تصویر شماره 1
جهت بردار L، جهت چرخش کلاسیک را تعیین می‌کند و طول بردار L، سرعت چرخش کلاسیک را نشان می‌دهد.

@Cosmos_language

تصویر شماره 2
بردار آبی رنگی که از قطب S به قطب N ذره رسم شده، نشان دهنده جهت اسپین در راستای محور z است.
مقدار اسپین ½ و جهت "بالا" و "پایین"، با علامت "+" و "−" پشت ½ تعیین می‌شود.

@Cosmos_language

2- حتی اگر ماده‌ای از اتم‌های مغناطیسی ساخته شده باشد، باز هم ممکن است مغناطیسی نباشد زیرا ممکن است آرایش الکترونی اتم‌های تشکیل دهنده این مواد، در جهت‌های متفاوتی باشد که در نتیجه میدان‌های مغناطیسی یک اتم، توسط اتم دیگر خنثی می‌شود. درصد کمی از مواد، دارای اتم‌های هم جهت بوده و بنابراین میدان‌های مغناطیسی یکدیگر را تقویت کرده و در نهایت، رفتار مغناطیسی از خود بروز می‌دهند.

مورتون تاول، استاد فیزیک در کالج واسر نیویورک:
«زمانی که ذرات بنیادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کنند، مانند آهن‌رباهای کوچک رفتار کرده و در واقع منحرف می‌شوند. در دنیای کلاسیکی، یک شئ باردار و در حال چرخش، ویژگی‌های مغناطیسی دارد که بسیار شبیه به همین ویژگی‌های ذرات بنیادی است. از آنجایی که فیزیکدانان، شباهت‌ها را دوست دارند، این ویژگی ذرات بنیادی را نیز به صورت چرخش آن‌ها توصیف می‌کنند. متاسفانه، این شباهت محکوم به شکست است و ما در واقع نمی‌توانیم الکترون را به صورت یک ذره در حال چرخش، تصور کنیم. آزمایش‌ها نشان می‌دهند الکترون به وسیله میدان‌های مغناطیسی، منحرف می‌شود. اگر در مورد چرخش الکترون به دور خودش، پافشاری کنیم، یک تناقض به وجود می‌آید: برخلاف پرتاب یک توپ نرم بیسبال، اسپین یا چرخش یک الکترون، هرگز تغییر نمی‌کند و تنها دو جهت ممکن دارد. از طرفی با توجه به قواعد مکانیک کوانتومی، نمی‌توان مدعی شد که الکترون‌ها و پروتون‌ها، اشیاء صلب و سفتی هستند.»

کورت باخمن استاد کالج بیرمنگام:
«با شروع دهه 1920 میلادی، "اوتو اشترن" و "والتر گرلاخ" از دانشگاه هامبورگ در آلمان، مجموعه‌ای از آزمایش‌های پرتوی اتمی را انجام دادند. با علم به اینکه همه بارهای در حال حرکت، میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند، آن‌ها تصمیم گرفتند تا این میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط الکترون‌ها را اندازه گیری کنند. این دو فیزیکدان دریافتند که اگر الکترون‌ها، به سرعت به دور خود بچرخند، میدان‌های مغناطیسی کوچکی مستقل از میدان‌های حاصله از حرکت اوربیتالی‌شان، تولید می‌شود. در نتیجه، واژه اسپین (به معنای چرخش) برای توصیف این چرخش واضح حرکت‌های زیراتمی استفاده شد.
اسپین کوانتومی، یک کمیت فیزیکی عجیب و غریب است. اگرچه برخی افراد، این کمیت را به چرخش سیاره‌ای تشبیه می‌کنند، اما بر اساس اندازه‌های شناخته شده ذرات زیراتمی، این ذرات باردار برای تولید اندازه حرکت‌های مغناطیسی قابل اندازه گیری، باید سریع‌تر از سرعت نور حرکت کنند. از طرفی، اسپین، کوانتیزه یا دارای مقادیر گسسته است، یعنی تنها اسپین‌های خاصی، مجاز هستند. این عوامل باعث می شود تا اسپین کوانتومی، یکی از چالش برانگیزترین جنبه‌های مکانیک کوانتومی به شمار رود.
با یک نگاه جامع‌تر در می‌یابیم که اسپین یک ویژگی ضروری و بسیار تأثیرگذار بر الکترون‌ها و هسته‌ها در اتم‌ها و مولکول‌هاست و دنیای شیمی و فیزیک حالت جامد را می‌سازد. اسپین، بخش ضروری تمام برهمکنش‌های میان ذرات زیراتمی در پرتوهای ذرات با انرژی بسیار بالا و سیالات با دمای پایین است. بسیاری از فرآیندهای فیزیکی، از محدوده کوچکترین مقیاس‌های هسته‌ای تا بزرگترین فواصل اخترفیزیکی به برهمکنش‌های ذرات زیراتمی و اسپین‌های آن‌ها بستگی دارد.»

ویکتور استنگر، استاد فیزیک دانشگاه هاوایی:
«در فیزیک کلاسیک، تکانه زاویه‌ای یک متغیر پیوسته است. در حالی که در مکانیک کوانتومی، تکانه زاویه‌ای گسسته بوده و به صورت واحدهایی از ثابت پلانک تقسیم بر 4π، بسته بندی شده‌اند. نیلز بور در سال 1913 پیشنهاد کرد که تکانه زاویه‌ای کوانتومی، کوانتیزه شود و از این پیشنهاد برای توضیح و تفسیر طیف هیدروژن استفاده کرد.
دانش کنونی ما می‌گوید ذرات بنیادی شامل کوارک‌ها، لپتون‌ها و بوزون‌ها هستند. این ذرات، همگی به صورت شبه نقطه‌ای فرض می‌شوند، بنابراین ممکن است از اینکه چگونه آن‌ها می‌چرخند متعجب شوید. یک پاسخ ساده این است که شاید آن‌ها هم از چیزی تشکیل شده باشند و به اصطلاح بنیادی نباشند. اما دلایل نظری عمیق‌تری ما را ملزم می‌کنند تا برای آن‌ها، چرخش قائل شویم. نکته قابل توجه به تفاوت بین فرمیون‌ها و بوزون‌ها بر می‌گردد. فرمیون‌ها از اصل طرد پاولی پیروی می‌کنند که بیان می‌کند دو فرمیون یکسان، نمی‌توانند در حالت کوانتومی یکسانی قرار بگیرند. بدون توجه به اصل طرد پاولی، شیمی هرگز جدول تناوبی نداشت! از طرف دیگر، بوزون‌ها تمایل دارند تا در یک حالت کوانتومی یکسان، جمع شوند که منجر به پدیده‌هایی مانند ابررسانایی و حالت چگال بوز-اینشتین می‌شود.»

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

اسپین کوانتومی

@Cosmos_language

اسپین کوانتومی و حالات خاص اسپین در #درهم_تنیدگی کوانتومی

@Cosmos_language

نظریه ماند

@Cosmos_language

نظریه "ماند": #ماده_تاریک در کار نیست، بیایید به نیوتن بازگردیم!

