برهم‌نهی در کوانتم

برهم‌نهی چیست، چرا رخ می‌دهد؟ گربه شرودینگر چه چیزی را بیان می‌کند؟

برهم‌نهی چیست؟ در بحث عادی و سطح نیاز ما از احتمال و... در زندگی روزمره، هر چیز در یک حالت خاص قرار گرفته چه این حالت دانسته، چه نادانسته باشد، به عنوان مثال اگر تاسی را داخل لیوانی غیر شفاف بگذاریم و لیوان را تکان دهیم و داخل لیوان را نگاه نکنیم، تاس میتواند هر مقداری از یا تا ۶ را اختیار کند و امکان ندارد که به طور همزمان دو مقدار را داشته باشد اما در برهم‌نهی، تاس در حال حاضر تمام ۶ عدد ممکن را به طور همزمان نشان می‌دهد، این شش عدد تابع موج کوانتومی تاس را تشکیل می‌دهند (البته تاس تابع موج ندارد اما به عنوان مثال پاسخگوی ما هست) بدین معنی که با نگاه کردن به تاس، تاس ممکن است در هر یک از این موقعیت ها باشد، وقتی دستمان را از رو لیوان برداریم و به تاس نگاه بیاندازیم، تاسی که تا لحظه ای پیش تمام مقادیر ممکن را به طور همزمن اختیار می‌کرد باید برای ناظر تنها یکی از آن مقادیر را انتخاب کند، این به این معنی است که تا پیش از مشاهده تاس، تاس هیچ مقداری برای خودش انتخاب نکرده بود و صرفاً مجموعه‌ای از جواب های ممکن بود، در نتیجه با مشاهده تاس تابع موج کوانتومی آن فروپاشید

گربه شرودینگر گربه شرودینگر مثالی بسیار معروف‌تر برای همین مفهوم می‌باشد، اروین شرودینگر اتریشی در دهه ۳۰ میلادی این ایده را مطرح کرد، گربه شرودینگر معمولاً نام «آزمایش» را میگیرد اما در عمل تنها توضیحی از آزمایش است که افراد را به فکر فرو می‌برد، در این مثال شرودینگر گربه ای را در جعبه ای میگذارد که طراحی شده تا جان گربه را در لحظه‌ای تصادفی بگیرد، در این مثال زنده بودن یا نبودن گربه دو حالتی است که گربه، به صورت برهم‌نهی بین آن قرار دارد، تا زمانی که به داخل جعبه نگاه نیاندازیم، گربه همزمان هم زنده و هم مر*ده می‌باشد اما به محض باز کردن در جعبه و مشاهده آن وضعیت گربه معین و میشود که موجب فروپاشی تابع موج کوانتومی میشود و گربه را موجاب میکند یکی از مقادیرممکن را اختیار کند

رفع ابهام تابع موج کوانتومی: تا زمانی که ما یک مورد که تابع موج کوانتومی دارد را مشاهده نکرده‌ایم، آن مورد همزمان تمام مقادیری که تابع موجش اجازه می دهد را اختیار میکند، به عنوان مثال تاس ۱ و ۲ و ۳ و ۴ و ۵ و ۶ را به طور همزمان نشان میدهد، اما وقتی آن را مشاهده کنیم، این همزمانی و برهم‌نهی از بین میرود و تابع موج فرو میریزد و مورد مطالعه را مجاب میکند به طور تصادفی یکی از مقادیر ممکن را اختیار کند، البته احتمال هر حالت ممکن در تابع موج ممکن است یکسان نباشد، به عنوان مثال، ما تاس را دستکاری کردیم تا احتمال ۶ بیشتر باشد مشاهده: اگر چه که مشاهده معنی لغوی معین و ساده ای دارد، باید اشاره کنم که مشاهده میتواند دریافت شواهد هم باشد، به عنوان مثال در مثال آقای شرودینگر، گوش دادن به صدای گربه، نوعی مشاهده است

چگونگی کشف برهم‌نهی بین دانشمندان بر سر این که نور یک موج است، یا ذره بحث زیادی وجود داشت در نتیجه آزمایشی به نام دو شکاف یانگ طراحی شد، در این آزمایش دو شکاف باریک و موازی بر صفحه ای که نور را از خود عبور نمی‌دهند ایجاد می‌شد و از یک منبع بر صفحه نور تابانده می‌شد. در این آزمایش اگر نور یک موج باشد، از آنجا که امواج در همه جهات پخش می‌شوند، هر موج می‌تواند به طور همزمان از دو شکاف عبور کند، بعد از عبور از دو شکاف، همانند آن که دو منبع جدید از نور به وجود آمده باشد، امواج از دو شکاف رد می‌شوند و دوباره پخش می‌شوند، برهمکنش بین دو موج موجب می‌شود خطوط موازی متعدد از نور از شکاف ها به دیوار پشت صفحه برسد این در حالی است که اگر نور ذره باشد، دقیقاً دو خط موازی تشکیل می‌شوند خلاصه آنکه پس از انجام آزمایش، نتیجه آزمایش بیانگر موج بودن نور بود، اما دانشمندانی که به ذره بودن نور باور داشتند، قانع نشده بودند، آنها این آزمایش را با ذرات دیگر می ز امتحان کردند، از جمله الکترون، آنها در کمال تعجب مشاهده کردند که الکترون نیز، که یک ذره بود، رفتار موجی از خود نشان داد، بنابراین تصمیم گرفتند قبل از ورود به شکاف الکترون را مشاهده کنند تا بتوانند دلیل این رفتار را بیابند،اما به محض این که آشکارساز را روشن کردند، الکترون رفتار ذره ای را پیش گرفت، چنین نتیجه ای برای پروتون و نوترون نیز تکرار شد، بعد ها این آزمایش دوباره تکرار شد و نشان داد که نور نیز در صورت مشاهده شدن رفتار ذره‌ای خواهد داشت و در نتیجه ذره نور فوتون (از واژه فوتو یونانی به معنی نور) نام گرفت امروزه علت این پدیده کاملاً مشخص نیست اما برهم‌نهی مناسب‌ترین توضیح ارائه شده می‌باشد، ذرات تابع موج کوانتومی دارند و این تابع موجب می‌شود ذره به طور همزمان از شکاف عبور کند، زمان برخورد با صفحه پشت دو شکاف ذره شواهدی از خود ثبت می‌کند و در نتیجه مشاهده می‌شود و مجبور است یکی از حالات ممکن را اختیار کند و در نتیجه رفتاری از خود نشان می‌دهد که شبیه به رفتار موج است، اما اگر ذره را قبل از برخورد با دیواره مشاهده کنیم، تابع موج آن بسیار زودتر فرومی‌پاشد و در نتیجه موقعیت ذره مشخص و رفتارش ذره‌ای میشود