چرا هیچ‌کس متوجه نمی‌شود که فیزیک کوانتوم چگونه کار می‌کند؟

در تابستان امسال، بیش از هزار فیزیک‌دان از سراسر جهان در جزیره‌ای کوچک به‌نام هِلیگولَند گرد هم آمدند؛ جایی که ۱۰۰ سال پیش، معادله‌ای نوشته شد که مسیر علم را برای همیشه تغییر داد. آنچه به ظاهر معادله‌ای برای توصیف رفتار ذرات ریز بود، به‌تدریج ستون فقرات فناوری‌های روزمره‌ ما شد: از لیزر و LED تا MRI و گوشی‌های هوشمند. با این‌حال، امروز هم مانند یک قرن پیش، یک پرسش بنیادین بی‌پاسخ مانده است: این ریاضیات دقیق، دقیقاً از چه چیزی پرده برمی‌دارد؟ واقعیت فیزیکی زیر آن چیست؟ فیزیک کوانتومی (Quantum Physics) اگرچه به پیشرفت‌های باورنکردنی منجر شده، اما هنوز در بُعد مفهومی، به‌طرز شگفت‌انگیزی مبهم باقی مانده است. حتی خود دانشمندان هم بر سر درک این نظریه اختلاف دارند. آیا واقعاً هیچ‌کس نمی‌داند که دنیا چگونه کار می‌کند؟

زیرپوست نظریه‌ای که جهان را تغییر داد

در نخستین دهه‌های قرن بیستم، فیزیک‌دانان به واقعیتی شگفت‌انگیز برخوردند: قوانین فیزیک کلاسیک دیگر برای توضیح رفتار ذرات زیراتمی کارآمد نبود. فوتون‌ها و الکترون‌ها، بسته به نحوهٔ مشاهده، گاه مانند موج رفتار می‌کردند و گاه همچون ذره. در برخی شرایط، یک ذره می‌توانست هم‌زمان در چند موقعیت وجود داشته باشد یا سطوح انرژی متفاوتی داشته باشد. این پدیده‌ها نه‌تنها با شهود انسانی سازگار نبودند، بلکه مفاهیمی مانند «مکان مشخص» و «سرعت معین» را بی‌اعتبار می‌کردند. در پاسخ به این چالش‌ها، دو فیزیک‌دان، اروین شرودینگر از اتریش و ورنر هایزنبرگ از آلمان، در سال ۱۹۲۵ مجموعه‌ای از ابزارهای ریاضی توسعه دادند. آن‌ها با استفاده از تابع موج (Wave Function) موفق شدند پیش‌بینی‌هایی دقیق دربارهٔ اندازه‌گیری‌های احتمالی ذرات ارائه دهند؛ اما پرسش اصلی همچنان باقی بود: این معادلات دقیق، چه چیزی را دربارهٔ واقعیت فیزیکی بیان می‌کنند؟

کوانتوم، نور و موبایل: موفقیت بی‌توضیح

نظریهٔ مکانیک کوانتومی (Quantum Mechanics) به‌رغم دشواری‌های مفهومی‌اش، پایه‌گذار انقلاب فناورانه‌ای شد که زندگی بشر را متحول کرد. از لیزر گرفته تا اسکنرهای MRI، از تراشه‌های کامپیوتری گرفته تا فناوری LED، همه از دل همین معادلات بیرون آمده‌اند. اما این موفقیت‌های کاربردی نتوانسته‌اند راز مبنای نظری را بگشایند. در واقع، دانشمندان دهه‌ها با رویکرد «فقط محاسبه کن» (Shut up and calculate) به جای پرسش از چیستی واقعی آن، به حل معادلات پرداختند. این رویکرد، هرچند عملی و ثمربخش بود، اما رضایت فکری و فلسفی به‌همراه نداشت. بسیاری هنوز می‌پرسند: آیا این معادلات تنها ابزارهایی برای پیش‌بینی هستند یا دریچه‌هایی به حقیقت عینی جهان؟ این دوگانگی هنوز هم در دل فیزیک‌دانان تردید می‌کارد.

شکاف عمیق در دل فیزیک مدرن

در تابستان ۲۰۲۵، مجله علمی Nature در اقدامی بی‌سابقه، از بیش از ۱۱۰۰ فیزیک‌دان دربارهٔ درک آن‌ها از نظریه کوانتوم نظرسنجی کرد. نتایج این تحقیق نشان داد که حتی در میان نخبگان این حوزه، اجماعی بر سر تفسیر واقعیت وجود ندارد. نزدیک به ۳۶٪ پاسخ‌دهندگان، از «تفسیر کپنهاگی» (Copenhagen Interpretation) پشتیبانی کرده بودند؛ دیدگاهی که از دهه ۱۹۲۰ توسط هایزنبرگ و نیلز بور ارائه شد. بر اساس این دیدگاه، ذرات کوانتومی تا زمانی که مشاهده نشوند، در وضعیت مشخصی نیستند، بلکه در حالت‌های ممکن مختلف به‌طور هم‌زمان قرار دارند. به‌محض مشاهده، تابع موج فرو می‌پاشد و یکی از حالت‌ها تحقق می‌یابد. معروف‌ترین مثال این دیدگاه، گربهٔ شرودینگر است که هم‌زمان زنده و مرده است، تا زمانی که کسی درِ جعبه را باز کند.

