زندگی نامه شرو دینگر
بزرگترین بنیان گذار فیزیک اتمی در ۱۲ آگوست سال ۱۸۸۷ در وین پایتحت اتریش دیده به جهان گشود . دامنه علاقه مندی او بسیار گسترده بود . چنان که پس از پایان تحصیاتش در رشته شیمی کسب درجه دکتری در سال ۱۹۱۰ ، برا آ شد که همه زندگیش را به نقاشی به سبک ایتالیایی بپردازد اما پساز مدتی به گیاه شناسی علاقه مند شد و نتیجه بررسی های خود در این زمینه را به صورت مجموعه ای با عنوان تکامل نسل گیاهان به چاپ رساند . از سوی دیگر ، به زبان مادریش ، آلمانی ، علاقه ای فراوان نشان می داد و شعر و ادبیات کهن آلمانی رو ستایش می کرد . به هر حال ، در دوران تحصیل در رشته شیمی دیگاه های بولتزمن روی او اثری ژرف نهاد . از آن جا که از به خاطر سپردن مفاهیم بیزار بود در خلال سال هایی که در دانشگا وین به کار مشغول بود ، به هدایت پروژه های کاربردی و عملی پرداخت و یادگیریش تنها متکی به حفظ کردن مفاهیم نباشد . با آغاز جنگ جهانی اول به جبهه های جنگ شتافت و مدتی به عنوان افسر توپخانه به خدمت مشغول شد .
در سال ۱۹۲۰ ، در پی پیشنهادهای بسیار ،تدریس در دانشگاه زوریخ را پذیرفت و ۶ سال را در این دانشگاه سپری کرد . در این سال ها ، مقاله هایی در زمنیه گرمای ویژه جامدها ، ترمودینامیک آماری و طیف های تمی توسط وی نگاشته شد . بزرگترین کار او ، ارایه معادله موج در سال ۱۹۲۶ بود . از آن جهت که در آ روزگار پایتخت آلمان یکی از مراکز بزرگ و فعال علمی به شمار می رفته ، شرودینگر در سال ۱۹۲۷ به برلین رت و در آجا به عنوان جانشین ماکس پلانگ مشغول به کار شد .
در سال ۱۹۳۳ شرودینگر به طور مشترک با پل دیراک جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد . با افزایش روز افزورن قدرت هیلتر شرودینگر بر آن شد که آمان را ترک کند . او ابتدا به انگلیس رفت و ندی نیز به عضویت در دانشگاه آکسفورد در آد . پس از آ راه ایتالیا را پیش گرفت ، اما پس از اقامتی کوتاه به دوبلیر پایتخت ایرلند جنوبی رفت و در آنجا مدیریت بخش فیزیک را در انجمنی که به تازگی برای پژوهش های پیشرفته دایر شده بود ، به عهده گرفت و تا زمان بازنشتگی در دوبلین ماند . وی پس از بازنشگتگی به وین بازگشت و در ۴ ژانویه سال ۱۹۶۱ پس از یک بیماری طولانی در سل ۷۳ سالگی چشم از جهان فرو بست .
محققین گمان می برند به زودی می توانند راه حلی برای یکی از غامض ترین مسائل فیزیک جدید بیابند: یافتن راهی برای اعدام گربه شرودینگر. گربه خیالی شرودینگر از سال ۱۹۳۵ تاکنون با دانشمندان لجبازی کرد و آنان را سردرگم کرده است. هیچ کس تنفر گربه دوستان را در سال ۱۹۳۵ از یاد نمی برد چرا که در آن سال از یک گربه برای انجام آزمایشی جهت بیان وضعیت های دشواری که در تئوری کوانتوم به وجود می آید استفاده شد.
اروین شرودینگر ( Ervin Schrodinger ) فیزیکدان اتریشی تئوری کوانتوم را ارائه کرد و در توسعه آن نقش بسیار موثری ایفا کرد. تئوری کوانتوم که اغلب از آن به عنوان یکی از موفق ترین تئوری های علمی نام می برند ـ چرا که بدون آن فاقد لیزر، سلاح های هسته ای و بسیاری از اختراعات دیگر بودیم ـ برای ما توضیح می دهد که طبیعت در سطوح زیر اتمی چگونه رفتار می کند. در سطوح زیراتمی قواعد فیزیک کلاسیک که هر روزه آن ها را تجربه می کنیم، اعتبار و کارآیی خود را از دست می دهند. برای مثال می توان گفت ذرات زیر اتمی در یک آن می توانند در دو مکان مختلف باشند، دیگر آنکه به نظر می رسد می توان اطلاعات را سریع تر از سرعت نور منتقل کرد.
