شناخت گذشته و آينده در مكانيك كوانتوم

آلبرت اينشتاين، ريچارد تولمن، بوريس پودولسكي 26 فوريه 1931 ترجمۀ یدالله موقن
سخن مترجم
آلبرت اينشتاين(1879-1955) بزرگترين فيزيكدان قرن بیستم بود. او واضح نظريه‏هاي نسبيت خاص وعام بود كه درك بشر را از فضاو زمان و حركت و ماده و جاذبه تغيير داد. اينشتاين در عين حال نظريۀ پلانك در مورد ذره‏اي بودن انرژي را در مورد نور تعميم داد و گفت كه نور نيز از بسته‏هاي انرژي به نام كوانتا تشكيل شده است و با اين نظريه اثر فتوالكتريك نور را توضيح داد. اما اينشتاين با تفسير بوهر كه به تفسير مكتب كپنهاك از مكانيك كوانتوم مشهور است نظر خوشي نداشت بحث او با بوهر(1885-1962) در نقطۀ حساسي در تاريخ عقلي قرن بيستم صورت گرفت. در سال 1926 نظريۀ «جديد» كوانتوم هايزنبرگ و شرودينگر ادعا مي‏كرد كه اساس تئوريك دقيقي را براي فيزيك اتمها ارائه مي‏دهد. اما پرسشهايي دربارۀ جنبه‏هاي اساسي نظريه مطرح مي‏شد كه برايشان پاسخي وجود نداشت. رهيافت نيلز بوهر مستلزم دست كشيدن از دترمينيسم ]جبر علمي،عليت[ بود. در مكانيك كوانتوم، برخلاف مكانيك نيوتني، شناخت وضع كنوني اتم فقط مي‏تواند اطلاعاتي آماري دربارۀ آينده آن بگويد. در تفسير بوهر از مكانيك كوانتوم، رئاليسم]واقع‏گرايي[، يا لااقل واقعگرايي خام، مردود شناخته مي‏شود؛ زيرا طبق نظريۀ رئاليستي، مقادير فيزيكي مانند وضعيت و سرعت و نظير اينها در همۀ زمانها داراي مقادیري دقيق هستند، اما در مكانيك كوانتوم چنين چيزي ديگر وجود ندارد. اينشتاين حاضر نبود كه پابه‏پاي اين تغييراتي انقلابي پيش برود، بنابراين بحثهاي داغ در دهۀ بعد ميان او و بوهر بالا گرفت.
بحثها چندان به محتواي تئوري خاصي مربوط نمي‏شدند بلكه با آن چيزي كه تئوري علمي بايد باشد ارتباط مي‏يافتند. بحثها بر سر سرشت جهان نبود بلكه دربارۀ اين بود كه چه نوع تفسيري از جهان را بايد داراي معني دانست؟ اين مجادله‏اي بود بر سر سرشت تئوري فيزيكي.
سرآغاز بحث بوهر و اينشتاين را مي‏توان از بهار سال 1920 دانست يعني هنگامي كه بوهر به برلن سفر كرد و در آنجا با اينشتاين، پلانك و جيمز فرانك ملاقات نمود. اما اوج مباحثه ميان آن دو در ششمين كنگره سولوي در اكتبر 1930 صورت گرفت. در اين كنگره اينشتاين كوشيد تا رابطه عدم تعين – را كه هايزنبرگ كشف كرده بود ابطال كند. چون بحث اينشتاين در اين مورد نيز مانند ديگر موارد بر پايۀ آزمايشي خيالي و مستلزم بحثي طولاني است در اينجا از وارد شدن به آن خودداري مي‏كنيم. بوهر فرداي آن روز با به كار بردن نسبيت عام اينشتاين، ظاهراً نادرستي استدلال اینشتاین را بر ملا كرد. البته بحث بر سر اين مباحثه هنوز هم ادامه دارد، بعضي‏ها در استدلال اينشتاين نقصان مي‏بينند و بعضي ديگر در استدلال بوهر. با اينكه اينشتاين پس از اين مباحثه شكست را پذيرفت اما بدرستي تفسير مكانيك كوانتوم كه بوهر ارائه مي‏داد اعتقاد پيدا نكرد. او اعتبار رابطۀ عدم تعين هايزنبرگ را حتي بيش از خود هايزنبرگ پذيرفت و ديگر نكوشيد كه تناقضات درون نظريۀ مكانيك كوانتوم را بيابد بلكه بر آن شد تا نشان دهد كه مكانيك كوانتوم بدان شكلي كه بوهر تفسير مي‏كند ناقص است. اينشتاين سرانجام با همكاري بوريس پودولسكي و روزن مقاله دوران ساز خود،«آيا توصيف مكانيك كوانتوم از واقعيت فيزيكي مي‏تواند كامل شناخته شود؟» را در سال 1935 ارائه داد. ولي چهار سال قبل از انتشار مقالۀ مذكور اينشتاين در زمستان سال1931 در انستيتوي تكنولوژي كاليفرنيا در پاسادنا به ايراد يك سلسله سخنراني پرداخت و ضمناً فرصتي يافت تا با همكاري فيزيكدان برجسته ريچارد تولمن و فيزيكدان جوان روسي بوريس پودولسكي مقاله‏اي بنويسد با عنوان:«شناخت گذشته و آينده در مكانيك كوانتوم» گرچه دراين مقاله حتي يك فرمول رياضي به كار نرفته اما بايد آن را يك مقالۀ بي‏نظير دانست كه فقط نابغه‏اي مانند اينشتاين مي‏توانست بنويسد.
