موج به انرژى گسترده شده با بسامد و طول موج مشخص گفته
مى‏شود، ذرات مختلف مى‏توانند با هم برخورد كنند، اما امواج با هم
برخورد نمى‏كنند، بلكه تداخل مى‏كنند. نور قرار است هم موج باشد و
هم ذره! يعنى دو چيز كاملاً متفاوت. در سال 1803، دانشمند انگليسى به نام توماس يانگThomas
 Young
آزمايش قابل توجهى انجام داد. يانگ كه به هيروگليف‏هاى
مصرى بسيار علاقه‏مند بود و در استخراج آنان نيز همكارى داشت،
درباره ماهيت نور تحقيق مى‏كرد. آزمايش وى، تحولى در علم فيزيك
ايجاد كرد كه در نهايت باعث دگرگونى قوانين حركت آيزاك نيوتون
شد، قوانينى كه يك قرن پيش از يانگ ارائه شده بود.

اين آزمايش همچنين يكى از بزرگ‏ترين رازهاى جهان را نمايان
ساخت. يعنى راز كوانتوم. بدون شك، معماى رمزآلود فيزيك كوانتوم،
معماى عميقى است.

رازى كه در بطن فيزيك كوانتوم نهفته، به طور غير مستقيم، درك ما
را از حقيقى بودن جهان و هر آن چه در آن است، مورد هدف قرار
مى‏دهد. على‏رغم مشخصه‏هاى نامأنوس فيزيك كوانتوم، در صحت اين
نظريه، ترديد چندانى باقى نمانده. دنيل‏ام‏گرينبرگر مى‏گويد: انيشتين
مى‏گفت اگر علم مكانيك كوانتوم درست باشد، جهان جاى بسيار
عجيبى است. انيشتين راست مى‏گفت، جهان جاى بسيار عجيبى است. در آن زمان، دانشمندان مى‏خواستند بدانند آيا نور از نوعى ذره
تشكيل شده يا اين كه از طريق ماده ناشناخته ديگرى، به صورت موجى
حركت مى‏كند،[1] در آزمايش يانگ، از يك منبع ريز نور و يك صفحه
استفاده شده بود. يانگ، ميان اين دو شى‏ء، يك مانع با دو شيار نازك

عمودى موازى با يكديگر قرار داد. يانگ مى‏دانست در صورتى كه نور،
فقط جريانى از ذرات ريز باشد، بايد از هر كدام از شكاف‏ها گذشته و
روى صفحه پشت سوراخ‏ها جمع شود. اين دقيقاً همان چيزى بود كه با
پوشاندن يكى از شكاف‏ها و باز گذاشتن شكاف ديگر، اتفاق افتاد.

يك نوار عمودى باريك از نور، روى صفحه پشت سوراخ ظاهر
شد. يانگ مسلماً انتظار داشت وقتى شكاف ديگر را هم باز كرد، دو نوار
باريك نورى ببيند، اما اين طور نشد. بيشتر بخش‏هاى صفحه را
مجموعه‏اى از نوارهاى عمودى روشن و تاريك پر كرد.

يانگ از مشاهده اين صحنه دريافت كه نور، مثل يك موج عمل
مى‏كند و از هر دو شكاف مى‏گذرد. بعد از گذشتن از ميان شكاف‏ها،
امواج به شكل نيم‏دايره پخش مى‏شوند و با يكديگر تداخل مى‏كنند. به
اين ترتيب، وقتى دو قله موج با هم تلاقى مى‏كنند، باعث تقويت
يكديگر مى‏شوند و وقتى يك قله موج و يك ذره موج با هم تلاقى
مى‏كنند، هر دو خنثى مى‏شوند. در نتيجه، مجموعه‏اى از نوارهاى روشن
و تاريك روى صفحه ديده مى‏شود.

دانشمندان، اين پديده را الگوى تداخلinterference pattern
مى‏نامند، زيرا از تداخل امواج با يكديگر حاصل مى‏شود.

بنابراين ثابت شد كه نور بدون شك يك موج است. در طى سال‏ها،
دانشمندان به دنبال آن ماده‏اى بودند كه امواج نور از طريق آن حركت
مى‏كنند و آن را ether يا واسط نور مى‏ناميدند، اما نمى‏توانستند به آن
دست يابند. به علاوه، شواهدى نيز موجود بود كه نشان مى‏داد نور به
صورت نوعى ذره حركت مى‏كند.[2] در نهايت چنين نتيجه گرفتند كه
فوتون‏ها ماهيتى دوگانه دارند و به صورت موج و ذره عمل مى‏كنند.