قواعد حاکم بر دنیای کوانتوم آنچنان عجیب است که حتی آلبرت اینشتین هم دست هایش را به علامت تسلیم بالا برد و گفت: «اگر فیزیک کوانتوم، صحیح باشد، آن وقت باید اذعان کرد، قوانین جهان بسیار عجیب است.» حتی خود شرودینگر هم از تفسیر یافته های خود ناخرسند بود و با تاسف بسیار به یکی از همکاران خود گفته است: «از این که در مورد تئوری کوانتوم کار می کند چندان راضی نیست.
مسئله ای که اینشتین، شرودینگر و فیزیکدانان پس از آن ها را، تا این حد متحیر کرد تقابل این مشاهدات با واقعیت ها بود.
مطابق تئوری کوانتوم، ذرات فقط وقتی وجود دارند که بتوان آن ها را «مشاهده» کرد.
هر چند که تجربیات هر روزه ما چیزی خلاف این را بیان می کند. در ابتدای کار، توصیف شرودینگر از تابع موج ـ مفهومی ریاضی که موقعیت و حرکت های ممکن ذرات را بیان می کند ـ بسیار عجیب به نظر می رسید. نه سال بعد وی آزمایش گربه را طراحی کرد تا بتواند توسط این آزمایش اختلاف بین واقعیت های ملموس توسط انسان و واقعیت های دنیای کوانتوم را که خود خالق آن بود بیان کند. در این «آزمایش ذهنی» که گاهی اوقات از آن به عنوان آزمایشی خیالی نیز نام می برند، او اتاقی دربسته یا جعبه ای را تصور کرد که گربه ای زنده درون آن قرار دارد و نیز حاوی «وسیله ای جهنمی» شامل یک شیشه سیانور و مقدار کمی ماده رادیواکتیو است. این مقدار ماده رادیواکتیو آن قدر کم است که در طول یک ساعت ممکن است یکی از اتم های ماده رادیواکتیو متلاشی شود، اما با احتمالی مشابه ممکن است هیچ کدام از اتم ها دچار تلاشی نشود. اگر اتم رادیواکتیو تجزیه شود، پرتوهای حاصل، یک شمارشگر گایگر را به کار می اندازد و از طریق یک رله، چکش کوچکی را فعال می کند که شیشه سیانور را می شکند و باعث مرگ گربه می شود. می توان گفت بعد از گذشت یک ساعت با برداشتن در جعبه می توان دریافت آیا گربه زنده است یا مرده. در زندگی روزمره احتمال پنجاه _ پنجاه وجود دارد که گربه کشته شود و بدون نگاه کردن به درون جعبه می توانیم با خوشحالی تمام بگوییم که گربه درون آن مرده یا زنده است. اما براساس نظریه کوانتوم هیچ کدام از این دو امکانی که برای ماده رادیواکتیو و در نتیجه گربه وجود دارد واقعیت ندارد، مگر آنکه مشاهده شوند.
فروپاشی اتمی نه اتفاق می افتد و نه اتفاق نمی افتد، گربه نه کشته می شود و نه کشته نمی شود، مگر هنگامی که ما به درون جعبه نگاه کنیم و ببینیم که چه اتفاقی رخ داده است. نظریه پردازانی که تفسیر استاندارد از مکانیک کوانتومی را می پذیرند می گویند که گربه در حالتی غیرقطعی و نامعین، به عبارت دیگر در یک « ابرمرتبه حالت ها » ( Superposition of States )، نه مرده و نه زنده وجود دارد، تا زمانی که یک مشاهده گر واقعاً به درون جعبه بنگرد و ببیند که گربه زنده است یا مرده. متاسفانه برخلاف میل شرودینگر، این تجربه تخیلی نه تنها باعث نشد که فیزیکدانان پوچی بعضی از خصوصیات نظریه کوانتوم را درک کنند، بلکه جعبه شرودینگر برای اکثریت فیزیکدانان به مثال اعلای استلزام های غیرمعمول و فوق العاده این نظریه بدل شد. « ابرمرتبه حالت ها » به جای به هم ریختن نظریه کوانتوم، به خصلت معرف آن بدل شد. آنهایی که تجربه خیالی شرودینگر را با معنایی که در نظر داشتند مطرح می کردند، می توانستند با این حقیقت تسکین یابند که موقعیت یاوه ای که در آن گربه به طور همزمان هم زنده و هم مرده است به طور واقعی در آزمایشگاه قابل بازآفرینی نیست.
