آیا مکانیک کوانتومی ، علیت را نقض می کند ؟

[teloury]

به نام خدا
سلام به همه علاقمندان به فیزیک

در این جا می خواهیم به طور علمی برای این سوال که " آیا مکانیک کوانتومی ، علیت را نقض می کند ؟ " بپردازیم و به تحلیل فلسفه مکانیک کوانتومی مربوط به این سوال سخن بگوییم .
پیشاپیش از همه دوستانی که در این مبحث وارد می شوند و با دیدگاه های خود ما را در ادامه این راه یاری می رسانند سپاسگزارم .

[teloury]

شایسته است که به سوال های زیر بپردازیم :

- علیت یعنی چه ؟ مفهوم آن از نظر فیزیکدانان معاصر چه بوده است ؟
- موجبیت ( دتر می نیسم ) یعنی چه ؟
- آیا علیت در مقابل تصادف است ؟ رابطه علیت و جبرگرایی چیست ؟
- نمونه ای از آزمایش های معروف جنجالی که به این موضوع مبوط باشد وجود دارد یا نه ؟
- آیا تصادف با پدیده های آماری به یک معنی اند؟
- پدیده های آماری یعنی چه ؟ سرشت آماری مکانیک کوانتومی یعنی چه ؟
- شرایط آزمایش یعنی چه ؟
- آیا اگر مکانیک کوانتومی بر پایه موجی یا ذره ای بودن بنا کنیم ، در جواب تاثیری دارد ؟
- بررسی فلسفی آزمایش دوشکاف یانگ در این مورد ما را یاری می کند ؟
- آزمایش یانگ چیست و تاریخچه آن کدام است ؟
- . . .

[teloury]

مقدمه :
دستاوردهای علمی بشر، علاوه بر اینكه طبیعت را مطیع و مسخر وی می سازد، تفكرات فلسفی و جهان بینی او را نیز دگرگون می كند. پیشرفت دانش به موازات حل مسائل زندگی، محیط فكری و فرهنگی مناسب تری برای كسب دستاوردها و پیشرفت های علمی بشر مهیا می كند و با دقیق تر كردن معیارها و منقح تر كردن روش های علمی بر قدرت نفوذ و قلمرو دانش بشر می افزاید. از جمله قدیمی ترین اصولی كه انسان در تبیین رویدادهای اطراف خود به كار می گرفته، برهان علیت است. علیت به عنوان یك قانون عام و فراگیر، همه حوادث را در برمی گرفت و قرن ها اساس تمام علم ما به جهان را تشكیل می داد.شاید قدمت تفكر علی به اندازه قدمت خود فكر باشد.
پيشرفت های علم فیزیک در عصر ما (نظریه کوانتوم ) برخى از پايه اى ترين تصورات عقل سليم ما از جهان، نظير عليت را، زير سنوال کشيده اند.
در تجربه هاى عادى روزانه معمولأ عليت در رابطه با پديده هاى مادى درک مى شود. در حالیکه در مکانیک کوانتوم رابطه ی علت و معلول را باید از طریق انتقال اطلاعات مورد بررسی قرار داد. بنابرابن اگر پدبده هاى جهان ترکيبى از ماده، انرژى و اطلاعات تلقى شوند، در آنصورت عليت از زوايه يک خاصيت پدبده مورد نظر ممکن است با عليت از زاويه خاصيت ديگر آن در نقطه مقابل هم قرار گيرد. در نتيجه ممکن است که کل مفهوم متافيزبکى تقدم و تأخر را مجبور شويم در چارچوب ديگرى مطرح کنيم.
فيزيک کوانتوم به ما آموخت که محدوديت مفاهيم علت و معلول درهر عرصه را نيز درک کنيم و با حدود اين "عمومى ترين" قانون طبيعت نيز آشنا شويم.

[teloury]

