اما با وجود همه دستاوردهای آن، هنوز کسی بهدرستی نمیداند که این نظریه دقیقاً چگونه کار میکند. بر اساس گزارشی که روز چهارشنبه در نشریه نیچر (Nature) منتشر شد، حتی خود فیزیکدانان نیز درباره چیستی واقعیت در پس پرده این نظریه، اختلافنظرهای عمیقی دارند.
جمله معروفی در فیزیک کوانتوم وجود دارد: «ساکت شو و فقط حساب کن!» این عبارت نشاندهنده ناامیدی دانشمندانی است که در طول قرنها تلاش کردهاند یکی از بزرگترین معماهای جهان را رمزگشایی کنند.
در طول صد سال گذشته، معادلات برگرفته از مکانیک کوانتومی همواره رفتار اجسام بسیار ریز، مانند الکترونها و فوتونها را با دقتی حیرتانگیز توصیف کردهاند. اما پرسش اصلی همچنان باقی است: در پس این معادلات ریاضی چه واقعیتی در حال رخ دادن است؟
آغاز معما
این مشکل در ابتدای قرن بیستم پدیدار شد، زمانی که دانشمندان دریافتند قوانین کلاسیک فیزیک که بر جهان ماکروسکوپی حاکماند، در مقیاس اتمها و ذرات زیراتمی پاسخگو نیستند. در کمال شگفتی، فوتونها و الکترونها همزمان رفتاری شبیه به ذره و موج از خود نشان میدادند. آنها میتوانستند در یک لحظه در چندین مکان حضور داشته باشند و حتی انرژیها یا سرعتهای متفاوتی داشته باشند.
در سال ۱۹۲۵، فیزیکدان اتریشی اروین شرودینگر و فیزیکدان آلمانی ورنر هایزنبرگ مجموعهای از ابزارهای ریاضی پیچیده را ارائه کردند که جهان کوانتومی را به کمک احتمالات توصیف میکرد. این روش که به «تابع موج» مشهور شد، امکان پیشبینی نتایج اندازهگیری ذرات را فراهم کرد.
این معادلات سرآغاز فناوریهای شگفتانگیزی شدند: از لیزرها و چراغهای LED گرفته تا دستگاههای MRI و ترانزیستورهایی که اساس رایانهها و تلفنهای همراه امروزی هستند. اما با وجود تمام این موفقیتها، پرسش بنیادی پابرجا ماند: در جهانی که پشت این ریاضیات وجود دارد، چه میگذرد؟
گربه گیجکننده
برای بزرگداشت صدمین سال تولد مکانیک کوانتومی، ماه گذشته گروهی از برجستهترین فیزیکدانان جهان در جزیره هلیگولاند آلمان گرد هم آمدند؛ همان جایی که هایزنبرگ نخستین معادله معروف خود را نوشت.
در همین زمان، بیش از ۱۱۰۰ فیزیکدان در یک نظرسنجی که توسط مجله نیچر برگزار شد، شرکت کردند. نتایج این نظرسنجی نشان داد که «اختلاف نظر چشمگیری میان فیزیکدانان درباره آنچه نظریه کوانتومی درباره واقعیت میگوید وجود دارد.»
طبق این نتایج، حدود ۳۶ درصد از پاسخدهندگان به نظریهای گرایش داشتند که بهعنوان تفسیر کپنهاگی شناخته میشود و بیشترین طرفدار را در میان فیزیکدانان دارد.
در جهان کلاسیک، هر چیزی ویژگیهای مشخصی دارد ــ مانند مکان یا سرعت ــ چه ما آنها را مشاهده کنیم یا نه. اما طبق تفسیر کپنهاگی که در دهه ۱۹۲۰ توسط هایزنبرگ و فیزیکدان دانمارکی نیلز بور مطرح شد، چنین قطعیتی در جهان کوانتومی وجود ندارد. بر اساس این دیدگاه، تنها زمانی که یک مشاهدهگر به اندازهگیری یک جسم کوانتومی میپردازد، آن جسم از میان حالتهای ممکن یکی را انتخاب کرده و در آن تثبیت میشود؛ این فرایند را «فروپاشی تابع موج» مینامند.
نمادینترین تصویر از این ایده همان گربه شرودینگر است: گربهای که درون یک جعبه همزمان هم زنده و هم مرده است، تا زمانی که کسی در جعبه را باز کرده و وضعیت واقعی آن را مشاهده کند.
فیلسوف فیزیک برزیلی، دسئو کراوزه، پس از شرکت در این نظرسنجی به نیچر گفت: «تفسیر کپنهاگی سادهترین چیزی است که در اختیار داریم.» او افزود: «با وجود کاستیهایش ــ مانند اینکه توضیح نمیدهد چرا عمل مشاهده چنین اثری دارد ــ دیگر تفسیرها مشکلاتی دارند که از دید من بدتر است.»
ورود به چندجهانی
با این حال، اکثریت شرکتکنندگان نظریههای دیگری را ترجیح دادند. حدود ۱۵ درصد از آنها طرفدار تفسیر چندجهانی (Many Worlds) بودند؛ نظریهای که میگوید ما در یک چندجهانی یا مجموعهای از جهانهای موازی زندگی میکنیم.
بر اساس این دیدگاه، تابع موج هرگز فرو نمیپاشد. بلکه در هر بار اندازهگیری، جهان ما به تعداد نتایج ممکن منشعب میشود. بنابراین وقتی مشاهدهگر موقعیت یک ذره را اندازه میگیرد، در جهان خودش یک نتیجه خاص را میبیند، در حالی که همان ذره در بینهایت جهان موازی دیگر، موقعیتهای مختلفی دارد.
شان کارول، فیزیکدان نظری آمریکایی، در این نظرسنجی گفت: «این تفسیر نیازمند تغییرات بنیادین در شهود ما از جهان است. اما از دید من، همین چیزی است که باید از یک نظریه بنیادی درباره واقعیت انتظار داشت.»
پرسشهای بیپاسخ
فیزیکدانان درباره پرسشهای مهم دیگر نیز اختلاف داشتند. برای نمونه:
آیا مرزی مشخص میان جهان کوانتومی و جهان کلاسیک وجود دارد؛ جایی که قوانین فیزیک ناگهان تغییر میکنند؟
نتایج نشان داد که ۴۵ درصد از دانشمندان پاسخ مثبت دادند، و درست همین تعداد پاسخ منفی دادند. تنها ۲۴ درصد از آنها اطمینان داشتند که تفسیر انتخابیشان درست است. در عین حال، سه چهارم معتقد بودند روزی نظریه کوانتومی جای خود را به نظریهای جامعتر خواهد داد.
جمعبندی
بنابراین، با گذشت بیش از یک قرن از تولد مکانیک کوانتومی، این شاخه همچنان یکی از بزرگترین معماهای علم باقی مانده است. هرچند معادلات آن بینقص عمل میکنند و زندگی ما را دگرگون ساختهاند، اما معنای واقعی جهان کوانتومی هنوز در هالهای از ابهام است. همانگونه که یکی از فیزیکدانان در این نظرسنجی گفت: «ما میدانیم چگونه محاسبه کنیم، اما هنوز نمیدانیم واقعیت پشت پرده چیست.»