دلیل این امر ناپیوستگی کوانتومی ( Quantum Decoherence ) است _ پدیده ای که به وسیله آن یک « ابرمرتبه » از یک حالت به حالت دیگر بدل می شود. سرعت این ناپیوستگی در یک سیستم فیزیکی به اندازه آن بستگی دارد. در حالی که در موجودیت های فیزیکی در اندازه اتم ممکن است در یک « ابرمرتبه حالت ها » وجود داشته باشند، موجودیت های بزرگ تر، به خصوص در اندازه یک گربه، که متشکل از میلیاردها اتم هستند، در یک حالت منفرد و معین ثابت می شوند. در نتیجه افرادی که با موضع اینشتین همدلی دارند می توانند مدعی شوند که گرچه خصوصیات غریب کوانتومی ممکن است در جهان زیراتمی مصداق داشته باشند، در دنیای روزمره متشکل از اشیای معمول مثل گربه، کتاب و افراد و… خدا از هر لحاظ تاس نمی اندازد. اما اکنون حتی این دفاع (تاحدی نومیدانه) از شعور عام در خطر سرنگون شدن است.
شرودینگر می گوید عجله نکنید. طبق قواعد مکانیک کوانتوم، گربه تا زمانی که کسی در جعبه را باز نکرده و مشاهده ای انجام نداده است، در حال زنده و مرده قرار دارد.
این مفهوم در مکانیک کوانتوم به عنوان اصل بر هم نهی کوانتومی ( Quantum Superposition ) نامیده می شود.
این امر با نحوه عملکرد جهان در مقیاسی که برای بشر قابل درک است، مغایرت دارد. شاید احمقانه به نظر برسد اما شرودینگر خاطرنشان می سازد، وجود اصل بر هم نهی از لحاظ ریاضی ضروری است، تا تئوری کوانتوم بتواند پیش گویی های دقیق خود را از عملکرد جهان در سطح زیراتمی ارائه دهد. طی بیش از نیم قرن، گربه مرده و زنده شرودینگر با فیزیکدانان لجبازی می کرد و بنابراین لازم بود به طور دقیق دریابیم که چگونه حوزه کوانتوم با جهان قابل درک توسط انسان مرتبط می شود.
شخص غیرمطلع و کم حوصله ممکن است در مورد سرنوشت نهایی گربه شرودینگر بگوید: «ساده است، در جعبه را بردارید و نگاهی به داخل آن بیاندازید تا دریابید گربه هنوز زنده است یا مرده.» اما فیزیکدانان معتقدند این کار هم نمی تواند جواب نهایی را در اختیار ما قرار دهد، چرا که مطابق قواعد مکانیک کوانتوم خود عمل «مشاهده» باعث می شود که گربه به یکی از حالت های «زنده» یا «مرده» تبدیل شود.
در بهار سال ۱۹۹۶ تیمی از دانشمندان فرانسوی ( ENS ) در پاریس گام های بلندی را برای نزدیک کردن حوزه های بزرگ مقیاس که برای بشر قابل درک است با سیستم های در مقیاس کوانتومی برداشتند. آنان روشی را پیشنهاد کردند که توسط آن بتوان بدون برداشتن در جعبه از سرنوشت گربه مطلع شد. در طرح آنان ذره ای زیر اتمی که نقش موش را بازی خواهد کرد از مقابل گربه عبور می کند و آنان می توانند نتیجه این عمل را مشاهده کنند.