در نیمه نخست قرن بیستم كه ساختارهای كلاسیك علوم تجربی و لب آن یعنی فیزیك نظری در حال پوست اندازی بود، نظریه مكانیك كوانتومی نوین كه از دل نظریه مكانیك كوانتومی قدیم برآمده بود، تاثیر بسیار شگرفی بر اصول تفكرات فلسفی و جهان بینی بشری داشت. كشفیات دانشمندان فیزیك تجربی در ربع اول قرن بیستم، توسط فیزیكدانان بزرگ آن زمان مثل پلانك، اینشتین، بور و زومرفلد توجیهات پدیده شناسانه ای پیدا كرده بود. اما نیاز به یكسان سازی قوانین و تدوین آنها براساس یك نظام مبتنی بر اصول موضوعه به شدت احساس می شد. در آن زمان نسل دوم فیزیكدانان بزرگ معاصر مثل پائولی دیراك، هایزنبرگ، شرودینگر و فون نویمان و... دست به كار شدند و با تحلیل عمیق داده های تجربی، مكانیك كوانتومی جدید را به وجود آوردند. در این بین كارل فردریش فون ویتسكر فیزیكدان جوانی كه به گفته استادش هایزنبرگ، در ۱۸سالگی دیگر چیزی برای یادگرفتن برایش نمانده بود، ایدئولوژیك كردن قوانین و دستاوردهای نظری مكانیك كوانتوم را آغاز كرد. در زمانه ای كه بوی بدبختی و جنگ و آنارشی تمام اروپا را فرا می گرفت، مكانیك كوانتومی نوین به وجود آمد و به همراه روانشناسی ویلیام جیمز از یك سو و تفكرات تحصلی حلقه وین رشد و باروری خود را آغاز كرد. عظمت دستاوردهای مكانیك كوانتومی در توجیه پدیده ها و به خصوص شاهكارش یعنی توجیه كامل طیف اتم هیدروژن جا را برای نشستن و تفكر عمیق روی نتایج فلسفی مكانیك كوانتومی تنگ كرده بود و اگر بزرگانی چون اینشتین، شرودینگر و... نبودند تا بر دستاوردهای فلسفی قضیه ایراد وارد كنند چه بسا تا به امروز مكانیك كوانتومی به عنوان امری محتوم و نقطه پایان نظری فیزیك پذیرفته شده بود.

[teloury]

علیت
واژۀ علیت در قرون اخیر در میان فیزیکدانان به این معنی به کار رفته است که اطلاعات دقیق از حالت فعلی یک سیستم فیزیکی برای پیش بینی آیندۀ آن کفایت می کند. به عبارت دیگر در جهان قوانین لایتخلفی وجود دارند که به کمک آنها می توان بطور یگانه آیندۀ هر سیستم فیزیکی را از روی وضعیت فعلی آن تعیین کرد.
این تعبیر خاص از علییت را اصل موجبیت (دترمینیسم) می نامند. این اصل در مکانیک نیوتنی اعتبار مطلق داشت ولی پس از تکوین مکانیک کوانتومی بنیانگذاران مکتب کپنهاگی گفتند که دترمینیسم را باید کنار گذاشت. در میان اینها بور وضعیت خاصی داشت زیرا او حتی قبل از ظهور مکانیک کوانتومی جدید اعتبار دترمینیسم را مورد تردید قرار داده بود:"این نویسنده پیشنهاد کرد که تغییر هر حالت یک اتم،که در آن اتم از یک حالت مانا به حالت مانای دیگر می رود،باید یک فرآیند واحد به حساب آورده شود که قابل تشریح بیشتر نیست. در اینجا، آنقدر از توصیف علی دوریم که می توان گفت هر اتم در یک حالت مانا مختار است به هر حالت مانای دیگر منتقل شود." در سال 1923 نیز بور در مقاله ای که به اتفاق کرامرز و اسلیتر نوشت تخلف از علیت را پیشنهاد کرد که اندک زمانی بعد تجارب بوته – گایگر و کامپتون – سایمون آن را رد کرد. همچنین بور در سخنرانیی که در سال 1925 در کنگرۀ ریاضیدانان اسکاندیناویایی ایراد کرد متذکر شد که پیشرفت فیزیک امکان یک توصیف علی منسجم از پدیده های اتمی را رد کرده است.
