معمای گربه شرودینگر با نظریه جدیدی به چالش کشیده شده که نشان می‌دهد گذشته فیزیکی ما نقشی محوری در تعیین واقعیت آینده ایفا می‌کند و دیدگاه رایج در فیزیک را متحول می‌سازد.

سال‌هاست که فیزیکدانان برای پیش‌بینی آینده جهان تنها به اطلاعات لحظه حال اکتفا می‌کنند و فرض بر این است که گذشته اهمیتی در لحظه کنونی ندارد. اما اکنون محققان بر این باورند که نادیده گرفتن تأثیرگذشته فیزیکیدرک ما از پدیده‌هایفیزیک کوانتومو حتی ماهیت زمان را ناقص گذاشته است. چالش با این دیدگاه می‌تواند پرسش‌های صدساله را حل کرده و افق‌های جدیدی در علم بگشاید.

معمای گربه شرودینگر و فرض «مارکوویتی»

مفهوم «مارکوویتی» که به معنای بی‌نیازی از گذشته برای پیش‌بینی آینده است، در بخش‌های وسیعی ازفیزیکحتی در نظریه کوانتوم، رایج است. در مکانیک کوانتوم، ذرات می‌توانند همزمان در چند حالت مختلف باشند که به آزمایش فکری معروفگربه شرودینگرمنجر شد؛ گربه‌ای که هم زنده و هم مرده فرض می‌شود. با این حال، مکانیک کوانتوم استاندارد نیز به گذشته این گربه توجهی ندارد و این وضعیت ابهاماتی عمیق ایجاد کرده است. دیوید گلیک، فیلسوف، اشاره می‌کند که پس از ۱۰۰ سال، هنوز اجماعی بر تفسیر صحیح نظریه کوانتوم وجود ندارد.

گوی‌های شبح‌گونه: راهکار جدید برای حل مسئله

جیکوب باراندس (Jacob Barandes)، فیلسوف فیزیک دانشگاه هاروارد، معتقد است که ابهامات پیرامون گربه شرودینگر ناشی از نادیده گرفتن تأثیر گذشته است. او در مقاله‌ای نشان داد که می‌توان یک نظریه کوانتومی غیرمارکوفی ساخت که در آن گذشته همواره مؤثر است. در این چارچوب، تابع موج یک واقعیت فیزیکی نیست، بلکه صرفاً ابزاری ریاضی برای ردیابی تأثیرات گذشته بر ذرات است. باراندس این تأثیرات گذشته را به گوی‌های شبح‌گونه (ghost marbles) تشبیه می‌کند که اطلاعات گذشته ذره کوانتومی را در خود دارند.

• جهان توسط یک پدیده کوانتومی عجیب در جای خود قفل شده است
• کشف عجیب در فیزیک کوانتوم؛ «زمان منفی» قابل اندازه‌گیری است
• ناسا با ساخت حالت پنجم ماده در فضا، مرزهای فیزیک کوانتومی را جابه‌جا می‌کند
• دانشمندان یک دنیای کوانتومی پنهان را در داخل کبالت کشف کردند

او استدلال می‌کند که پدیده‌های کوانتومی مانند برهم‌نهی (superposition) و فروپاشی تابع موج، نتیجه واقعی پنداشتن بیش از حد تابع موج هستند، در حالی که اشیاء کوانتومی ذاتاً تصادفی و وابسته به گذشته خود رفتار می‌کنند. این دیدگاه راهی برای جلوگیری از پیچیدگی محاسبات فراهم می‌کند؛ زیرا با دور شدن گذشته، تأثیر آن کمتر شده و اشیاء کوانتومی مارکوفی‌تر می‌شوند.

تأثیر سرعت نور بر درهم‌تنیدگی کوانتومی

چارچوب پیشنهادی باراندس تاکنون یک موفقیت قابل توجه داشته است: توضیح میزان همبستگی اشیاء کوانتومی به دلیل پدیده درهم‌تنیدگی کوانتومی (quantum entanglement). وقتی دو شیء کوانتومی درهم‌تنیده هستند، نتایج اندازه‌گیری خواص آن‌ها حتی پس از دور شدن نیز همبستگی خود را حفظ می‌کنند. این همبستگی‌ها قوی‌تر از ارتباطات غیرکوانتومی هستند و حداکثر تا حدود ۴۱ درصد بیشتر می‌شوند که به آن حد تسیرلسون (Tsirelson bound) می‌گویند.