جعبه ای که گربه در آن قرار دارد حفره کوچکی در خود دارد که از جنس آینه ابررسانا است. در شروع آزمایش یک اتم از میان میدان انرژی با فرکانس ریزموج عبور می کند. در نتیجه اتم ضربه ای به گربه داخل جعبه وارد می سازد. اتم دومی که پس از آن وارد می شود، نقش موش را بازی می کند. اتم دوم بر اثر عبور از حفره حاوی گربه تغییر حالت پیدا می کند، که نحوه تغییر حالت آن بیانگر حالت برهم نهی است. هنوز هم زود است که درباره حوادث صورت گرفته در داخل جعبه اظهارنظر کنیم. یافته های اولیه گروه ( ENS ) بیانگر آن است که حالت زنده و مرده که لازمه تئوری کوانتوم است، فقط برای مدت کوتاهی دوام دارد. به گفته گروه ( ENS ) به وسیله این آزمایش می توان شرح داد که چرا اجسام بزرگ هیچ گاه در حالتی غیر از همین حالتی که برای ما آشناست، وجود ندارند. بنابراین اکنون می توان گربه شرودینگر را مرخص کرد یا اگر بخواهید از شرش خلاص شوید. ابزاری را که بتوان توسط آن حالت زنده و مرده گربه شرودینگر را تحقیق کرد، که بین حوزه های کوانتومی و مقیاس های قابل درک برای بشر ارتباط برقرار کرد، می توان نسل جدیدی از تجهیزات الکترونیک، کامپیوترها و ابزارهای امنیت ارتباطات را ساخت. پیش از این نیز فیزیکدانان ژنو آزمایشاتی را انجام دادند که توسط آن مشخص شد این امکان وجود دارد که بتوان از مفاهیم کوانتوم استفاده کرد و مشکل ترین مسائل عصر جدید ـ همانند حفاظت از اطلاعات مالی طی عبور از شبکه ارتباطات راه دور ـ را حل کرد. مبانی نظری استفاده از کوانتوم برای ساخت تجهیزات ایمنی مدت ها پیش از آنکه کسی از تجارت الکترونیک صحبتی به میان آورد، مطرح شد. در دهه، ۱۹۲۰ شرودینگر اظهار کرد در تئوری کوانتوم امکان ساخت یک زوج فوتون ـ بسته های تفکیک ناپذیر انرژی ـ «درهم تنیده» وجود دارد. این فوتون ها چنان درهم تنیده اند که با دانستن حالت یکی از فوتون ها می توان حالت فوتون دیگر را به طور آنی دریافت.
عبارت «آنی» اینشتین را با دردسر مواجه ساخت، چرا که این عبارت به طور تلویحی بیان می کرد، می توان سیگنال ها را سریع تر از سرعت نور انتقال داد. اینشتین این مفهوم نامتعارف را با عبارت «کنش شبح وار از راه دور» توصیف کرد. از آنجایی که تجهیزات دقیقی برای آزمایش وجود نداشت، این ایده ها تا سال ۱۹۸۲ در بن بست گرفتار بود.
آلن اسپکت از اعضای ( ENS ) توانست تغییرات در یک زوج فوتون درهم تنیده را که به اندازه یک زمین فوتبال فاصله داشتند اندازه بگیرد. هنگامی که محققین کارهای وی را مورد بررسی قرار دادند، حدس زدند احتمالاً وی شاهد یک «اثر جایگزیده» ( Localized Effect ) بود که به علت فاصله زیاد از مقدار آن کاسته شده بود.
برای تشریح این مطلب که «کنش شبح وار از راه دور» اینشتین چگونه عمل می کند دکتر نیکولاس گیسین و همکارانش در دانشگاه ژنو طرحی را اجرا کردند، که طی آن تماس تلفنی را در شبکه های فیبر نوری تله کام سوئیس به انجام رساندند. آنان در آزمایشگاه ژنو یک زوج فوتون درهم تنیده را به وجود آوردند. بعد این دو فوتون را از هم جدا ساخته یکی را به شمال و دیگری را به جنوب فرستادند، به طوری که فاصله نهایی آن دو حدود ۱۲ کیلومتر بود. گروه ( ENS ) یک تحلیلگر سیگنال را در هر انتهای این مسیر قرار دادند.
هر وقت که فوتونی به تحلیلگر سیگنال می رسید احتمالی برای شمارش آن وجود داشت. هنگامی که داده های حاصل از این دو تحلیلگر را با یکدیگر مقایسه کردند، با شواهد قانع کننده ای مواجه شدند که بیان می داشت هر فوتونی «می داند» آیا فوتون دیگر همزاد وی شمارش شده است یا خیر. البته هنوز هم محققین بر این باورند که نمی توان از کوانتوم به عنوان یک واسطه برای ارتباطات سریع تر از سرعت نور استفاده کرد. اما بعضی ها حدس می زنند با استفاده از نتایج این آزمایش می توان دریافت که آیا یکسری از اطلاعات مشخص توسط افراد غیرمسئول مورد بازبینی قرار گرفته است یا خیر.
اگر چنین سیستم هایی به واقعیت بپیوندد، گربه شرودینگر می تواند زندگی دوباره ای را از سر بگیرد و رد موش هایی را که در شبکه ها به این طرف و آن طرف سرک می کشند پیدا کند