بور پس از پی بردن به اصل مکملیت،موضعی میان طرد کامل موجبیت و اعتبار مطلق آن اختیار کرد. در این زمان بور عقیده داشت که قوانین بقای انرژی و اندازه حرکت(که مصادیق روابط علی هستند) در صورتی دقیقا صدق می کنند که از توصیف زمانی – مکانی حوادث صرفنظر کنیم وبالعکس. به عبارت دیگر،ارائه یک توصیف زمانی – مکانی و یک توصیف علی دقیق برای حوادث فردی به طور همزمان امکان ندارد و یکی از ایندو را باید فدای دیگری کرد. به قول بور:"این وضعیت مخصوصا مانع تلفیق غیر مقید مختصات زمانی – مکانی و قوانین بقای اندازه حرکت – انرژی که توصیف تصویری علی فیزیک کلاسیک بر مبنای آنهاست می شود. بنابراین یک طرح تجربی که منظور از آن پیدا کردن مکان یک ذرۀ اتمی در لحظۀ بعدی (بعد از تعیین آن در یک زمان قبلی) است مستلزم انتقال (علی الاصول غیر قابل کنترل) انرژی و اندازه حرکت به ترازهای ثابت و ساعتهای میزان شده (که برای تعریف دستگاه مرجع ضرورت دارند)است. بالعکس استفاده از هر طرحی که برای مطالعۀ ترازمندی انرژی و اندازه حرکت (که برای توجیه خواص ذاتی اشیاء اتمی لازم است) مناسب باشد مستلزم صرف نظر کردن از تفصیلات مختصات زمانی – مکانی ذرات سازندۀ سیستم است."
اما واقعيت اين است كه اين دو مفهوم كاملاً مستقل از هم هستند و بنابراين حتي اگر افراطي ترين تعبير از مكانيك كوانتومي به طرد موجبيت بينجامد، عليت را باقي خواهد گذاشت.
از جمله كساني كه در دنياي كلاسيك به موجبيت مي پردازد پير لاپلاس، رياضيدان، فيزيكدان و فيلسوف فرانسوي است.
وي اصل عليت عمومي را اين چنين بيان مي كند:«ميان رخدادهاي اكنون و رخدادهاي گذشته اتصال ژرفي وجود دارد، اتصالي كه بر اين اصل استوار است: چيزي نمي تواند بدون علتي كه مقدم بر آن باشد وجود داشته باشد»
لاپلاس اين تعريف از عليت را وامدار نظرات لايب نيتس بود كه مي گفت همانقدر كه ۹=۳*۳ حتمي است، وقوع رخداد ها نيز قطعي خواهد بود.
لاپلاس با توجه به اين بيان از عليت، موجبيت را چنين مي داند :«ما بايد حالت كنوني جهان را معلول حالت قبلي و علت حالت بعدي آن بدانيم. متفكري كه تمامي نيروهاي مؤثر در طبيعت را در يك لحظه معين مي داند، و همچنين مكان لحظه اي تمامي اشياي جهان را مي داند قادر خواهد بود در يك فرمول، حركت بزرگترين اجسام تا كوچكترين اتم هاي اين جهان را درك كند، مشروط بر اين كه تفكر وي به اندازه كافي قادر باشد تا تمامي داده ها را تحليل كند؛ براي وي هيچ چيزي غير قطعي نخواهد بود و آينده مثل گذشته پيش چشمانش خواهد بود. »
مشاهده مي كنيم كه لاپلاس نه تنها به وجود روابط علي دقيق در جهان اشاره مي كند، بلكه بر پيش بيني پذيري حالت هاي بعدي نيز صحه مي گذارد. مشروط بر اين كه آن كسي كه به پيش بيني مي پردازد از تمامي وضعيت ها در يك لحظه خاص و نيز تمامي قوانين حاكم بر عالم آگاهي داشته باشد. علاوه بر اين بايد از قواي محاسبه كنندگي نامحدودي بر خوردار باشد. چراكه حل معادلات فيزيك از پيچيدگي فراواني برخوردار است و اغلب اوقات محاسباتي كه توسط هوش انساني انجام مي شود تقريبي و ناقص است. به اين بيان لاپلاس از موجبيت، موجبيت علي گفته مي شود، علاوه براين كه حاوي موجبيت پيش بيني گرايانه نيز هست.