فرضیه‌ وجود ماده تاریک اولین بار برای توضیح اختلاف میان محاسبات جرم کهکشان‌ها و کل جهان مطرح شد. سرعت چرخش اجرام آسمانی به دور مرکز کهکشان ثابت است که این با پیش‌بینی قانون جهانی گرانش نیوتن، مغایرت دارد. از این ‌رو، فیزیکدانی به نام موردهای میلگروم (Mordehai Milgrom) با ارائه‌ نظریه‌ای به نام دینامیک اصلاح یافته‌ی نیوتن (Modified Newtonian Dynamics) یا به اختصار نظریه ماند (MOND) سعی می‌کند با اصلاح قانون گرانش نیوتن، مسئله چرخش کهکشانی را توضیح دهد که در این صورت دیگر نیازی به وجود ماده تاریک نیست!
دینامیک اصلاح شده‌ی نیوتنی، به جای فرض وجود ماده‌ تاریک و انرژی تاریک، (که طبق مدل استاندارد کیهان ‌شناسی، حدود %95.1 از کل محتوای جرم-انرژی جهان را تشکیل داده) فیزیک نیوتنی را اصلاح می‌کند. میلگروم هفتاد ساله می‌تواند سومین فرد مدعی برای اصلاح فیزیک نیوتنی باشد؛ اولین فرد ماکس پلانک (با نظریه‌ کوانتومی)، پس از آن انیشتین (با نظریه‌ نسبیت) و اکنون او. امسال پنجاهمین سال حضور میلگروم در مؤسسه علوم وایزمن (Weizmann) است.
این پست، مصاحبه‌ی سایت ناتیلوس با این فیزیکدان اسرائیلی است:

1- چه چیزی به شما الهام بخشید که زندگی خود را به حرکت ستاره‌ها اختصاص دهید؟
من خیلی خوب به خاطر می‌آورم که فیزیک چطور ذهن مرا به خود مشغول کرد. من 16 سال داشتم و بسیار فراتر از درک همسالانم، فکر می‌کردم که فیزیک راهی است برای درک چگونگی عملکرد عالم. این یک برنامه دراز مدت نبود، بلکه جاذبه روزانه‌ من بود. من به سادگی فیزیک را دوست داشتم، همان طور که دیگران عاشق هنر و ورزش هستند. روزی نبود که رویای کشف بزرگی، مانند اصلاح نظریه‌ نیوتن را در سر نداشته باشم. من معلم فیزیک فوق العاده‌ای در مدرسه داشتم، اما وقتی کتاب‌های درسی را مطالعه می‌کنید، در واقع در حال مطالعه‌ نتیجه‌ اندازه‌گیری‌ها و معادلات هستید. شما در کتاب‌های درسی تلاش‌هایی که منجر به موفقیت علمی می‌شوند را نمی‌بینید، تلاش‌های دانشمندان برای حل مسائل حل نشده، پیشرفت‌هایشان که به طور مستقیم صورت می‌گیرد و اشتباه‌هایی را که اغلب مرتکب می‌شوند را نمی‌بینید. در مدرسه به شما این‌ها را نمی‌آموزند. آن‌ها به شما می‌آموزند که علم همیشه پیش می‌رود؛ بدنه‌ای از دانش وجود دارد و سپس کسی، چیزی را کشف می‌کند و این بدنه را گسترش می‌دهد. اما واقعاً اینطور نیست، پیشرفت علم هرگز خطی نبوده است.

2- چگونه درگیر مسئله ماده تاریک شدید؟
در پایان تحصیلات دکترایم، گروه فیزیک اینجا نیاز به توسعه داشت، به همین دلیل از سه دانشجوی ممتاز دکتری فیزیک ذرات خواستند که حوزه‌ی پژوهشی جدیدی را برای فوق دکتری انتخاب کنند. ما اخترفیزیک را انتخاب کردیم و مؤسسه‌ وایزمن ما را به عنوان دانشجوی فوق دکتری پذیرفت و بورسیه خارج از کشور کرد. بنابراین من به کرنل رفتم تا کاستی‌هایم در اخترفیزیک را برطرف کنم. پس از گذشت چند سال مطالعه در مورد اخترفیزیک انرژی بالا و کار بر روی فیزیک تابش اشعه‌ ایکس در فضا، تصمیم گرفتم زمینه‌ دیگری را برای مطالعه انتخاب کنم؛ دینامیک کهکشان‌ها. چند سال قبل از آن بود که اولین اندازه ‌گیری دقیق سرعت چرخش ستاره‌های کهکشان مارپیچی انجام شده بود، ولی این اندازه‌گیری‌ها در توافق با محاسبات فیزیک نیوتن نبود. برای درک این مشکل، باید سری بزنیم به برخی از چرخش‌های آسمانی. سیاره‌ ما به دور خورشید می‌چرخد که آن نیز به نوبه خود به دور مرکز کهکشان راه شیری می‌چرخد. درون منظومه‌ شمسی، کشش گرانشی ناشی از جرم خورشید و سرعت سیارات با هم در تعادل هستند. طبق قوانین نیوتن، سیاره‌ عطارد (Mercury)، با سرعتی بیش از 160,000 کیلومتر در ساعت در حال چرخش به دور خورشید است، در حالی که بیرونی‌ترین سیاره، یعنی نپتون، با سرعت 16,000 کیلومتر در ساعت حرکت می‌کند.
حالا شما می‌توانید همین منطق را به کهکشان‌ها اعمال کنید؛ دورترین ستاره از مرکز کهکشان، کندترین چرخش را به دور آن دارد؛ یعنی با توجه به پیش‌بینی فیزیک نیوتنی، با افزایش فاصله‌ اجرام از مرکز کهکشان، سرعت چرخش آن‌‌ها کاهش می‌یابد. اگر چه، اندازه‌گیری‌ها در شعاع‌های کوچکتر، مطابق پیش‌بینی‌های فیزیک نیوتنی بودند، اما اندازه‌گیری سرعت ستاره‌های دورتر ثابت کرد که آن‌ها با سرعتی بسیار بیشتر از پیش‌بینی‌های کشش گرانشیِ جرمی که در این کهکشان‌ها دیده می‌شود، حرکت می‌کنند. وقتی در اواخر سال 1970، تلسکوپ‌های رادیویی قادر به آشکارسازی و اندازه ‌گیری ابرهای گازی سرد در حاشیه‌ کهکشان‌ها شدند، این تناقض بسیار گسترده‌تر شد. این ابرها 5 برابر بیشتر از ستاره‌ها به دور مرکز کهکشان می‌چرخند و به همین دلیل، این تناقض به یک پازل علمی بزرگ تبدیل شد.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

نظریه ماند

@Cosmos_language

یکی از راه‌حل‌های ساده‌، این است که ماده‌‌ بیشتری اضافه کنید. اگر جرم قابل مشاهده‌ خیلی کمی در مرکز کهکشان‌ها برای محاسبه‌ سرعت ستاره‌ها و گازها وجود دارد، احتمالاً ماده‌ بیشتری باید وجود داشته باشد، ماده‌ای که نمی‌توانیم آن را ببینیم، این همان چیزی است که به عنوان ماده‌ تاریک می‌شناسیم!

