اطلاعات کوانتومی/مکانیک کوانتومی

بخش ششم

مکانیک کوانتومی

اطلاعات کوانتومی

مکانیک کوانتومی شگفت آور و خارق العاده است. نیلز بور فیزیکدان دانمارکی که به کشف این نظریه کمک شایانی کرده بود می‌گفت: “کسی که می‌تواند مکانیک کوانتوم را بدون سر در گم شدن در کند، در واقع آن را درست نفهمیده است. چه خوب و چه بد، مکانیک کوانتوم پدیده‌های غیر عادی را پیش گویی می‌کند که بارها و بارها بطور تجربی ثابت شده‌اند. برای درک کار خارق العاده کامپیوتر کوانتومی، فقط کافی است پدیده‌ای عجیب به نام دوگانگی موج –ذره را بپذیریم.

دوگانگی موج – ذره یعنی اینکه ذرات جامد عادی مثل اتمها و توپ بسکتبال، تحت شرایطی همانند امواج عمل می‌کنند و چیزهایی هم که به عنوان موج می‌شناسیم، مثل صوت و نور، گاه گاهی مثل ذره رفتار می‌کنند. در واقع نظریه مکانیک کوانتومی مشخص می‌کند که چه نوع امواجی با چه نوع ذراتی متناظر هستند و بالعکس.

نخستین نشانه بارز دوگانگی موج – ذره این است که سیستمهای ریزی چون اتمها فقط در حالتهای انرژی گسسته می‌توانند وجود داشته باشند؛ بنابراین وقتی اتم از یک حالت انرژی به حالت دیگر عبور می‌کند، انرژی را با بسته‌های مشخصی جذب و یا ساطع می‌کند که به این بسته‌ها فوتون می‌گویند؛ که امواج نوری از آنها تشکیل شده‌اند.

نتیجه دوم این است که امواج کوانتومی می‌توانند مثل امواج آب برهم نهیده شوند و اگر آنها را یک به یک برهم نهیده کنیم، مکان احتمالی ذره مشخص خواهد شد. اما اگر تعداد بیشتری موج با هم ترکیب شوند مکان ذره نامعلوم خواهد بود. پس الکتون می‌تواند همزمان هم اینجا هم آنجا باشد. مکان واقعی الکترون تا وقتی که واکنشی فوتونی محل آن را نشان دهد نامعلوم خواهد.

وقتی دو موج کوانتومی برهم نهیده مثل یک موج رفتار می‌کنند، گفته می‌شود که این امواج همدوس اند و فرایندی که طی آن دو موج همدوس ویژگیهای فردی خود را دوباره باز می‌یابند ناهمدوسی نام دارد. برای الکترونی که در برهم نهیده‌ای از دو حالت انرژی مختلف قرار دارد (به عبارت دیگر الکترون دو مکان مختلف را در داخل اتم اشغال می‌کند) ناهمدوسی می‌تواند زمان زیادی طول بکشد.

چندین روز طول می‌کشد تا فوتون در برخورد با جسم کوچکی مثل الکترون مکان دقیق خود را نشان دهد. اصولاً توپهای بسکتبال می‌توانند همزمان هم اینجا و هم آنجا باشند. اما عملاً زمان انعکاس فوتون آنقدر کوچک است که قابل آشکار سازی با چشم و یا هروسیله دیگری نیست. به زبان ساده توپ آنقدر بزرگ است که می‌توان در هر زمان قابل ادراکی مکان آن را دقیقاً مشخص کرد. پس به عنوان یک قاعده نه چندان قوی می‌توان گفت که اشیای بسیار ریز از خود خواص کوانتومی نشان می‌دهند.