وقتی واقعیت به جهان‌های موازی تقسیم می‌شود

در میان فیزیک‌دانانی که نظریه کپنهاگی را قانع‌کننده نمی‌دانند، گروهی به نظریه‌ای انقلابی به نام «جهان‌های متعدد» یا تفسیر چندجهانی (Many-Worlds Interpretation) روی آورده‌اند. در این دیدگاه، تابع موج هرگز فرو نمی‌ریزد؛ بلکه در لحظهٔ مشاهده، واقعیت به تعداد تمام نتایج ممکن، منشعب می‌شود. برای مثال، اگر الکترونی را اندازه‌گیری کنیم، در جهانی خاص یکی از موقعیت‌های ممکن آن ثبت می‌شود، اما در جهان‌های موازی دیگر، سایر گزینه‌ها به‌وقوع می‌پیوندند. بنابراین هر واقعهٔ کوانتومی، نه به یک نتیجه، بلکه به انشعاب در واقعیت منجر می‌شود. حدود ۱۵٪ از شرکت‌کنندگان در نظرسنجی Nature از این دیدگاه حمایت کردند. شاون کارول، فیزیک‌دان نظری آمریکایی، گفته است که اگر نظریه‌ای بنیادی واقعاً دقیق باشد، باید انتظار چنین تجدیدنظر اساسی در شهود ما را هم داشت.

آیا مرزی بین دنیای ما و دنیای کوانتومی هست؟

یکی از دشوارترین سؤالات در فیزیک امروز، این است که آیا اصلاً مرزی مشخص بین دنیای کلاسیک و دنیای کوانتومی وجود دارد؟ آیا قوانین فیزیک در یک نقطهٔ مشخص، تغییر ماهیت می‌دهند؟ در این نظرسنجی، ۴۵٪ از فیزیک‌دانان گفتند که باور دارند چنین مرزی وجود دارد – درحالی‌که دقیقاً همان میزان، این مرز را انکار کردند. این دودستگی آشکار نشان می‌دهد که هنوز حتی در تعریف بنیادی‌ترین مفاهیم، هیچ اجماعی حاصل نشده است. اگر مرزی باشد، باید بتوان آن را به‌طور تجربی تعیین کرد؛ اما تاکنون تلاش‌ها برای یافتن چنین مرزی به نتیجه نرسیده‌اند. و اگر مرزی وجود ندارد، باید بتوان به‌صورت یکپارچه از نظریه کوانتوم برای توصیف همهٔ پدیده‌ها – حتی آگاهی انسان – استفاده کرد. اما این کار هنوز در حد فرضیه‌های فلسفی باقی مانده است.

آیا به نظریه‌ای جامع‌تر نیاز داریم؟

نظرسنجی Nature همچنین نشان داد که تنها ۲۴٪ از فیزیک‌دانان شرکت‌کننده، به درستی تفسیر انتخابی خود اطمینان دارند. این رقم پایین به‌وضوح نشان‌دهندهٔ تردیدهای گسترده دربارهٔ درک کنونی ما از واقعیت کوانتومی است. جالب‌تر اینکه بیش از سه‌چهارم پاسخ‌دهندگان معتقدند که روزی نظریهٔ فعلی با نظریه‌ای فراگیرتر جایگزین خواهد شد. این دیدگاه، یادآور همان چیزی است که در قرون وسطی دربارهٔ مکانیک بطلمیوسی رخ داد؛ نظریه‌ای که با وجود دقت نسبی، سرانجام جای خود را به نظریهٔ گالیله و کپلر داد. شاید فیزیک کوانتومی نیز در مرحله‌ای گذار باشد و در آینده‌ای نه‌چندان دور، چارچوبی گسترده‌تر و یکپارچه‌تر جای آن را بگیرد. این نظریهٔ جدید باید بتواند نه‌فقط نتایج دقیق‌تری ارائه دهد، بلکه تصویری قابل‌درک‌تر و شهودی‌تر از واقعیت فیزیکی نیز به همراه داشته باشد.

خلاصه

فیزیک کوانتومی، علی‌رغم دقت بالایش در پیش‌بینی پدیده‌ها، همچنان در درک واقعیت بنیادی با ابهام روبه‌روست. دیدگاه‌های مختلفی از تفسیر کپنهاگی گرفته تا نظریهٔ چندجهانی، سعی در توجیه رفتارهای عجیب ذرات زیراتمی دارند. هنوز هیچ‌کدام از این تفسیرها اجماع علمی ایجاد نکرده‌اند و فیزیک‌دانان به تقسیم‌شدگی عمیقی دچارند. در نتیجه، بسیاری انتظار دارند که روزی نظریه‌ای جامع‌تر از دل این پرسش‌های بی‌پاسخ پدیدار شود.

❓ پرسش‌های رایج (FAQ)

۱. چرا فیزیک‌دانان هنوز دربارهٔ فیزیک کوانتوم به توافق نرسیده‌اند؟
زیرا نظریهٔ کوانتوم فقط نتایج را پیش‌بینی می‌کند و تفسیر اینکه این نتایج به چه واقعیتی اشاره دارند، همچنان محل بحث است.

۲. تفسیر کپنهاگی چیست؟
دیدگاهی است که می‌گوید وضعیت ذره تنها هنگام مشاهده مشخص می‌شود و قبل از آن در چند حالت ممکن هم‌زمان وجود دارد.

۳. تفسیر چندجهانی چه تفاوتی دارد؟
در این دیدگاه، هیچ فروپاشی تابع موج وجود ندارد و تمام نتایج ممکن در جهان‌های موازی جداگانه رخ می‌دهند.

۴. آیا نظریه کوانتوم روزی کنار گذاشته می‌شود؟
بسیاری از فیزیک‌دانان معتقدند که نظریه‌ای جامع‌تر و یکپارچه‌تر، در آینده جایگزین نظریه کوانتومی کنونی خواهد شد.

۵. آیا فیزیک کوانتومی در زندگی روزمره ما نقش دارد؟
بله، بسیاری از فناوری‌ها مانند لیزر، MRI، و تراشه‌های کامپیوتری بر پایه معادلات کوانتومی ساخته شده‌اند.