اَبا اِباد

تفاوت احتمال کوانتومی و احتمال کلاسیک در آزمایش اشترن گرلاخ

احتمال کوانتومی

تاکنون در نوشتارهایم، کمتر به موضوعات مربوط به فیزیک کوانتوم پرداخته ام. علت آن هم این است که فهم علت پدیده‌های کوانتومی، با پدیده‌های کلاسیک متفاوت است. اگر کسی بخواهد علت پدیده‌های کوانتومی را به خوبی درک کند، بایستی پیش از آن در جبر خطی، تبحر لازم را کسب کند. علت بسیاری از ویژگی‌های عجیب و دور از انتظار پدیده‌های کوانتومی، تنها به کمک ریاضیات و به طور مشخص جبر خطی، قابل اثبات است. به یاد دارم مدت‌ها قبل زمانی یکی از کتاب‌های ریچارد فینمن، فیزیکدان بزرگ آمریکایی را که از نوع کتاب‌های عامه فهم سازی علم بود می‌خواندم، دیدم که ریچارد فینمن نیز در ابتدای کتاب گفته است که اثبات این موضوع را از من نخواهید که نیاز به یک عملیات ریاضی سنگین دارد.

من نیز به تاسی از ریچارد فینمن، در این نوشتار قصد دارم یکی از ویژگی‌های جالب سیستم‌های کوانتومی را بدون اینکه اثبات نمایم، بیان کنم.

من در اینجا قصد دارم تفاوت احتمال کوانتومی و احتمال کلاسیک را به کمک یک آزمایش نشان دهم. نام این آزمایش، آزمایش اشترن گرلاخ (Stern Gerlach Experiment) است که فیزیکدان آلمانی-آمریکایی اتو اشترن، در سال ۱۹۲۱ آن را طراحی کرد و فیزیکدان آلمانی، والتر گرلاخ موفق شد در سال ۱۹۲۲، این آزمایش را انجام دهد. فرض کنید یک کیسه داریم که درون آن تعدادی دکمه‌ی لباس وجود دارد و توزیع دکمه‌های درون کیسه به این صورت است: ده دکمه‌ی سیاه درشت، ده دکمه‌ی سیاه ریز، ده دکمه‌ی سفید درشت و ده دکمه‌ی سفید ریز. در واقع ما دو خاصیت برای دکمه‌ها داریم: درشت و ریز، سیاه و سفید که توزیع هر خاصیت، ۵۰ درصد است.

از یک‌ نفر می‌خواهیم که دستش را وارد کیسه کند و تعدادی دکمه خارج کند.

اگر دکمه‌ای که خارج کرد درشت بود، آن را در کیسه‌ی درشت‌ها و اگر دکمه‌ای که خارج کرد ریز بود، آن را در کیسه‌ی ریزها بیندازد. حالا ما در کیسه‌ی درشت‌ها، تعدادی دکمه‌ی سیاه و سفید داریم که همگی درشت هستند و در کیسه‌ی ریزها، تعدادی دکمه‌ی سیاه و سفید داریم که همگی ریز هستند. حال از فرد می‌خواهیم که دستش را داخل کیسه‌ی درشت‌ها ببرد و یک دکمه خارج کند و اگر دکمه سیاه بود، آن را داخل کیسه‌ی دکمه‌های درشت سیاه بریزد و اگر سفید بود، آن را داخل کیسه‌ی دکمه‌های درشت سفید بریزد. حال مجددا از فردا می‌خواهیم دستش را داخل کیسه‌ی دکمه‌های درشت سیاه ببرد و یک دکمه خارج کند. براساس احتمال کلاسیک، احتمال اینکه او در کیسه‌ی دکمه‌های درشت سیاه، دکمه‌ی کوچک سیاه پیدا کند، صفر است. اما اگر این یک سیستم کوانتومی بود، باز هم پنجاه درصد احتمال داشت که او از این کیسه، دکمه‌ی سیاه کوچک خارج کند؛ هیمنقدر عجیب، همینقدر واقعی!

پی‌نوشت: به زبان کوانتومی می‌توان گفت درشتی و ریزی دکمه، اندازه گیری در x-basis و سیاهی و سفیدی دکمه، اندازه‌گیری در z-basis است.
– اَبا اِباد

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *