واقعیت پشت تابع موج و نسبیت

توضیح اینشتین از غیرقابل توضیح

می توان واقعیت را به عنوان جهان یا وضعیت چیزها به گونه ای که در واقع وجود دارند، در مقابل دیدگاه ایده آلیستی یا ایدئولوژیک از آنها تعریف کرد.

در حال حاضر دو راه وجود دارد که علم تلاش می کند تا واقعیت جهان ما را توضیح دهد و تعریف کند. اولین مورد مکانیک کوانتومی یا شاخه ای از فیزیک است که تکامل خود را بر اساس احتمالات مرتبط با تابع موج تعریف می کند. دیگری محیط قطعی نسبیت است که آن را بر حسب تعامل فیزیکی بین فضا و زمان تعریف می کند.

به طور خاص، نسبیت موقعیت های مشاهده شده ذرات را نسبت به جایی که نقطه تعیین کننده مرکز جرم آنها قرار دارد، تعیین می کند.

در حالی که مکانیک کوانتومی از تفسیر ریاضی تابع موج برای تعیین محتمل ترین موقعیت یک ذره در هنگام مشاهده استفاده می کند.

از آنجایی که همه ما در یک جهان زندگی می کنیم، انتظار دارید که رویکرد احتمالی مکانیک کوانتومی با رویکرد قطعی اینشتین سازگار باشد. متأسفانه آنها دو دنیای متفاوت را تعریف می کنند که به نظر ناسازگار می رسند. یکی وجود را بر حسب احتمالات تعریف می کند، در حالی که دیگری آن را بر اساس ویژگی های قطعی مکان و زمان تعریف می کند.

با این حال، برای نشان دادن اینکه چرا این احتمالات با جبر نسبیتی ناسازگار به نظر می‌رسند، حتی اگر چنین نیستند، لازم است تکامل محیط کوانتومی را بر اساس یک برهمکنش قطعی بین اجزای محیط فضا-زمان توضیح دهیم.

برای مثال، هنگام بازی تاس در یک کازینو، اکثر ما متوجه می‌شویم که احتمال آمدن یک تاس مربوط به یا ناشی از تعامل فیزیکی آن با ویژگی‌های میز کازینویی است که در آن ریخته می‌شود. به عبارت دیگر، چیزی که این واقعیت را تعیین می‌کند که یک شش می‌آید، احتمال به دست آوردن آن نیست، بلکه تعامل قالب با میز و کازینویی است که در آن اشغال می‌شود.

این نشان می دهد که برای نشان دادن “واقعیت” در پشت تابع موج، باید توضیح داد که چگونه محیط آن بر حسب نحوه تعامل اجزای فیزیکی فضا-زمان برای تعیین موقعیت ذرات، تکامل می یابد.

این واقعیت که نسبیت تکامل فضا-زمان را بر حسب انرژی منتشر شده توسط موج الکترومغناطیسی تعریف می کند، در حالی که مکانیک کوانتومی آن را بر اساس تکامل ریاضی تابع موج تعریف می کند، نقطه شروعی را به ما می دهد. این به این دلیل است که فرض می‌کند که تکامل در هر دو موجی است.

برای تعریف موقعیت یک ذره بر حسب خواص قطعی نسبیت، می توان از علم مکانیک موج همراه با این واقعیت استفاده کرد که نسبیت به ما می گوید که یک موج الکترومغناطیسی به طور پیوسته در فضا-زمان حرکت می کند، مگر اینکه توسط کسی که مشاهده می کند یا مانع آن شود. چیزی در تعامل با آن این باعث می شود که انرژی آن در فضای سه بعدی محدود شود. علم مکانیک امواج نیز به ما می گوید که “دیوارهای” سه بعدی این محصور باعث می شود که انرژی آن به خود منعکس شود، بنابراین یک موج تشدید یا ایستاده در فضای سه بعدی ایجاد می کند. این باعث می‌شود که انرژی موج فرو بریزد و در نقطه‌ای از فضا متمرکز شود که یک ذره در آن تشخیص داده شود. علاوه بر این، مکانیک موج همچنین به ما می گوید که انرژی یک سیستم تشدید، مانند یک موج ایستاده، فقط می تواند مقادیر گسسته یا کوانتیزه شده مربوط به بنیادی یا هارمونیک فرکانس بنیادی آن را بگیرد. این بدان معنی است که یک ذره حجم گسترده ای از فضای تعیین شده توسط طول موج موج ایستاده آن را اشغال می کند.

به عبارت دیگر، آنچه تعیین کننده این واقعیت است که یک ذره در جایی که ظاهر می شود ظاهر می شود نه با احتمالات مرتبط با تابع موج، بلکه توسط یک برهمکنش قطعی یک موج الکترومغناطیسی با خواص فیزیکی فضا-زمان تعیین می شود.

(توجه: ما از موقعیت ذرات برای ایجاد ارتباط بین احتمالات مکانیکی کوانتومی و جبر نسبیت استفاده خواهیم کرد، اما منطق یکسانی برای همه جفت‌های مزدوج اعمال می‌شود.)

با این حال، تفسیر احتمالی تابع موج واقعیت آن را تعیین می کند زیرا از یک نقطه ریاضی برای نشان دادن موقعیت ذره ای استفاده می کند که به طور دلخواه نسبت به مرکز ذره قرار می دهد. بنابراین، تصادفی بودن جایی که این نقطه نسبت به مرکز ذره است، باعث می شود موقعیت آن در هنگام مشاهده، به طور تصادفی در فضا توزیع شود. این بدان معنی است که موقعیت آن باید بر حسب احتمالات برای میانگین انحرافات ناشی از این قرارگیری تصادفی تعیین شود.

با این حال، همانطور که قبلا ذکر شد، واقعیت موقعیت ذرات را در رابطه با نقطه ای که مرکز جرم آنها را تعیین می کند، تعیین می کند. بنابراین، از آنجایی که نسبیت، مانند مکانیک کوانتومی، نمی تواند دقیقاً تعیین کند که آن نقطه کجاست، باید موقعیت دقیق آنها را نیز بر حسب احتمالات تعیین کند.

با این حال، تعداد زیاد ذرات در اجرامی مانند ماه یا سیاره می‌تواند به میانگین انحراف موقعیت هر ذره منفرد منجر شود که قطعی به نظر می‌رسد.

اما همین منطق در مورد محیط کوانتومی نیز صدق می کند، زیرا انحرافات احتمالی آن از موقعیت یک ذره، موقعیت اجرام بزرگی مانند مادر و سیارات را قطعی می کند.

این نشان می دهد که دلیل اینکه جهان ما در مقیاس کوانتومی نامشخص به نظر می رسد در حالی که در سطح ماکروسکوپی قطعی است این است که، مانند نسبیت، این انحرافات با تعداد زیادی ذرات در اجرامی مانند ماه و سیارات به طور میانگین محاسبه می شوند.

همانطور که قبلاً ذکر شد، می‌توان واقعیت را به‌عنوان جهان یا وضعیتی که در واقع وجود دارد، در مقابل دیدگاه ایده‌آلیستی یا ایدئولوژیک آنها تعریف کرد.

بنابراین، همانطور که در بالا نشان داده شد، می توان واقعیت جهان احتمالی مکانیک کوانتومی و جهان قطعی نسبیت را با فرض وجود واقعی یک موج الکترومغناطیسی که تکامل آن را می توان با ایده شرطی تابع موج تعریف کرد، تعریف کرد.