3- اولین چیزی که باعث شد فکر کنید ماده تاریک وجود ندارد چه بود؟
چیزی که به ذهنم رسید وجود چندین نظم در این تناقض بود. سرعت‌های چرخشی نه تنها بزرگتر از حد انتظار بود، بلکه مستقل از شعاع هم بود. چرا؟ مطمئناً، اگر ماده‌ تاریک وجود داشته باشد، سرعت ستاره‌ها بزرگتر خواهد بود، اما منحنی‌های چرخش (منظور از منحنی چرخش، نمودار سرعت چرخشی بر حسب تابعی از شعاع است)، بسته به توزیع آن، می‌تواند بالا و پایین برود. اما در حقیقت اینطور نیست، سرعت چرخش ستاره‌ها به دور مرکز کهکشان یکنواخت است. بنابراین، در سال 1980 با شرایط زیر به مؤسسه‌ Advance Studies در پرینستون رفتم؛ اگر سرعت چرخشی ثابت باشد، شاید ما باید به دنبال یک قانون جدید در طبیعت باشیم. اگر فیزیک نیوتنی نمی‌تواند منحنی‌های ثابت را پیش‌بینی کند، شاید ما باید نظریه‌ نیوتن را اصلاح کنیم، نه اینکه نوع جدیدی از ماده را فقط برای اندازه گیری‌هایمان آماده کنیم.
اگر قصد دارید قوانین طبیعت را طوری تغییر دهید که در منظومه‌ شمسی ما خوب کار کنند، باید ویژگی‌هایی را پیدا کنید که منظومه‌ شمسی را از کهکشان‌ها متمایز می‌کند. بنابراین من نموداری از خواص مختلف مانند اندازه، جرم، سرعت چرخش و غیره را تهیه کردم. هر پارامتری را در زمین، منظومه‌ شمسی و تعدادی از کهکشان‌ها به کار بردم. برای مثال، کهکشان‌ها از منظومه‌ شمسی بزرگتر هستند، بنابراین شاید قوانین نیوتن در فواصل بزرگ کار نمی‌کند. اما اگر این درست بود، انتظار می‌رفت که انحراف چرخش در کهکشان‌ها بزرگ و بزرگتر شود، در حالی که در واقعیت اینطور نیست. بنابراین من از آن ویژگی عبور کردم و به ویژگی بعدی هدایت شدم. در نهایت، فکری طلایی به ذهنم رسید: روشی که سرعت اجسام را تغییر می‌دهد.
ما معمولاً در فکر اتومبیل‌های زمینی که در یک جهت شتاب می‌گیرند هستیم، اما یک چرخ و فلک را تصور کنید. شما می‌توانید به حلقه‌ها بروید و همچنان شتاب بگیرید. در غیر این صورت، شما به سادگی می‌افتید. همین را می‌توان برای چرخش‌های آسمانی نیز تعمیم داد. به دلیل این شتاب است که ما تفاوت بزرگ در مقیاس‌ها را می‌بینیم و این موضوع، نظریه‌ نیوتن اصلاح شده را توجیه می‌کند؛ شتاب نرمال برای چرخش یک ستاره به دور مرکز یک کهکشان حدود صد میلیون بار کوچکتر از شتاب چرخش زمین به دور خورشید است.
برای این شتاب ‌دهنده‌های کوچک، نظریه ماند یک ثابت جدید از طبیعت را به نام a₀ معرفی می‌کند. اگر فیزیک دبیرستان را مطالعه کرده‌اید، احتمالا قانون دوم نیوتن را به یاد می‌آورید، نیرو برابر حاصل ضرب جرم در شتاب یا F=ma است. در حالی که این معادله فقط برای شتاب‌های بسیار بیشتر از a₀ کاملاً مناسب است، مثل سیارات اطراف خورشید؛ من پیشنهاد کردم که در شتاب‌های بسیار پایین‌تر، حتی پایین‌تر از شتاب چرخش خورشید به دور مرکز کهکشان، نیرو متناسب با مربع شتاب است، یا F=ma²/a₀. به عبارت دیگر: طبق قوانین نیوتن، سرعت چرخش ستاره‌های دورتر نسبت به ستاره‌هایی که در مرکز کهکشان هستند، کمتر است. اگر نظریه ماند درست باشد، سرعت چرخش ستاره‌ها و گازها به دور مرکز کهکشان باید یکنواخت باشد که این امر، نیاز به وجود ماده‌ تاریک را از بین می‌برد.

4- همکاران شما در پرینستون در مورد این ایده‌ها چه فکری کردند؟
من این افکار را با همکارانم در پرینستون به اشتراک نگذاشتم. نگران بودم که مرا دیوانه خطاب کنند و در آن هنگام، در سال 1981 وقتی که من قبلا ایده‌ روشنی از نظریه ماند داشتم، نمی‌خواستم کسی طرف من را بگیرد، به همین جهت، حتی فکر صحبت کردن در مورد آن با دیگران، دیوانگی بود. نیازی نیست کسی طرف من باشد [خنده]، حتی زمانی که من به شدت نیاز به تأییدشان داشتم.

5- خب شما 35 سال داشتید و پیشنهاد کردید نظریه نیوتنی را اصلاح کنید.
چرا که نه؟ اگر چیزی کار نمی‌کند، آن را اصلاح کنید. من سعی نکردم جسور باشم. من در آن زمان خیلی ساده بودم و نمی‌دانستم که دانشمندان فقط تحت تأثیر افراد دیگری از انجمن‌ها و منافعش قرار می‌گیرند.

6- درست مثل کتاب "ساختار انقلاب‌های علمی" توماس کوهن.
من این کتاب را دوست دارم و چندین بار آن را خوانده‌ام. این کتاب به من نشان داد که داستان زندگی من چگونه برای بسیاری از دانشمندان دیگر در طول تاریخ اتفاق افتاده است. مطمئناً درست کردن سرگرمی از افرادی که با علم خوبی که می‌شناسیم مخالفت می‌کنند، آسان است؛ اما آیا ما متفاوت هستیم؟

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

نظریه ماند

@Cosmos_language

کوهن تأکید می‌کند که این مخالفان معمولاً دانشمندان خوبی هستند که دلایل خوبی برای مخالفت دارند. این مخالفان معمولاً نقطه نظر منحصر به فردی دارند که توسط اکثر افراد دیگر به اشتراک گذاشته نشده است. حالا در موردش می‌خندم، چون نظریه ماند چنین پیشرفت‌هایی را انجام داده، اما زمانی هم بود که احساس افسردگی و انزوا داشته باشم.

7- آیا این یک سنت‌شکنی علمی است؟
به طور کلی، 35 سال گذشته، هیجان انگیز و متقاعد کننده بوده، زیرا من از یک سنت‌شکنی علمی دفاع کرده‌ام. با وجود دوران دلهره‌آور و تردید، من بیشتر ترجیح می‌دهم که این را به زمان بسپارم. من از همان ابتدا کاملاً معتقد بودم که نظریه ماند به طور بنیادی درست است، که این اعتقاد به من کمک زیادی کرد تا این همه گام بردارم، اما طولانی شدن مخالفت با نظریه ماند دو فایده‌ بزرگ هم برای من داشت: اولاً، به من زمان داد تا سهم بیشتری به نظریه ماند اختصاص دهم تا اینکه به زودی جامعه را از طرفداران نظریه ماند پر کنم. ثانیاً، هنگامی که نظریه ماند پذیرفته می‌شود، مخالفت طولانی و گسترده با آن فقط ثابت می‌کند که یک ایده‌ غیر منتظره است.
من در پرینستون، سه مقاله‌ معرفی نظریه ماند به جهان را مخفیانه نوشته بودم. با این حال، انتشار آن‌ها یک داستان کاملاً متفاوت بود. ابتدا شالوده‌ مقاله را به مجلاتی مانند Nature و Astrophysical Journal Letters فرستادم و تقریباً بدون تأمل رد شد. مدت زمان زیادی طول کشید تا همه‌ این سه مقاله در مجله‌ Astrophysical Journal منتشر شد.
اولین فردی که درباره‌ نظریه ماند شنید، همسرم بود. صادقانه بگویم، وقتی این را می‌گویم چشمانم پر از اشک می‌شود. همسرم دانشمند نیست، اما او بزرگترین پشتیبان من بوده است. اولین دانشمند حامی نظریه ماند یک سنت‌شکن فیزیک به نام مرحوم پروفسور ژاکوب بکنستین بود. او اولین کسی بود که پیشنهاد می‌کرد سیاه‌چاله‌ها باید یک آنتروپی مشخص داشته باشند و بعدها آنتروپی بکنستین-هاوکینگ را معرفی کرد. پس از اینکه سه مقاله‌ اولیه‌ نظریه ماند را ارائه کردم، پیش‌نویس مقالات را به چندین متخصص اخترفیزیک فرستادم، اما ژاکوب اولین دانشمندی بود که من راجع به نظریه ماند با او صحبت کردم. او از همان ابتدا علاقه‌مند و مشوق من بود.
این مخالفت کوچک با ماده‌ تاریک فقط از دو فیزیکدان شروع شد و به آرامی اما به طور حتم، تا چند صد نفر یا حداقل به دانشمندانی که نظریه ماند را جدی گرفته بودند، افزایش پیدا کرد. ماده‌ تاریک هنوز به یک توافق عام علمی تبدیل نشده، اما در حال حاضر نظریه ماند، مخالف سرسخت ماده‌ تاریک است که اعلام می‌کند ماده‌ تاریک، "اتر" نسل ماست. پس چه اتفاقی افتاد؟ با توجه به آزمایش‌هایی که تاکنون صورت گرفته، وجود ماده‌ تاریک به اثبات نرسیده است‌. گروه جستجوکننده‌ ماده‌ تاریک با آزمایش‌هایی، از جمله LHC، بسیاری از آزمایش‌های زیرزمینی و چندین مأموریت فضایی، به طور مستقیم به وجود آن نرسیده‌اند. در همین حال، نظریه ماند تا به امروز، به دقت قادر به پیش‌بینی چرخش کهکشان‌های مارپیچی بیشتر و بیش از 150 کهکشان بوده است.

8- برخی مقالات ادعا می‌کنند نظریه ماند قادر به پیش‌بینی دینامیک کهکشان‌های خاص نیست.
این درست است و کاملاً خوب است، زیرا پیش‌بینی‌های نظریه ماند بر اساس اندازه‌گیری‌هاست. با توجه به توزیع منظم و تنها مواد قابل مشاهده، نظریه ماند می‌تواند دینامیک کهکشان‌ها را پیش‌بینی کند، اما این پیش‌بینی بر اساس اندازه‌گیری‌های اولیه‌ ماست. ما نور آمده از یک کهکشان را برای محاسبه جرم آن اندازه ‌گیری می‌کنیم، اما اغلب فاصله‌ تا آن کهکشان را به طور قطعی نمی‌دانیم، بنابراین برای ما مشخص نیست که این کهکشان واقعاً چقدر بزرگ است و متغیرهای دیگری مانند گاز مولکولی وجود دارد که ما نمی‌توانیم آن را مشاهده کنیم. پس بله، بعضی از کهکشان‌ها کاملا مطابق پیش‌بینی‌های نظریه ماند نیستند. اما در کل، تقریباً یک معجزه است که ما اطلاعات کافی در مورد کهکشان‌ها داریم تا بارها و بارها نظریه ماند را اثبات کنیم.

9- مخالفان شما می‌گویند بزرگترین نقص نظریه ماند، ناسازگاری آن با فیزیک نسبیت است.
در سال 2004، بکنستین نظریه‌ گرانش نسبیت خود یا (TeVeS) را برای نظریه ماند پیشنهاد کرد. از آن به بعد، چندین فرمول‌بندی متنوع نظریه ماند نسبیتی، از جمله یکی از نظریه‌های من، به نام (Bimetric MOND) یا (BIMOND)، مطرح شده است. بنابراین، نه، ادغام نظریه ماند به فیزیک انیشتینی دیگر یک چالش نیست. چندین نسخه‌ نسبیتی از نظریه ماند وجود دارد. چه چالش دیگری باقی مانده تا نشان دهد که نظریه ماند می‌تواند ناهنجاری‌های جرمی در کیهان‌شناسی را حساب کند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

نظریه ماند

@Cosmos_language

10- استدلال دیگری که کیهان‌شناسان اغلب انجام می‌دهند این است که ماده تاریک نه فقط برای حرکت در داخل کهکشان‌ها بلکه در مقیاس‌های حتی بزرگتر نیز مورد نیاز است. نظریه ماند در آن مورد چه می‌تواند بگوید؟
مطابق نظریه‌ بیگ بنگ، جهان به عنوان یک تکینگی یکنواخت 13.8 میلیارد سال پیش آغاز شد و همان طور که در کهکشان‌ها، مشاهده‌ها ساخته شده از تابش پس زمینه‌ کیهانی از جهان اولیه نشان می‌دهد، گرانش کل ماده در جهان برای ایجاد الگوهای مختلفی که در حال حاضر مشاهده می‌کنیم به اندازه‌ کافی نیست؛ درست مثل کهکشان‌ها و ستاره‌ها، فقط در 13.8 میلیارد سال. بار دیگر، برای حل این مشکل از ماده‌ تاریک استفاده شد. تابشی را گسیل نمی‌کند، اما گرانش ماده‌ تاریک روی مواد قابل مشاهده به کار گرفته می‌شود. بنابراین، از دهه‌ 1980، عقاید تعصب آمیز جدیدی در مورد کیهان شناسی وجود داشت که می‌گفت ماده‌ تاریک حدود %95 از همه چیز در جهان را تشکیل می‌دهد. خب، این عقیده درست تا زمانی طول کشید که بمبی در سال 1998 به ما اصابت کرد. معلوم شد که گسترش جهان، شتابدار است و درست برخلاف تصور اولیه همه‌ ما، کاهش نمی‌یابد. هر نوع ماده‌ واقعی، تاریک یا معمولی، باید سرعت گسترش جهان را کاهش دهد. به همین دلیل و برای رفع این مسئله، نوع کاملاً جدیدی از انرژی تعریف شد؛ انرژی تاریک. اکنون کیهان شناسی مورد قبول، جهانی است که از %70 انرژی تاریک، %25 ماده‌ تاریک و %5 ماده‌ معمولی و قابل مشاهده تشکیل شده است. اما انرژی تاریک فقط راه حل سریعی برای رفع مسئله است، همانند ماده‌ تاریک و برای رفع مسئله در کهکشان‌ها، شما دو راه دارید؛ یا می‌توانید نوع کاملاً جدیدی از انرژی را از خود تعریف کنید و سپس سال‌ها تلاش کنید تا خواص آن را درک کنید، یا می‌توانید سعی کنید نظریه‌ خود را اصلاح کنید.
در میان نظریه‌های دیگر، نظریه ماند به یک ارتباط بسیار عمیق بین ساختار و دینامیک کهکشان‌ها و کیهان‌‌شناسی اشاره می‌کند. این در فیزیک مورد قبول، انتظار نمی‌رود. کهکشان‌ها ساختارهای کوچکی در مقیاس بزرگ جهان هستند و آن ساختارها می‌توانند بدون مخالفت توافق کیهان‌شناسی کنونی به طور متفاوت رفتار کنند. با این حال، نظریه ماند این ارتباط را ایجاد می‌کند. این ارتباط شگفت آور است؛ به هر دلیلی، ثابت ماند یعنی a₀ نزدیک شتابی است که خود جهان مشخص می‌کند. در واقع، ثابت ماند برابر با مربع سرعت نور، تقسیم بر شعاع جهان است. بنابراین، در واقع، به سوال شما به صورت مبهم اشاره شد که در حال حاضر معتبر است. نظریه ماند هنوز کیهان‌شناسی کافی ندارد، اما ما در حال کار بر روی آن هستیم. و زمانی خواهد رسید که نظریه ماند را به طور کامل درک ‌کنیم، من معتقدم که ما همچنین به طور کامل گسترش جهان را درک خواهیم کرد و به طور برعکس یک نظریه‌ کیهان‌شناسی جدید نظریه ماند را توضیح می‌دهد. آیا شگفت انگیز نیست؟

