‌آید؛ اما پژوهش‌گران می‌گویند که قوانین دنیای کوانتومی با «پنهان کردن» تاثیر انتخاب‌های آینده، درست تا وقتی‌که واقعا به وقوع پیوسته باشند، علیت را حفظ می‌کنند.

این ایده از پدیده‌ی کوانتومی‌ ِ غیرموضعی بودن، شروع شده است؛ یعنی دو یا چند ذره در حالت‌هایی درهم‌تافته‌اند، حالت هر کدام از ذرات در چنین وضعی تا زمانی که یک اندازه‌گیری روی یکی از آن‌ها انجام شود نا‌معین می‌ماند. در واقع وقتی اندازه‌گیری انجام می‌شود، حالت ذره‌ی دیگر هم، فارغ از آن‌که چه‌قدر دور باشد، ثابت می‌گردد. ابتدا آلبرت اینشتین در ۱۹۳۵، زمانی‌که پیرامون ناکاملی ِ نظریه‌ی کوانتومی بحث می‌کرد به این «کنش آنی در دوردست» اشاره کرد. آزمایش‌‌های نوین تایید کرده‌اند که این کنش آنی، واقعیت دارد؛ و هم‌اکنون کلیددار فن‌آوری‌های ِ کوانتومی ِ کاربردی، مانند محاسبات کوانتومی و بلورنگاری، می‌باشد.

آهارونوف و هم‌کارانش آزمایشی را برای یک گروه بزرگ از ذرات ِ درهم‌تافته، مطرح کرده وبحث می‌نمایند که می‌توان نشان داد، زمانی‌که اندازه‌گیری باز ‌باشد، تحت شرایطی خاص، انتخاب ِ حالت ِ ذرات برای اندازه‌گیری ، بر حالتشان در زمان‌های ِ گذشته تاثیر می‌گذارد. اندازه‌گیری «ضعیف» ِ پیشین، در انتظار انتخاب‌‌ در اندازه‌گیری‌ «قوی» ِ پسین است که گرفته‌شده‌است.

۴بعد به‌جای ۳بعد

کار از یک روش فکرکردن درمورد درهم‌تافتگی، به‌نام «فرمالیزم ِ برداری ِ دوحالته» (TSVF)  که آهانوروف، سه دهه پیش ارائه داده‌است، آب‌می‌خورد. TSVF هم‌بستگی بین ذرات را در ۴بعد ِ فضا-زمان، به‌جای ۳بعد ِ فضایی، در نظر می‌گیرد. اوشالوم الیتزور، هم‌کار آهارونوف، در موسسه‌ی علوم در ر ِهوُت، اسرائیل، می‌گوید: «در ۳بعد، این مسئله، به تاثیر معجزه‌وار دو ذره‌ی دور از هم می‌ماند.» ... «اما در فضا-زمان، به عنوان یک کل، برهم‌کنش پیوسته‌ای‌ست که بین رویدادهای گذشته و آینده وجود دارد.»

آهانوروف و گروهش معنایی از TSVF  را کشف کرده‌اند که به پرسش از حالت ذره بین ِ دو وعده‌ی اندازه‌گیری وابسته است -درواقع این یک نسخه‌ی کوانتومی از معمای ِ معروف ِ اینشتین است که چه‌گونه می‌توان گفت ماه آن‌جاست در حالی‌که به‌آن نگاه نمی‌کنیم؛ و چه‌گونه می‌توان در مورد ذره‌ها چیزی فهمید، بی‌آن‌که روی آن‌ها اندازه‌گیری انجام دهیم؟ TSVF نشان می‌دهد که به‌دست آوردن داده‌های واسط امکان‌پذیر است –به میزان کافی اندازه‌گیری‌های «ضعیف» ِ روی دسته‌ای از ذرات درهم‌تافته که در شرایط مشابهی آماده شده‌اند، انجام داده و میان‌گین‌گیری آماری کنیم.

اندازه‌گیری‌های ملایم

نظریه‌ی اندازه‌گیری‌های ضعیف –که اولین بار توسط آهارونوف و گروهش در ۱۹۸۸ مطرح و رشد داده شد-  می‌گوید این امکان وجود دارد که اندازه‌گیری «ضعیف» یا «ملایمی» روی یک دست‌گاه کوانتومی انجام شود و در مورد یک ویژگی آن (مانند مکان) داده‌هایی به دست آید؛ بی‌آن‌که بر ویژگی مکمل (تکانه) به‌طور قابل‌توجهی خدشه وارد‌شود و در نتیجه، آینده‌ی دست‌گاه تغییر کند. هرچند در هربار اندازه‌گیری داده‌های اندکی به‌دست می‌آیند، میان‌گین‌گیری در اندازه‌گیری‌های چندگانه، بی‌آن‌که مقدار نهایی نابود ‌شود، تخمین مناسبی از اندازه‌ی کمیت به‌دست می‌دهد.

