بزرگ ترین آزمایش جهان: پارادوکس انیشتین بالاخره تست شد

به گزارش گروه دانش و فناوری، دانشمندان آزمایشی بزرگ براساس نظریه پارادوکس انیشتین-پودولسکی-رزن (EPR) در مکانیک کوانتومی انجام دادند که حامل پیامدهای مهمی برای مترولوژی کوانتومی است. تناقض EPR یک حفره مهم در مکانیک کوانتومی است که اولین بار توسط آلبرت انیشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن در سال 1935 مطرح شد. این نظریه نشان می‌دهد که مکانیک کوانتومی ناقص است و واقعیت جهانی که ما در آن زندگی می‌کنیم را به‌طور کامل توصیف نمی‌کند.

پارادوکس از مفهوم درهم تنیدگی کوانتومی ناشی می‌شود که در آن دو یا چند ذره با هم همبستگی دارند، به‌طوری‌که خواص آنها به هم مرتبط هستند. برای مثال اگر یک ذره به یک طرف بچرخد، ذره دیگر به طرف دیگر می‌چرخد. این ذرات پیوند مذکور را حتی در فواصل زیاد نیز حفظ می‌کنند و هنوز علت و چگونگی آن مشخص نیست. دانشمندان می‌دانند که با اندازه‌گیری خواص یک ذره، می‌توان خواص ذره دیگر را حتی در فاصله قابل توجه به‌دست آورد.

با این حال، تحت مکانیک کوانتومی، ذره تا زمانی‌که آن را اندازه‌گیری نکنید، فاقد ویژگی‌های اشاره شده است. این موضوع عجیب در آزمایش فکری موسوم به «گربه شرودینگر» بررسی و کشف شد. در مکانیک کوانتومی، اگر یه خاصیت ذره مانند موقعیت آن را بدانید، نمی‌تواند خواص دیگر آن مانند تکانه را با قطعیت درک کنید. این اصل عدم قطعیت هایزنبرگ است.

مفهوم رئالیسم محلی که در قالب فیزیک کلاسیک طرح شده، بیان می‌کند برای اینکه یک شی یا انرژی بر دیگری اثر بگذارد، این دو باید با هم در تعامل باشند. بنابراین پارادوکس EPR نظریه‌ای پیچیده‌ای است. وقتی یک ذره را در یک سیستم درهم تنیده اندازه‌گیری می‌کنید، آن اندازه‌گیری به نحوی بر ذره دیگر اثر می‌گذارد، حتی اگر اندازه‌گیری به‌صورت محلی انجام نشود. شما هم‌چنین اطلاعات بیش‌تری در مورد ذرات بیش از حد مجاز تحت نظریه عدم قطعیت هایزنبرگ دارید و به نوعی، این اثر به‌طور آنی رخ می‌دهد و سرعت نور را به چالش می‌کشد.

فیزیک‌دانان عمدتا پارادوکس EPR را بر روی سیستم‌های درهم تنیده کوچکی که فقط از یک جفت اتم یا فوتون تشکیل شده‌اند، آزمایش کرده‌اند که اغلب به‌عنوان «آزمایش بل» شناخته می‌شود. تاکنون هر بار که آزمایش بل انجام شده، نشان داده که دنیای واقعی به‌گونه‌ای رفتار می‌کند که با رئالیسم محلی سازگار نیست، اما این پارادوکس تا چه حد عمیق است؟

یافته‌های بزرگ ترین آزمایش جهان

در بزرگ ترین آزمایش جهان تا به امروز، تیمی از فیزیک‌دانان به سرپرستی پائولو کولچیاگی و یفان لی از دانشگاه بازل سوئیس نشان دادند که احتمال پارادوکس EPR در حال افزایش است. محققان با استفاده از دو میعانات درهم تنیده بوز-انیشتین که هر یک از 700 اتم تشکیل شده بود، آنها را تا 100 میکرومتر از هم جدا کردند و سپس خواص آنها را اندازه گرفتند.

محققان دریافتند که به‌نظر می‌رسد خواص دو میعانات به‌گونه‌ای مرتبط هستند که نمی‌توان آن را به شانس تصادفی نسبت داد. این یافته نشان می‌دهد که پارادوکس EPR در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر از آزمایش‌های پیشین بل محتمل است.

پیامدهای بزرگ ترین آزمایش جهان تا حد زیادی با تحقیقات کوانتومی آینده مرتبط خواهد بود. آزمایش محققان به‌ویژه برای کاربردهای اندازه‌شناسی کوانتومی مناسب است. برای مثال می‌توان یکی از دو سیستم را برای کاوش میدان‌ها و نیروهای با وضوح مکانی بالا و از دیگری به‌عنوان مرجعی برای کاهش نویز کوانتومی استفاده کرد.

نمایش درهم تنیدگی پارادوکس انیشتین در ارتباط با جداسازی فضایی و آدرس‌پذیری فردی سیستم‌های درگیر، نه‌تنها از نقطه‌نظر بنیادین مهم است، بلکه ابزار لازم را برای بهره‌برداری از درهم تنیدگی EPR در سیستم‌های چند ذره‌ای به‌عنوان یک منبع فراهم می‌کنند.