11- در مورد نظریه‌های واحد فیزیک که نظریه ماند را با مکانیک کوانتومی ادغام می‌کنند، چه فکری می‌کنید؟
همه‌ این‌ها به مقاله‌ من در سال 1999 با عنوان (ماند به عنوان یک اثر خلأ) بر می‌گردد، در آن مقاله اشاره شد که خلأ کوانتومی در جهانی مانند جهان ما ممکن است رفتار ماند را درون کهکشان‌ها با ثابت کیهان‌شناسی ظاهر شده در معرض شتاب ثابت ماند یعنی a₀، ایجاد کند. اما من از قضیه‌هایی که از این هم فراتر رفتند بسیار سپاسگزارم، به خصوص به این دلیل که این قضیه‌ها توسط افرادی غیر از جامعه‌ سنتی ماند مطرح شده‌اند. بسیار مهم است که محققان دیگری از زمینه‌های دیگر علاقه‌مند به نظریه ماند شوند و ایده‌های جدیدی را برای درک ما از مبانی آن به ارمغان بیاورند.

12- و اگر شما یک نظریه واحد فیزیک داشتید که همه چیز را توضیح می‌داد، بعد چه؟
می‌دانید، من فردی مذهبی نیستم؛ اما من اغلب در مورد نقطه‌ آبی کوچکمان و کار سختی که ما فیزیکدانان انجام می‌دهیم فکر می‌کنم. چه کسی می‌داند؟ شاید در جایی خارج از آن، در یکی از آن کهکشان‌ها زندگی خود را صرف تحقیق کردم، در حال حاضر نظریه‌ واحد فیزیک، با تنوع ماند ساخته شده است. اما بعد من فکر می‌کنم، پس چه؟ ما هنوز سرگرم انجام محاسبات ریاضی بوده‌ایم. ما همچنان هیجان تلاش برای سر زدن به جهان اطرافمان را داشتیم، حتی اگر جهان هرگز متوجه آن نشده است.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

قضیه بل

@Cosmos_language

قضیه بل

یکی از عجیب‌ترین موضوعات فیزیک، اصل درهم تنیدگی کوانتومی است که بر اساس آن، دو ذره ظاهراً مستقل به صورت عجیبی با یکدیگر پیوند می‌خورند و به شکل یک سیستم عمل می‌کنند. این رفتار که به تفصیل توسط آلبرت انیشتین و نیلز بور مورد بحث و بررسی قرار گرفت، "تأثیر شبح‌وار در یک فاصله" نام‌گذاری شد. با این حال، فیزیکدانی به نام جان استوارت بل، راهی برای تشخیص وقوع یا عدم وقوع این رویداد ارائه کرد.

قضیه بل توسط فیزیکدان ایرلندی به نام جان استوارت بل (1990-1928) به عنوان ابزاری برای آزمودن پیوستگی ذرات از طریق درهم تنیدگی کوانتومی طراحی شد. بر طبق این قضیه، هیچ نظریه متغیر پنهانی نمی‌تواند از پسِ تمامی پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی بر آید. بل این قضیه را با ایجاد نامعادلات بل تأیید کرد؛ آزمایش‌ها حاکی از آن است که نامعادلات بل در سیستم فیزیک کوانتومی نقض می‌شوند. لذا باید برخی مفاد نظریه متغیرهای پنهان محلی اشتباه باشند.
در شرایطی که شما دو ذره با نام‌های A و B دارید و ذره‌ها در اثر درهم تنیدگی کوانتومی به یکدیگر وصل شده‌اند، ویژگی‌های A و B پیوندی با هم خواهند داشت. برای مثال، شاید اسپین ذره A معادل ½+ و اسپین ذره B معادل ½− باشد و یا برعکس. فیزیک کوانتومی به ما می‌گوید که تا زمانی که اندازه گیری صورت نگرفته باشد، این ذرات در حالات احتمالی منطبق بر هم و روی هم قرار می‌گیرند. یعنی ذرات A و B، در یک برهم نهی قرار دارند و نمی‌توان گفت اسپین ذرت A (یا B) پایین است یا بالا؛ تنها می‌توان گفت که اسپین A و B هم جهت هم است یا مخالف هم. مثلا اگر اسپین دو ذره، مخالف هم باشد، باز نمی‌توان تعیین کرد که در یک لحظه از زمان، اسپین کدام ذره بالاست و کدام ذره پایین است. در واقع در حالت برهم نهی، این دو ذره دیگر هیچ جهت اسپینی ندارند! فقط "مخالف هم" و یا "موافق هم" هستند.
با این حال، به محض اینکه اسپین A را "اندازه گیری" کنید، ذره A از حالت برهم نهی خارج می‌شود یعنی جهت اسپین آن از برهم نهی حالات بالا و پایین (هم زمان) به یکی از جهت‌های بالا یا پایین در می‌آید و یقیناً جهت اسپین ذره B را بدون نیاز به اندازه گیری مستقیم آن خواهید فهمید. برای مثال، اگر مقدار ذره A برابر با ½+ اندازه گیری شود، مقدار ذره B باید یقیناً ½− خواهد بود و برعکس.