[teloury]

دکارت ، اراده و علیت
دكارت مي گفت : محقق است كه خدا قبلا همه چيز را مقدر كرده است و قدرت اراده فقط ناشي از اينست كه ما به قسمي عمل مي كنيم كه از نيروي خارجي كه به سبب آن مجبور به عمل خاصي هستيم آگاه نمي باشيم. دنياي جديدي كه گاليله و نيوتن.. ساخته بودند حتي عامه مردم را درگير خود كرده بود هرچند مردم بصورت فطري از آن سر باز مي زدند و آن را قبول نداشتند آنها اراده مي كردند و به مقصود مي رسيدند در واقع فيزيك كلاسيك از طرز تفكر موجبيت (دترمي سيسم ) دفاع مي كرد و پايه استدلالات آن بر پايه منطق رياضي بود و ظاهرا چاره اي جز قبول موجبيت در طبيعت نبود امانوئل كانت براي رفع اين مشكل در مورد آزادي اراده مي گويد اگر عالم فقط همين است (كه مي بينيم) در اين صورت بديهي است كه اراده نميتواند آزاد باشد يعني كه چيزي را كه مي بينيم شايد چيزي نباشد كه در واقع هست همان مثال مشهور غار افلاطون كه كساني كه در زنجير شده اند سايه ها را واقعيت مي شمارند و نمي دانستند كه سايه ها فقط سايه اي از واقعيت هستند! كانت بدين صورت عقيده خود را بيان مي كند كه پديده ها فقط نشانه ها و نمايشهايي از حقيقت مطلق هستند نه خود حقيقت و استدلال مي كند كه منشاء اصلي آنها بايد در جايي غير از اين عالم پديده ها باشد بطوري كه هر چند يك پديده با پديده ديگر رابطه علت و معلول داشته باشد ضرورتي براي قبول عليت بين توليد كنندگان آن پديده نباشد اگر، توجه خود را به پديده ها معطوف كنيم ظاهرا قوانين ماشيني و جبر درست هستند و اگر بتوانيم با حقيقتي كه اساس و اصل پديده ها ست تماس حاصل كنيم شايد ببينيم كه چنين قانوني وجود ندارد كانت در ادامه مي گويد هدفش اثبات آزادي اراده نبود بلكه فقط مي خواست اين مسئله را حل كند كه حداقل طبيعت و آزادي متضاد هم نيستند البته آنان سعي مي كردند آزادي اراده را به اثبات برسانند هر چند بطور كامل موفق نشدند مكانيك نيوتني توسط فرمولهاي رياضي پايه ريزي شده بود و ظاهرا شكست ناپذير بنظر ميرسيد اما پس از مدتي مشخص شد آنگونه كه در ابتدا فكر مي كردند نمي توانند تمام پديده ها را توجيه كنند از جمله خواص نور كه خاصيت دوگانه اي از خود نشان مي داد هم عصر نيوتن، هويگنس از لحاظ هندسي ثابت كرد كه نور داراي خاصيت موجي است هر چند بعضي از پديده ها با در نظر گرفتن خاصيت ذره اي نور قابل توجيه بوده با اين حال در پديده ها يي مانند تداخل و پراش نظريه ذره اي دچار مشكل مي شد و در عوض نظريه موجي به طور كامل آنها را توجيه مي كرد.

[x102x96x]

به نام خدا
سلام
...
هدفی که خود تعریف کرده اید در جستار نخست در جستار های پس از آن دیده نمی شود...
به هرحال اگر پاسخ فیزیک را می خواهید باید بدانید که پاسخ مثبت است.
یعنی فیزیک کوانتوم علیت را رد می کند.
سیر علت و معلولی در مکانیک کوانتوم موجود نیست.
-----
به عبارتی فیزیک نوین الزام های فیزیک کلاسیک را ازبین برده است...
هیچ الزامی نیست که پس از الف (مختصه ی فضا - زمان) ب بیاید.
هیچ قطعیتی نیست که الف و ب پشت سر هم باشند.
و ...
-----
یاحق
exp102x

[Trame]

جوابي از ورنر هايزنبرگ در کتاب جز و کل :
يک اتم تنهاي راديوم B را در نظر بگيريد . البته آزمايش کردن با تعداد زيادي اتم يعني با يک تکه کوچک راديوم B آسانتر است ولي علي الاصول دليلي وجود ندارد که نتوانيم رفتار يک اتم را بررسي کنيم . مي دانيم که اتم راديوم B بايد دير يا زود الکتروني در جهتي گسيل کند و به صورت يک اتم راديوم C در آيد به طور متوسط اين امر بعد از حدود نيم ساعت رخ مي دهد ولي يک اتم خاص ممکن است بعد از چند ثانيه يا بعد از چند روز تبديل يابد . منظور از متوسط جز اين نيست که وقتي تعداد زيادي اتم راديوم B داشته باشيم بهد از حدود 30 دقيقه نصف آنها تبديل خواهد شد .اما ما نميتوانيم توضيح دهيم که چرا اتم خاصي در لحظه خاصي فرو پاشيده مي شود و در لحظه ديگر نمي شود يا چه عاملي باعث ميشود که آن اتم الکترونش را در اين جهت خاص گسيل مند و در جهت ديگري نکند و همين جاست که قانون عليت در هم ميريزد .
کتاب جز و کل- مرکز نشر دانشگاهي - ترجمه : حسين معصومي همداني

[MMR]

سلام

عجب سوال خرد سوزی!!!!!!!!!!!!!!

در مواردی که به نظر میرسد که علیت نقض میشود
این طور به نظر میرسد که باید تعریف جدیدی از علیت در کوانتوم داشته باشیم!!!!!!!!!!!!!!

ولی حداقل در یک مورد کاملا با هم سازگار هستند.اون هم درنظریه اختلال وابسته به زمانمی باشد.که اگر از این دیدگاه به کوانتوم نگاه کنیم نه تنها علیت نقض نمیشود بلکه کاملا تایید میشود.

که در این نظریه اگر بخواهیم احتمال حضور یک ذره در یک حالت مشخص در زمان t را پیدا کنیم باید احتمال حالتهای قبل از t را بدانیم.
یعنی اینکه باید احتمال حالتهای بین t0(از زمان ایجاد اختلال) تا زمان t را بدانیم.