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
Youngآزمايش 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.