معمایی که قضیه بل دارد این است که این اطلاعات چگونه از ذره A به ذره B انتقال می‌یابد. جان استوارت بل قضیه بل را در مقاله سال 1964 خود موسوم به "بررسی پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن" مطرح کرد. او در تحلیل‌هایش، فرمولی تحت عنوان نامعادلات بل به دست آورد که اظهاراتی احتمالی درباره تعداد دفعات درهم تنیدگی اسپین ذره A و ذره B بود.
آزمایشات فیزیک کوانتومی به نقض نامعادلات بل می‌پردازد، یعنی می‌باید یکی از فرضیه‌های اصلی نادرست باشد و تنها دو فرضیه وجود داشت که در تناسب با قضیه بود. یکی از فرضیه‌ها "واقعیت فیزیکی" یا "موضعیت" (Locality) رد می‌شد. شما اسپین ذره A را اندازه می‌گیرید. در کل، دو حالت پیش می‌آید: یا ذره B دارای اسپین مخالف است یا ذره B در حالت منطبق قرار دارد. اگر ذره B سریعاً تحت تأثیر اندازه گیری ذره A قرار گرفته باشد، فرضیه موضعیت نقض می‌گردد. به عبارت دیگر، پیامی به صورت "آنی" و بلافاصله از ذره A به ذره B فرستاده می‌شود، گرچه امکان تفکیک آن‌ها در فاصله‌ای بسیار زیاد وجود دارد. یعنی مکانیک کوانتومی در این حالت ویژگی‌های غیر موضعیت (non-locality) را به تصویر می‌کشد. اگر این پیام لحظه‌ای اتفاق نیفتد، تنها گزینه دیگر این خواهد بود که ذره B در حالت برهم نهی قرار دارد. پس اندازه گیری اسپین ذره B باید به طور کامل مستقل از اندازه گیری ذره A باشد. لذا نامساوی‌های بل نشان دهنده درصد زمانی هستند که اسپین های A و B باید در آن همبستگی داشته باشند.

آزمایش‌ها به دفعات نشان داده‌اند که نامساوی‌های بل نقض می‌شوند. متداول ترین تفسیر از نتیجه فوق این است که پیام میان A و B لحظه‌ای است. بنابراین، مکانیک کوانتوم، عامل غیر موضعیت را به تصویر می‌کشد (غیر موضعیت در مکانیک کوانتوم فقط به اطلاعات مشخصی مربوط می‌شود که میان دو ذره به صورت در‌هم تنیده‌اند مثلاً حالت اسپین ذره در مثال فوق). اندازه گیری A نمی‌تواند بلافاصله برای انتقال هر نوع اطلاعات دیگری به B در فواصل بسیار زیاد مورد استفاده قرار گیرد. در صورت مشاهده B، هیچ کس نمی‌تواند به طور مستقل ادعا کند که A اندازه گیری شده است یا خیر. بنا بر تفسیرهای گوناگون ارائه شده از جانب فیزیکدان‌های برجسته، برقراری ارتباط سریع‌تر از سرعت نور نیز در این حالت مقدور نخواهد بود.
به لحاظ ریاضی به دلیل خطی بودن جواب‌های خالص معادله شرودینگر ما می‌توانیم با جمع هر حالت دلخواه از حالت‌های خالص دوباره به یک جواب حالت خالص دست پیدا کنیم. این جواب‌ها عمود بر هم خواهند بود و این جواب خود یک جواب معادله شرودینگر است (همان حالت برهم نهی کوانتومی).

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

این واقعاً روی اعصاب من است وقتی مردم می‌گویند علم همه چیز را نمی‌داند.
علم می‌داند که همه چیز را نمی‌داند وگرنه متوقف می‌شد.
اما اینکه علم همه چیز را نمی‌داند، به این معنا نیست که شما می‌توانید این حفره‌ها را با هر افسانه‌ای که می‌خواهید پر کنید.

«دارا اُبراین»

@Cosmos_language

الگوی لاگرانژی، نگرش تازه‌ای به مفهوم زمان

مفهوم زمان، یکی از بنیادی‌ترین مفاهیمی است که در شهود و غریزه ما ریشه دوانده است. این ریشه چنان قوی بود که مردم تا قرن‌ها در درستی آن، هیچ شکی نداشتند. این دیدگاه از الگوی نیوتنی پیروی می‌کند که طبق آن رویدادهای آینده، از علتی در گذشته ناشی می‌شوند. اما با ظهور پدیده‌های عجیبی مانند درهم تنیدگی کوانتومی این ریشه، کمی سست‌تر شده و دانشمندان را وادار به تفکر بیشتر در مورد مفهوم مرموز زمان کرده است. الگوی لاگرانژی یکی از نگرش‌هایی است که دید ما را نسبت به زمان تغییر می‌دهد. در این نگرش، تفاوتی میان گذشته و آینده وجود ندارد؛ که همین امر سبب بروز پیامدهای عمیق فلسفی از جمله نادیده گرفتن اصل علیت می‌شود.

بر اساس برترین نظریه‌های فیزیک، تمام اندیشه‌های ما در مورد زمان اشتباهند. در نظریه نسبیت عام انیشتین، از لحاظ مفهومی، تمایزی بین گذشته و آینده وجود ندارد و فقط یک سیر عینی از «زمان حال» داریم. از طرفی پیشروی زمان هم معنی ندارد؛ در عوض تمام فضا و زمان، یک ساختار چهار بعدی می‌سازند که همه‌ی قوانین بنیادی فیزیک در هر دو زمان رو به جلو و رو به عقب در آن توضیح داده می‌شوند. پذیرش هیچ یک از این واقعیت‌ها برای ما آسان نیست، زیرا با تجربه ذهنی ما از زمان در تضاد مستقیم است. حتی برای فیزیکدانان هم پذیرش چنین مسئله‌ای مشکل است. اگرچه فیزیکدانان حرف از تقارن زمان می‌زنند، اما شهودشان به آن‌ها اجازه نمی‌دهد برای توضیح رویدادهای جهان، به آینده استناد کنند، بلکه فقط به گذشته استناد می‌کنند.

بیشتر ما وقتی توضیحات را فرمول بندی می‌کنیم، تمایل داریم طبق آنچه که توسط اسحاق نیوتن در 300 سال پیش، مطرح شد فکر کنیم. این الگوی نیوتنی، گذشته را مقدمه و اصلی برای توضیح آینده به کار برده و جهان ما را در مرحله‌ای از زمان توضیح می‌دهد. برخی محققین حتی فراتر رفته و جهان را محصول یک برنامه کامپیوتری جلو رونده در زمان تصور می‌کنند؛ تصویری که یک تعمیم طبیعی از این الگوست. با وجود اینکه در قرن اخیر، دید ما از زمان به طور چشمگیری تغییر کرده، هنوز هم الگوی نیوتنی به عنوان محبوب‌ترین چارچوب فیزیکی ما باقی مانده است. مشکل اینجاست که تفکر الگوی نیوتنی قدیمی در مورد پدیده‌های جدید با مقیاس کوانتومی به هیچ وجه توضیح خوبی ارائه نمی‌کند. اگر این پدیده‌ها به نظر ما غیر قابل توضیح به نظر می‌رسند، ممکن است فقط در تفکر خود در مورد آن‌ها در اشتباه هستیم! اگر آینده را مانند گذشته به حساب آوریم، توضیح بهتری خواهیم داشت، اما تفکر نیوتنی ذاتاً از چنین توضیحاتی که زمان در آن بی تأثیر است، ناتوان می‌باشد. برنامه‌های کامپیوتری فقط در یک جهت اجرا می‌شوند و تلاش برای ترکیب اجرای دو برنامه در جهات مخالف زمانی، به تناقض منجر می‌شود. اگر بخواهیم با آینده، درست مانند گذشته برخورد کنیم، واضح است که باید به فکر یک جایگزین برای الگوی نیوتنی باشیم.