با اين حال، دانشمندان هنوز هم نمى‏دانستند كه اگر بتوانند فوتون‏ها
را يكى يكى از دو شكاف بگذرانند، چه چيزى رخ خواهد داد؟
سرانجام، منبع نورى اختراع شد كه قادر بود هر بار تنها يك فوتون را
آزاد كند.

آزمايش دو شكاف يانگ دوباره انجام گرفت، اما اين بار به جاى
صفحه عادى، از كاغذ عكاسى استفاده كردند، زيرا يك فوتون، كم‏نورتر
از آن است كه روى صفحه ديده شود. حال آن كه بعد از عبور ميليون‏ها
فوتون از شكاف‏ها به صورت تك تك، الگوى مورد نظر بر روى كاغذ
عكاسى قابل مشاهده مى‏گرديد. با ظاهر كردن عكس، همان الگوى تداخل پيشين مشاهده شد.

دانشمندان اين‏گونه نتيجه گرفتند كه هر يك از فوتون‏ها به صورت
موجى حركت كرده، به طور همزمان از ميان دو شكاف رد شده و با
خودشان تداخل داشته‏اند و تنها هنگامى كه سرانجام با كاغذ عكاسى
برخورد كرده‏اند، به صورت ذره‏اى در موقعيت خاص ظاهر شده‏اند، و
اين بسيار عجيب بود.

دانشمندان تصميم گرفتند كنار شكاف‏ها، رديابِ فوتون قرار دهند
تا مسير واقعى فوتون را مشاهده كنند. آن‏ها موفق شدند، ولى وقتى اين
آزمايش را انجام دادند، الگوى تداخل ناپديد شد و تنها دو خط باريك
(پشت هر سوراخ يكى)، روى صفحه ظاهر شد. ظاهراً فوتون‏ها
مى‏دانستند كه در معرض مشاهده قرار دارند و به همين دليل، به جاى
اين كه به صورت موجى عمل كنند، رفتار ذره‏اى پيش گرفته‏اند!

دانشمندان سپس تصميم گرفتند كه ردياب فوتون را در جهتى از
صفحه قرار دهند كه با منبع نور فاصله بيشترى داشته باشد، تا به اين
ترتيب فوتون، فقط بعد از عبور از ميان شكاف ديده شود. اما تغييرى در
نتيجه حاصل نشد.

باز هم ظاهراً فوتون پيش از رسيدن به صفحه، مى‏دانست در سمت
ديگر آن يك ردياب وجود دارد و به همين دليل پيش از عبور از
شكاف‏ها، به ذره تبديل مى‏شد.

بالاخره، دانشمندى به نام جان ويلر John Wheeler آزمايشى
پيشنهاد كرد كه طى آن، صفحه مى‏توانست درست در آخرين لحظه پيش
از برخورد فوتون، با يك دستگاه ردياب نورى جايگزين شود، به اين
ترتيب مى‏شد فهميد فوتون از كدام شكاف عبور كرده است.

تصميم درباره كنار كشيدن يا نكشيدن صفحه، بايد بعد از عبور
فوتون از ميان شكاف گرفته مى‏شد. در زمانى كه ويلر اين آزمايش را
مطرح كرد، انجام آن از لحاظ فنى غيرممكن بود. اما چند سال بعد،
امكان انجام آزمايش به وجود آمد. نتيجه آزمايش چنين شد: هنگامى كه
صفحه در جاى خود قرار داشت، فوتون طبق الگوى تداخل رفتار
مى‏كرد، حال آن كه اگر صفحه در لحظه آخر، برداشته مى‏شد تا اطلاعات
مربوط به اين كه از كدام شكاف عبور كرده، به دست آيد، فوتون طبق
الگوى تداخل رفتار نمى‏كرد.

گويا فوتون مى‏دانست هنگام رسيدن به شكاف چگونه عمل كند،
هر چند كه تصميم درباره برداشتن يا برنداشتن صفحه در لحظه آخر
گرفته مى‏شد. ظاهراً يا فوتون مى‏توانست آينده را پيش‏بينى كند يا اين‏كه
تصميم درباره قرارگيرى صفحه، مى‏توانست گذشته را تغيير دهد. دانشمندان اين طور نتيجه گرفتند كه در نظريه كوانتوم، جايى براى
علّيت وجود ندارد، گويا اتفاقاتى كه در زمان حال مى‏افتند، مى‏توانند

گذشته را تغيير دهند، و اين اوج غرابت كوانتوم بود.


[1]. مانند امواجى كه در آب حركت مى‏كنند.

[2]. كه بعدها به آن فوتون گفته شد.

سوال خود را ارسال نمایید

موضوعات خود را در این قالب ها ارسال نمایید: