علم کوانتوم در زندگی ما چه نقشی دارد؟

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، کوانتوم واژه لاتین معادل کلمه «مقدار» است و به معنای کوچک‌ترین واحد مجزای ممکن هر خاصیت فیزیکی مانند انرژی و ماده است. اصول فیزیک کوانتوم می‌گوید اتم و الکترون‌های اتم در یک محدوده مکانی مشخص به دور هسته (ذرات بنیادی) در گردش هستند که به آن ماده می‌گوییم.

در فیزیک کوانتوم با یک حقیقت عجیب روبه‌رو هستیم. همه چیز در سطح کوانتوم مبتنی بر ناظر است. در واقع بدون نگاه و ذهن ناظر هیچ ذره‌ و اتمی درجهان مادی وجود ندارد و واقعیت با فعالیت‌های ذهنی ما ساخته و پرداخته می‌شود! به عبارت دیگر اگر انسان وجود نداشته باشد؛ محدوده اتم نامشخص است و الکترون‌ها و ذرات بنیادی به موج تبدیل شده و با سرعت زیاد از هم دور شروع می‌شوند و به این ترتیب همه واقعیت‌های ملموس ناپدید می‌شود. برخلاف دیدگاه فیزیک نیوتنی (و یا بهتر است بگوییم برخلاف آنچه منطقی فرض می‌کنیم) که واقعیات (جهان ماده) مستقل از ما است، در فیزیک کوانتومی واقعیات کاملاً وابسته به ما است.

در حوزه مکانیک کوانتوم از جنبه دیگری می‌توان به ماجرا نگاه کرد. کوانتوم از فعل کوانتیزه به معنای «قابل شمارش» می‌آید. با نگاه به اطراف خود متوجه می‌شویم که برخی از اجسام قابل‌شمارش و کوانتیزه هستند. به عنوان مثال، تعداد نوشابه‌های داخل یخچال یا تعداد افراد داخل اتاق، کوانتیزه هستند. 

تعداد نوشابه‌های داخل یخچال نمی‌تواند برابر سه و نیم باشد. پاسخ پرسش، چند نوشابه در یخچال است، تنها می‌تواند مقدار‌هایی معین، مانند یک، دو، سه و ...، و نه هر مقدار باشد. بنابراین، پاسخ‌هایی مانند دو و نیم یا سه و نیم مجاز نیست. به طور کلی مکانیک کوانتوم بر پایه مقدار‌های قابل‌شمارش و کوانتیزه بنا شده است.

مشهورترین آزمایش در رابطه فیزیک کوانتوم، «آزمایش دو شکاف» نام دارد. بر اساس آزمایش دو شکاف در فیزیک کوانتوم، به طور خلاصه، ذرات هنگامی که مورد مشاهده قرار می‌گیرند، رفتار متفاوتی دارند. در شروع آزمایش، دو شکاف روی دیواری داریم. یکی از شکاف‌ها را می‌بندیم و بدین ترتیب فوتون فقط می‌تواند از تک شکاف باقیمانده عبور کند، حالا اندکی قبل از رسیدن فوتون به حسگر و در واقع آشکار شدن روی پرده، شکاف دوم را باز می‌کنیم. ما پس از عبور الکترون از شکاف باز، شکاف بسته را باز کرده ایم. ازاین‌رو قطعاً فوتون تنها یک انتخاب داشته و از همان شکاف باز عبور کرده و در نتیجه خبری از الگوی تداخلی دو شکاف نیست. منطق به ما می‌گوید شی، یا ذره مانند است و یا موج مانند و مستقل از اندازه گیری است که انجام می‌دهیم. با این حال فیزیک کوانتوم پیش بینی می‌کند که اتفاقاً نتیجه دقیقاً به چگونگی اندازه گیری بستگی دارد.

اینجا شاهد ویژگی مشهور «درهم‌تنیدگی» در علم کوانتوم هستیم. هنگامی که درهم‌تنیدگی اتفاق می‌افتد، ممکن نیست بتوان یک جسم را بدون در نظر گرفتن جسمی دیگر توصیف کرد. هر دو با یکدیگر مرتبط هستند. حال اگر این دو جسم را در فاصله‌های مختلفی از یکدیگر قرار دهیم. بر اساس کشفیات فاصله دو سانتی متر یا به اندازۀ قطر کره زمین، فرقی ندارد. هنگامی که یک جسم تغییر کند، به طور همزمان جسم دیگر نیز دچار تغییر متناسب می‌شود.

فیزیک کوانتومی یک رشته جذاب و پیچیده است که درک ما را از جهان متحول کرده است. علوم کوانتومی همه چیز اطراف ما را به شیوه‌ای متفاوت توصیف می‌کند. این مفهوم شناخت ما از واقعیت را با اصول منحصر به فرد خود مانند دوگانگی موج-ذره و درهم تنیدگی به چالش می‌کشد.

با اینکه فیزیک کوانتوم از لحاظ نظری بسیار مبهم است اما ما از کاربرد‌های عملی آن بهره می‌بریم. برخی از این کاربردها به فناوری‌های آینده مرتبط است و برخی دیگر همین حالا  (از فناوری موجود در گوشی‌های هوشمند تا تکنیک‌های تصویربرداری پزشکی)در دسترس است!