مجله ساينس در ضميمۀ خبري خود در مارس 1931 محتواي مقاله را پيش از انتشارش معرفي كردو در خصوص آن نوشت:«پروفسور اينشتاين بر پايۀ دستاورد ماكس پلانك، يكي از سنگهاي بناي نظريۀ كوانتوم را گذاشت… اكنون پروفسور اينشتاين با گفتن اين مطلب كه گذشته نيز مانند آينده نامعين است آخرين سنگ بناي درك ما از ماده و انرژي را كار مي‏گذارد.»
همچنان كه خود نويسندگان مقاله مي‏گويند نتيجۀ مهمي كه از اين مقاله مي‏توان گرفت اين است كه نه تنها در مورد پيش‏بيني رويدادهاي آينده]در مقياس ميكروسكوپي[، طبق اصول مكانيك كوانتوم، عدم قطعيت وجود دارد بلكه در خصوص رويدادهاي گذشته نيز همين عدم قطعيت هست؛ و شايد از اينها مهمتر اين نتيجه‏گيري باشد كه در حالي كه در فيزيك كلاسيك مي‏توان زمان وقوع رويدادهاي ماكروسكوپي هم چون باز و بسته شدن دريچه يك جعبه را دقيقاً تعيين كرد، در مكانيك كوانتوم چنين كاري ميسر نيست. به ديگر سخن، عدم قطعيت در پيش‏بيني رويدادها يادر مورد شناخت گذشته فقط محدود به رويدادهاي ميكروسكوپيك نمي‏شود بلكه شامل رويدادهاي ماكروسكوپيك نيز مي‏گردد. نتيجه آنكه طبق نظر نويسندگان مقاله، مكانيك كوانتوم ناقص است.
ناگفته نماند كه بوهر بر اثر انتقادهاي اينشتاين در تفسير خود از مكانيك كوانتوم تجديد نظرهايي كرد؛ اما همچنان كه در آغاز اين يادداشت گفته شد بحث دراين مورد هنوز هم ادامه دارد.
ترجمۀ اين مقاله در اينجا ارائه مي‏شود و تا آنجا كه مترجم اطلاع دارد اين مقاله تاكنون به فارسي برگردانده نشده است.
A.Einstein , B. Podolsky , and N. Rosen

” Can Quantum Mecanical Description of Physical Reality Be Considered Completed ” translated by Yadollah Moughen

اين موضوع را همه مي‏دانند كه اصول مكانيك كوانتوم امكانات پيش‏بيني دقيق مسير آينده يك ذره را محدود مي‏كند. با اين وصف گاهي اوقات تصور مي‏شود كه مكانيك كوانتوم توصيف دقيق مسير گذشته يك ذره را ممكن مي‏سازد.
هدف يادداشت كنوني اين است كه دربارۀ يك آزمايش خيالي]ايده‏آل[ بحث كند، آزمايشي كه نشان مي‏دهد امكان توصيف مسير گذشتۀ يك ذره به پيش‏بيني‏هايي در خصوص رفتار آتي ذرۀ دومي مي‏انجامد كه اين نوع پيش‏بيني‏ها در مكانيك كوانتوم مجاز نيست. بنابراين از اين آزمايش خيالي اين نتيجه به دست خواهد آمد كه اصول مكانيك كوانتوم واقعاً در بردارندۀ عدم قطعيتي در توصيف رويدادهاي گذشته است كه مشابه همان عدم قطعيتي است كه در خصوص پيش‏بيني رويدادهاي آينده وجود دارد. اين آزمايش نشان خواهد داد كه عدم قطعيت در توصيف گذشته از محدوديت شناختي ناشي مي‏شودكه در اندازه‏گيري مانتوم وجود دارد.
جعبه كوچك B را آن گونه كه در شكل نشان داده شده است، در نظر مي‏گيريم. اين جعبه حاوي تعدادي ذرات همانند است كه در حالت تحريك گرمايي قرار دارند. در اين جعبه دو سوراخ تعبيه شده است كه دريچه s آنها را مسدود مي‏كند. دريچه به گونه‏اي تنظيم شده است كه به طور خودكار براي مدت زماني كوتاه باز و سپس بسته مي‏شود. تعداد ذرات در جعبه به گونه‏اي انتخاب شده‏اند كه هر گاه ذره‏اي از جعبه بيرون بيايد و مسير مستقيم SO را طي كند تا به ناظري كه در O مستقر است برسد، ذره دوم مسير طولاني‏تر SRO را بپيمايد، بدين معني كه ذره دوم پس از آنكه به طور الستيكي(كشساني(elastic) در نقطه R به بازتاب كننده بيضوي برخورد كرد منعكس شود.