باراندس و همکارانش نشان داده‌اند که این محدودیت دقیقاً ناشی از سرعت نور است. در جهانی از گوی‌های کوانتومی که هر یک به شکلی تصادفی و تحت تأثیر گذشته حرکت می‌کنند، بخش‌هایی از گذشته که فراتر از افق تأثیرگذاری تعیین‌شده توسط سرعت نور قرار دارند، قابل نادیده گرفتن هستند. این محدودیت دقیقاً از افزایش قدرت همبستگی‌های کوانتومی فراتر از حد تسیرلسون جلوگیری می‌کند.

گذشته، حال و آینده؛ تأثیر بر مفهوم زمان

بازبینی نقش مارکوویتی در فیزیک کوانتوم نه تنها درک ما از این نظریه را عمیق‌تر می‌کند، بلکه می‌تواند تصوراتمان از زمان را نیز دگرگون سازد. تا قرن بیستم، فیلسوفان بر این باور بودند که لحظه حال از امتیاز ویژه‌ای برخوردار است (دیدگاه «حال‌گرایی» یا presentism). امانظریه نسبیت انیشتین(Einstein’s relativity) با نشان دادن عدم توافق ناظران بر یک «حال» مشترک، این دیدگاه را به چالش کشید و بیشتر به ابدی‌گرایی (eternalism) متمایل شد که می‌گوید گذشته، حال و آینده همزمان وجود دارند.

با این حال، برخی فیلسوفان استدلال می‌کنند که قوانین فیزیک مارکوفی که تنها به واقعیت لحظه حال نیاز دارند، از حال‌گرایی حمایت می‌کنند. اما اگر یک تفسیر غیرمارکوفی از فیزیک کوانتوم غالب شود، می‌تواند حال‌گرایی را به چالش کشیده و ما را وادار به بازنگری در ماهیت زمان کند.

• فیزیکدانان زمان منفی را در محیط آزمایشگاهی اندازه‌گیری کردند
• ادعای عجیب محققان آمریکایی: ساخت پیچیده‌ترین ماده فیزیک با یونولیت و اسپیکر!بیشتر بخوانید
  • فیزیکدانان زمان منفی را در محیط آزمایشگاهی اندازه‌گیری کردند
  • ادعای عجیب محققان آمریکایی: ساخت پیچیده‌ترین ماده فیزیک با یونولیت و اسپیکر!

محاسبات کوانتومی و آینده‌ای غیرمارکوفی

جیکوب باراندس معتقد است که یکی از حوزه‌هایی که چارچوب او می‌تواند تأثیرگذار باشد، محاسبات کوانتومی است. او می‌گوید کامپیوترهای کوانتومی (quantum computers) توانایی‌های پیشرفته خود را از پدیده‌هایی مانند برهم‌نهی و درهم‌تنیدگی به دست می‌آورند که در واقع تأثیراتی از گذشته هستند. به بیان او، «کامپیوتر کوانتومی مخفیانه یک کامپیوتر غیرمارکوفی است» که در آن نه تنها چینش فعلی بیت‌ها، بلکه چینش‌های گذشته نیز اهمیت دارند.

این طرز تفکر می‌تواند به شناسایی موقعیت‌های جدیدی منجر شود که در آن‌ها کامپیوترهای کوانتومی به یک تغییردهنده بازی آشکار تبدیل شوند. گِلیک نیز بر این باور است که دیدن اینکه تضعیف یا کنار گذاشتن فرض مارکوویتی تا کجا می‌تواند ما را پیش ببرد، ارزشمند است و شاید به نتایج پربارتری در علم منجر شود. باراندس این رویکرد را عمیقاً بنیادین می‌داند و فکر می‌کند می‌تواند چیزهای مهمی درباره «واقعیت جهان» به ما بیاموزد.