هر اندازه‌گیری ضعیف بی‌آن‌که مانند اندازه‌گیری‌های قوی ذره را به حالت خاصی ببرد، می‌تواند درمورد احتمال حالت‌های متفاوت داده‌هایی بدهد (مانند اسپین بالا یا پایین) –هرچند هم‌راه با خطا. الیتزور می‌گوید: «یک اندازه‌گیری ضعیف هم حالت اندازه‌گیری‌شده را تغییر می‌دهد، و هم درمورد حالت ِ جای‌گزیده‌ی به‌دست‌آمده داده‌های به‌دست‌می‌دهد.» ... «اما هر دو کار را بی‌مایه انجام می‌دهد؛ و تغییری که به‌وجود می‌آورد از داده‌هایی که به‌دست می‌دهد کم‌تر است.»

به‌عنوان نتیجه‌گیری، الیتزور توضیح می‌دهد: «هر تک‌اندازه‌گیری ضعیف، به‌تنهایی چیزی به شما نمی‌گوید. تنها پس از آن‌که تعدادی با هم جمع شوند، نتایج قابل اعتمادی به‌دست می‌آیند؛ خطاها با هم خنثی شده و می‌توان  درمورد آنسامبل به عنوان یک کل، داده‌هایی به‌دست آورد.»

در آزمایش ِ ذهنی ِ پژوهش‌گران، نتایج این اندازه‌گیری‌های ضعیف در توافق با اندازه‌گیری‌های قوی بعدی می‌باشند که در حین آن‌ها، باوجوداین‌که حالت دست‌گاه پس از اندازه‌گیری ضعیف تعیین نشده‌است، آزمایش‌گر آزاد است انتخاب کند کدام جهت‌گیری اسپینی را اندازه‌گیری کند. الیتزور توضیح می‌دهد که این یعنی، در TSVF «یک ذره میان دو اندازه‌گیری، دو حالتی را که با آن‌ها نشان داده شده‌است را دارد، گذشته و آینده»

طبیعت مبهم است

مسئله این‌جاست که تنها با افزودن داده‌های مربوط به اندازه‌گیری‌های قوی می‌توان دریافت که اندازه‌گیری‌های ضعیف «واقعا ً» چه می‌گویند. داده‌ها وجود دارند، اما پنهان‌اند و تنها زمانی آشکار خواهندشد که به عقب برگردیم و به‌ آن‌ها نگاه کنیم. در نتیجه علیت حفظ می‌شود، هرچند نه به آن شکل آشنا. به‌جز با یک دیدگاه فراطبیعی، دلیل این سانسور قابل فهم نیست. الیتزور می‌گوید؛ «طبیعت مبهم است اما هیچ‌گاه غیرخودسازگار دیده‌نمی‌شود.» ... « درنتیجه این علیت ِ عقب‌گرد چندان هم مطلوب نخواهد بود –مانند آن است که مردم پدربزرگ‌هایشان را بکشند و ...»

الیتزور می‌گوید: «متخصصانی در نورشناسی ِ‌ کوانتومی، برای اجرای آزمایش‌، که به نظر او دیگر به‌اندازه‌ی مطالعات پیشین درهم‌تافتگی دشوار نخواهد بود، در آزمایش‌‌گاه‌هایشان علاقه نشان داده‌اند.» چارلز بـِنـِت از مرکز تحقیقاتی T J Watson  ِ IBM در بلندی‌های یورک‌تـَون ِ نیویورک که در نظریه‌ی داده‌های ِ کوانتومی متخصص است، قانع نشده‌است؛ او معتقد است که TSVF تنها یک روش مطالعه‌ی نتایج است و می‌توان یافته‌ها را بدون هیچ «علیت ِ عقب‌گردی» بررسی کرد، که یعنی دارند کلاغ به‌جای قناری می‌فروشند. او می‌گوید: «برای آن‌که منطقی به‌نظر آید، از زبانی استفاده‌ می‌کنند که تفاوت مهم میان  ارتباط و هم‌بستگی آشکار نشود.» او می‌افزاید: به آزمایشی در رمزنگاری کوانتومی می‌ماند که در آن فرستنده پیش از فرستادن پیام (و حتی پیش از آن‌که تصمیمی در مورد آن داشته باشد) کلید ِ رمزگشا را برای گیرنده بفرستد و ادعا کند که کلید به شکلی انتظار برای پیام است.

به‌هرروی، آهارونوف و هم‌کاران مشکوک‌اند که یافته‌هایشان ممکن است دلالتی بر اختیار داشته‌باشند. الیتزور می‌گوید: «در گروه اختلاف عقیده درمورد این سوال‌های فلسفی وجودخواهدداشت» . او می‌گوید دیدگاه آهارونوف «مانند عقاید یهودی‌ست: خدا همه‌ چیز را می‌داند، اما هم‌چنان ما اختیار داریم.»

منبع:

http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/aug/03/can-the-future-affect-the-past#

ماخذ:

پیش‌چاپ این کار در arXiv موجود است.

درباره‌ی نویسنده:

فیلیپ بال نویسنده‌ی علمی در بریتانیا می‌باشد.