ما یک جایگزین داریم! الگوی جایگزینی که در آن، فضا و زمان به صورت بی طرفانه بررسی می‌شوند. این روش که آن را به اصطلاح الگوی لاگرانژی می‌نامیم، ریشه‌های قدیمی دارد و ابزاری ضروری در تمام زمینه‌های فیزیک بنیادی است. اما حتی فیزیکدانانی که به ‌طور منظم از این روش استفاده می‌کنند، در مقابل آن مقاومت کرده‌اند؛ فکر الگوی لاگرانژی فقط یک ترفند ریاضیاتی نیست بلکه روشی برای توضیح جهان است. شاید ما به اندازه کافی نظریه‌های خود را جدی نگرفته‌ایم! الگوی لاگرانژی نه تنها توضیحات مبتنی بر آینده را مجاز می‌داند، بلکه به آن‌ها نیاز دارد. با حرکت آینده و گذشته روی یک مسیر، این چارچوب از تناقض دوری کرده و فرصت‌های جدید را برای توضیح فراهم می‌کند. این تنها دیدگاهی است که فیزیک برای دستیابی به موفقیت بزرگ بعدی نیاز دارد.

اولین گام به سمت درک الگوی لاگرانژی، این است که جریان تفکر نیوتنی را کاملاً کنار بگذاریم. این امر می‌تواند به بهترین نحو با کلی ‌نگری به نواحی فضا-زمان انجام شود؛ مثلاً به جای فریم‌های متوالی یک فیلم، مدت زمان کامل آن را به صورت یکجا در نظر بگیریم. ما می‌توانیم نواحی فضا-زمان را به صورت ساختارهای چهار بعدی محدود و با مرزهای فضایی و زمانی در ابتدا و انتهای این نواحی تصور کنیم. همه فیزیک کلاسیک، از الکتریسیته تا سیاهچاله‌ها می‌تواند با لاگرانژی مبتنی بر "اصل کمترین کنش" بیان شود. برای استفاده از این اصل در یک ناحیه فضا-زمانی، ابتدا تعیین می‌کنید که پارامترهای فیزیکی چگونه روی مرز داخلی مقید شده‌اند. سپس، برای هر مجموعه از رویدادهای ممکن درون مرز، کمیتی به نام کنش را محاسبه می‌کنید.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

در نهایت مجموعه رویدادهایی با کمترین مقدار کنش رخ خواهند داد. مثلاً وقتی یک اشعه نور از نقطه A به نقطه B سفر می‌کند، کنش با مدت زمان سفر متناسب است. با توجه به موانع مداخله کننده، مسیر حقیقی همان سریع‌ترین مسیر است. با این نوع تفکر، یک اشعه نور در سطح مشترک یک شیشه‌ به آسانی خم می‌شود زیرا زمانِ سفر کل را کاهش می‌دهد. الگوی لاگرانژی در مکانیک کوانتومی کمی متفاوت کار می‌کند و به جای پیش‌بینی‌های قطعی به احتمالات منجر می‌شود. اما اساس، همان است؛ قیدهای مرزی فضا-زمان هنوز هم هم زمان اعمال می‌شوند. این مسائل کاملاً با منطق نیوتنی بیگانه‌اند. به‌ نظر می‌رسد اشعه نور در نقطه A در مورد نقطه B و موانع آینده آگاهی داشته و توانایی محاسبه گسترده (برآورد مسیرهای مختلف) و انتخاب سریع‌ترین مسیر را داراست. اما این بیگانگی صرفاً گواه آن است که تفکر نیوتنی و الگوی لاگرانژی با هم جور نیستند و احتمالاً نباید برای اشعه نور، شعور انسانی قائل شویم.

ما می‌توانیم نواحی فضا-زمان را به صورت ساختارهای چهار بعدی محدود و با مرزهای فضایی و زمانی در ابتدا و انتهای این نواحی تصور کنیم. همه فیزیک کلاسیک، از الکتریسیته تا سیاهچاله‌ها می‌تواند با لاگرانژی مبتنی بر "اصل کمترین کنش" بیان شود. برای استفاده از این اصل در یک ناحیه فضا-زمانی، ابتدا تعیین می‌کنید که پارامترهای فیزیکی چگونه روی مرز داخلی مقید شده‌اند. سپس، برای هر مجموعه از رویدادهای ممکن درون مرز، کمیتی به نام کنش را محاسبه می‌کنید. در نهایت مجموعه رویدادهایی با کمترین مقدار کنش رخ خواهند داد.
مثلاً وقتی یک اشعه نور از نقطه A به نقطه B سفر می‌کند، کنش با مدت زمان سفر متناسب است. با توجه به موانع مداخله کننده، مسیر حقیقی همان سریع‌ترین مسیر است. با این نوع تفکر، یک اشعه نور در سطح مشترک یک شیشه‌ به آسانی خم می‌شود زیرا زمانِ سفر کل را کاهش می‌دهد. الگوی لاگرانژی در مکانیک کوانتومی کمی متفاوت کار می‌کند و به جای پیش‌بینی‌های قطعی به احتمالات منجر می‌شود. اما اساس، همان است؛ قیدهای مرزی فضا-زمان هنوز هم هم زمان اعمال می‌شوند. این مسائل کاملاً با منطق نیوتنی بیگانه‌اند. به‌ نظر می‌رسد اشعه نور در نقطه A در مورد نقطه B و موانع آینده آگاهی داشته و توانایی محاسبه گسترده (برآورد مسیرهای مختلف) و انتخاب سریع‌ترین مسیر را داراست. اما این بیگانگی صرفاً گواه آن است که تفکر نیوتنی و الگوی لاگرانژی با هم جور نیستند و احتمالاً نباید برای اشعه نور، شعور انسانی قائل شویم.

الگوی لاگرانژی، حساب ظریف و انعطاف‌پذیری از فیزیک شناخته شده، فراهم می‌کند و فیزیکدانان اغلب این روش را ترجیح می‌دهند. اما با وجود کاربرد گسترده اصول مبتنی بر لاگرانژی، حتی فیزیکدانانی که از این اصول استفاده می‌کنند، آن‌ها را عیناً به‌کار نمی‌برند. قبول اینکه رویدادها می‌توانند توسط آنچه در آینده پیش می‌آید توضیح داده شوند، سخت و حتی شاید غیرقابل باور است. با این همه، تمایز آشکاری بین گذشته و آینده وجود دارد. با توجه به اینکه ما پیشروی واضح زمان را می‌بینیم، چگونه مرزهای آینده می‌تواند به اندازه گذشته مهم باشد؟ روشی برای وفق دادن الگوی لاگرانژی با تجربه علیتی ما وجود دارد. ما فقط باید بدون اینکه جزئیات را از دست دهیم، به قدر کافی بزرگ بیاندیشیم.

فرض کنید یک عکس آنی از یک مجسمه بگیرید. هر پرتو نور با رعایت تقارن زمانی مناسب در مسیر خود، از اصل کمترین کنش پیروی می‌کند، اما یک عدم تقارن آشکار وجود دارد: مرزهای اولیه A همه با هم در فلش دوربین قرار گرفته‌اند در حالی که مرزهای نهایی B در روی مجسمه پراکنده شده‌اند. واضح است که گسترش نور از A به B، توضیح بهتری از روشنایی مجسمه به دست می‌دهد تا برعکس آن. حتی اگر به مسیر پرتوها در جهت مخالف نگاه کنیم، به دلیل الگوی پیچیده نور روی مجسمه، هیچ کس نمی‌تواند به طور منطقی ادعا کند که نور در چراغ فلاش دوربین متمرکز خواهد شد (به دوربین بر می‌گردد).