جعبه پيش از باز شدن دريچه وزن مي‏شود و پس از بسته شدنش نيز وزن مي‏شود تا كل انرژي ذراتي كه از آن خارج شده‏اند معين شود. ناظري كه در O مستقر است وسايلي در اختيار دارد كه بتواند ورود ذرات را مشاهده كند، او ساعتي براي تعيين زمان ورودشان و نيز دستگاهي براي اندازه‏گيري مامنتومشان]= مقدار حركتشان[ دارد. علاوه بر اين فاصله‏هاي SO و SRO قبلاً دقيقاً اندازه‏گيري شده‏اند؛ و فاصله SO آن اندازه هست كه تاثيرات جاذبه كه در توزين جعبه دخيل‏اند بر كار ساعت اثر نگذارند و طول SRO آن اندازه طولاني هست كه توزين مجدد ودقيق جعبه، پيش از رسيدن ذره دوم، امكان پذير باشد.
اكنون فرض مي‏كنيم. ناظري كه در نقطه O قرار دارد همچنان كه ذرۀ نخست در مسير SO حركت مي‏كند مامنتوم آن را اندازه‏گيري كند و زمان ورودش را در نقطه O از روي ساعت بخواند. البته اندازه‏گيري مامنتوم ذره چنانچه باتاباندن اشعۀ گاما صورت گيرد، به شيوه‏اي نامعلوم، تغيير مي‏كند؛ اما با دانستن مقدار مامنتوم ذره در گذشته و بنابراين با در دست داشتن سرعت و انرژي قبلي آن، به نظر مي‏رسد زماني را كه دريچه باز شده است بتوان از زمان ورود نخستين ذره كه مقدارش معلوم است، محاسبه كرد؛ و همچنين بتوان انرژي و سرعت دومين ذره را از طريق مقدار انرژي كم شده از انرژي محبوس درجعبه به هنگام باز شدنش به دست آورد. بنابراين به نظر مي‏رسد كه اين امكان وجود دارد تا هم انرژي و هم ، زمان ورود دومين ذره را پيش‏بيني كنيم. اين نتيجه پارادوكسي است؛ زيرا در مكانيك كوانتوم انرژي و زمان دو مقداري هستندكه جابه‏جا(Commute) نمي‏شوند] منظور از Commute اين است كه چنانچه زمان را دقيقاً اندازه بگيريم، ديگر نمي‏توانيم انرژي را نيز دقيقاً اندازه‏گيري كنيم و بالعكس[
تبيين اين پاردوكس ظاهري را بايد در اين نكته دانست كه برخلاف آنچه فرض شد نمي‏توان حركت گذشته نخستين ذره را دقيقاً تعيين كرد. در واقع ناچاريم نتيجه بگيريم كه هيچ روشي وجود ندارد تا از طريق آن مامنتوم يك ذره اندازه‏گيري شود بي‏آنكه مقدارش تغيير نكند. تحليل روش مشاهده اثر دوپلر در انعكاس نور مادون قرمز از يك ذرۀ نزديك شونده نشان مي‏دهد كه گرچه تعيين مامنتوم ذره چه پيش از و چه پس از برخورد ذره با كوانتاي نور به كار رفته امكان پذير است؛ اما در خصوص زماني كه ذره با كوانتاي نور برخورد مي‏كند عدم قطعيت وجود دارد. بنابراين در مثال ما گرچه سرعت ذره نخست را مي‏شد هم پيش از و هم پس از برخورد آن با نور مادون قرمز معين كرد، اما تعيني دقيق جايي كه در آن جا در مسير SO تغيير سرعت روي مي‏دهد امكان‏پذير نيست و براي تعيين زمان دقيق باز شدن دريچه، دانستن جاي تغيير سرعت ضروري است.
بنابراين بايد نتيجه گرفت كه طبق اصول مكانيك كوانتوم همان عدم قطعيتي كه در پش‏بيني رويدادهاي آينده وجود دارد در مورد تفسير رويدادهاي گذشته نيز موجوداست. همچنين بايد اين نكته را در نظر گرفت كه گرچه مانتوم يك ذره را مي‏توان اندازه‏ گرفت و بر اثر آن اندازه‏گيري وضعيتش نيز ممكن مي‏گردد؛ اما دانستن مانتوم يك ذره براي بازسازي مسير گذشته‏اش كافي نيست؛ زيرا نشان داده شده است كه هيچ روشي وجود ندارد تا از طريق آن بتوان مامنتوم يك ذره را اندازه گيري كرد بي‏آنكه مقدارش تغيير نكند. سرانجام اين موضوع شايان توجه است كه بر اين نتيجه‏گيري شگرف نيز تاكيد شود كه مكانيك كوانتوم واقعاص در مورد تعيين زمان وقوع رويدادي ماكروسكوپيك همچون و باز و بسته شدن دريچه يك جعبه، محدوديتهاي اعمال مي‏كند
پایان y_moughen@yahoo.com