اما این عدم تقارن A و B، تکذیب الگوی لاگرانژی نیست، چرا که این دیدگاه فقط می‌گوید A و B با هم می‌توانند بهترین توضیح جزئیات آنچه بین آن‌ها اتفاق می‌افتد باشند. حتی در الگوی لاگرانژی، A و B‌ از هم مستقل هم نیستند. برای دیدن اینکه آن‌ها چگونه به هم مرتبط‌ اند، باید بزرگتر بیاندیشیم. بر اساس چارچوب مرزی الگوی لاگرانژی، توضیحات زنجیروار و متوالی نیستند، بلکه آن‌ها در هم پیچیده‌اند.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

به عبارت دیگر، در چنین دیدگاهی فرض نمی‌کنیم که رویداد A‌ به رویداد B منجر می‌شود و رویداد B به رویداد C، در عوض یک ناحیه فضا-زمان کوچک در نظر می‌گیریم و سپس این ناحیه را جزئی از ناحیه بزرگتر (هم در فضا و هم در زمان)‌ در نظر می‌گیریم. با به کار بردن همان الگوی لاگرانژی، حالا مرزهای بزرگتر باید همه چیزِ درون خود، از جمله مرزهای اصلی را توضیح دهند.

اگر آینده بتواند گذشته را مقید کند، چرا اثرات آن به سطح کوانتومی محدود می‌شود؟
این عدم تقارن را در مثالِ مجسمه می‌بینیم، یعنی یک توضیح قانع کننده برای فلش دوربین را در گذشته‌ آن یافتیم، اما روشنایی مجسمه را با نگاه کردن به آینده آن توضیح ندادیم. پس ما می‌توانیم سیستم بزرگ را در یک سیستم بزرگتر از آن محصور کنیم و این روند را تا خارج مرز کیهانی ادامه دهیم (قیدهای بیرونی روی کل جهان ما). برای فهم بهتر، آن را به صورت همان عدم تقارن می‌بینیم؛ توزیع غیر معمول و هموار ماده در بیگ بنگ و بی نظمی بیشتر در آینده.

با نگاه به نواحی فضا-زمان از دیدگاه لاگرانژی، اینکه مرزهای اولیه (اشعه‌های نور واگرا شده از لامپ فلش) ساده‌تر از مرزهای نهایی هستند (مجسمه‌ روشن شده)، گواه محکمی است که بسته‌ترین مرز کیهانی در گذشته ما قرار می‌گیرد. این امر نشان می‌دهد که هیچ مرز مشابه کیهانی‌ای، در آینده، نظیر آن وجود ندارد. جهت زمان در بیگ بنگ، ضرورتاً با جهت زمان افت دمایی وقتی کنار یک پنجره سرد ایستاده‌اید، تفاوتی نمی‌کند. در هیچ کدام، فضا یا زمان نامتقارن نیست؛ بلکه فقط نشان دهنده‌ جایی است که شما نسبت به نزدیک‌ترین قید مرزی قرار دارید.

در مقیاس‌ کلاسیکی، هیچ اطلاعات جدیدی از مرز آینده به دست نمی‌آوریم که قبلاً آن‌ها را در گذشته نداشته‌ایم. اگر این در تمام مقیاس‌ها درست باشد، الگوی لاگرانژی با مشکل مواجه است. اما وقتی در سطح عدم قطعیت کوانتومی صحبت می‌کنیم، اینطور نیست؛ جزئیات میکروسکوپیک آینده نمی‌تواند فقط از گذشته استنباط شود! پس مقیاس کوانتومی جایی است که قدرت واقعی الگوی لاگرانژی مشهود می‌شود.

درهم تنیدگی مفهومی است که با الگوی نیوتنی، قابل توضیح نیست. یک آزمایش از درهم تنیدگی معمولی را در نظر بگیرید (‌تصویر شماره 1). دستگاه در مرکز، دو ذره تولید می‌کند. ذره سمت چپ به یک آشکارساز کنترل شده با یک کامپیوتر فرستاده می‌شود (Alice) و ذره سمت راست به یک آشکارساز دورتر که با کامپیوتر دیگری کنترل می‌شود ارسال می‌شود (Bob). آشکارسازها ذرات مربوطه را با یکی از چندین روش موجود و با استفاده از اعداد تصادفی مستقل اندازه می‌گیرند. همان طور که آزمایش بل به خوبی در دهه 60 نشان داد، نتایج اندازه‌گیری این آزمایش به روش‌هایی ارتباط دارد که ما با دید کلاسیکی خود نمی‌توانیم به خوبی آن‌ها را توضیح دهیم. در واقع این نکته مهم استدلال می‌شود که گذشته‌ مشترک ذرات، برای توضیح ارتباطات اندازه‌گیری شده کافی نیست!

در مثال مجسمه، برای اینکه بهترین توضیح به دست آید، راه حل بدیهی، نگاه کردن به مرزِ ساده‌تر است (فلش). در مورد درهم تنیدگی کوانتومی، وقتی الگوی لاگرانژی را استفاده می‌کنیم، تقریباً یک توضیح منطقی، همچنان مشهود است. توضیح در پیش‌سازه‌های پیچیده‌ تنظیمات آشکارساز نیست، بلکه در تنظیمات ساده آشکارساز آینده است. ذرات درهم تنیده‌ مرموز در یک ناحیه فضا-زمانی قرار دارند. مرز این ناحیه هم شامل آماده سازی و هم آشکارسازی نهایی ذرات است. تنظیمات انتخاب شده توسط آلیس و باب به‌ طور فیزیکی و توسط آشکارسازهای واقعی روی مرز نهایی بیان شده است، دقیقاً همان جایی که الگوی لاگرانژی به ما می‌گوید دنبال توضیحات بگردیم. همه آنچه که نیاز داریم این است که به ذرات اجازه دهیم مستقیماً توسط مرز آینده مقید شوند و یک توضیح ساده از آزمایش‌های درهم تنیدگی ممکن گردد. در این مورد، آینده و گذشته هر دو با هم‌ می‌توانند بهترین توضیح مشاهدات باشند.

درهم تنیدگی کوانتومی تنها رازی نیست که با در نظر گرفتن آینده می‌توان آن را حل کرد. پدیده‌های کوانتومی دیگری هم هستند که می‌توانند این گونه باشند. شاید احتمالات در نظریه کوانتوم مانند احتمالات در رشته‌های علمی دیگر شود؛ به دلیل پارامترهایی که ما نمی‌دانیم (زیرا بعضی از آن‌ها در آینده قرار دارند). چنین تحقیقاتی معمولاً سؤالات مهمی به وجود می‌آورد.
اگر آینده می‌تواند گذشته را مقید کند، پس چرا نتایج به سطح کوانتومی محدود می‌شود؟
چرا نمی‌توانیم از پدیده‌های کوانتومی برای فرستادن پیام به گذشته استفاده کنیم؟
مرز کیهانی در چه مقیاسی، حاکم می‌شود و ما شیوه‌های مبتنی بر الگوی لاگرانژی را در این موارد، دقیقاً چگونه باید تعمیم دهیم؟

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language