ماهیت ذره و موج در کوانتوم، دو گانگی موج و ذره

تا قبل از تولد فیزیک کوانتوم؛ دیدگاه ما نسبت به جهان بر مبنای فیزیک نیوتنی استوار بود. این دیدگاه برای جهان یک ماهیت ماشینی و مکانیکی قائل و معتقد بود جهان قابل پیش بینی است تا حدی که وجود یا عدم وجود انسان هیچ تاثیری در عملکرد جهان ندارد.
با تولد فیزیک کوانتوم و با ورود علم به دنیای درون اتم چیزهایی آنچنان شگفت آور کشف شدند که جهان بینی انسان نسبت به هستی و نسبت به خودش تغییر کرد. ماهیت ماشین وار جهان جای خود را به عالمی زنده ، آگاه ، غیر قابل پیش بینی و در عین حال کاملاً پاسخگو داد. فیزیک کوانتوم ذهن و آگاهی انسان را وارد بر واقعیتهای جهان می داند بطوریکه معتقد است بدون وجود انسان واقعیتها یعنی دنیای ماده اینگونه که مشاهده می شوند، وجود نمی داشتند. و مهمتر از همه نقش سطح آگاهی انسان در تاثیر گذاری بر وقایع جهان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از نگاه فیزیک کوانتوم جهان درون اتم بیشتر شبیه سرزمینی سحر آمیز است تا ادامه جهان طبیعی. قلمرویی عجیب که در آن نیروهای راز آمیز به مثابه چیزهای عادی قلمداد می شود و منطق دنیای ماده در آن جای ندارد.یکی از کشفیات حیرت انگیز فیزیکدان های کوانتوم این بود که اگر شما ماده را به تکه های کوچک تقسیم کنید، سرانجام به جایی می رسید که آن تکه ها – الکترونها ، پروتونها و غیره – دیگر حاوی ویژگیهای شیء مادی نخواهند بود. مثلاً ما غالباً الکترون را به مثابه یک گوی کوچک در حال چرخش می پنداریم ، ولی این پندار از حقیقت بسیار دور است. گرچه الکترون گاه چنان عمل می کند که گویی یک ذره کوچک منسجم است، ولی فیزیکدانها دریافته اند که الکترون تقریباً واجد هیچ بعدی نیست. درک و تصور این گفته برای اغلب ما مشکل است چون هرچیزی در سطح وجود انسانی واجد بعد است با این حال چنانچه بخواهید عرض یک الکترون را اندازه بگیرید هرگز نمی توانید. چون یک الکترون مثل اشیای معمولی دیگری که می شناسیم نیست.

کشف دیگر فیزیکدانها این بود که الکترون قادر است هم به صورت ذره و هم به صورت موج نمود کند که به نظریه مکمل یا دوگانگی موج – ذره مشهور است. اگر الکترونی را به سوی صفحه تلویزیون خاموش پرتاب کنیم، یک ذره نورانی پدیدار می شود که از اصابت الکترون به مواد فسفری که پشت صفحه تلویزیون را فرا گرفته به وجود آمده است. نقطه حاصل از اصابت الکترون بروشنی وجه ذره‌ای ماهیت آن را آشکار می سازد. اما این تنها شکلی نیست که الکترون قادر است به خود بگیرد. چه الکترون می تواند به توده ابر مانندی از انرژی بدل شود و چنان عمل کند که انگار موجی است گشوده در فضا. هر گاه الکترون به صورت موج نمود کند، کاری می کند که از هیچ ذره‌ای بر نمی آید. مثلاً اگر به مانعی که دو شکاف دارد بر خورد کند، می تواند همزمان از هر دو شکاف گذر کند. هرگاه الکترونهای موج گونه به هم اصابت کنند بی درنگ الگوهای متداخل تولید می کنند. این خصلت دوگانه الکترون را نیز می توان در تمام ذرات زیر اتمی و در همه آن چیزهایی که تصور می شد تنها به صورت موج متجلی می شوند مانند نور، اشعه های گاما، امواج رادیویی و اشعه ایکس نیز باز یافت و همه اینها می توانند از حالت موج گونه به ذره بدل شوند. امروزه فیزیکدانها معتقدند که پدیده زیر اتمی را نمی باید تنها به عنوان موج یا ذره طبقه بندی کرد، بلکه باید به عنوان چیزهایی در نظر گرفت که همواره به نوعی قادرند هر دو باشند. این چیزها کوانتا ( quanta ) نام دارند و فیزیکدانها معتقدند که کوانتا در حکم ماده اولیه ای است که کل جهان از آن به وجود آمده است. (quanta جمع quantum است یک الکترون یک کوانتوم است . چند الکترون مجموعه کوانتاهاست. واژه کوانتوم مترادف با ذرات موج گونه است؛ واژه ای که در ارجاع به چیزهایی به کار می رود که واجد هم جنبه ذره ای است و هم موج گونه .)
شاید اعجاب آورتر از همه این باشد و همه شواهد و مدارک هم موید آن است که کوانتا ( کوانتوم ها) تنها زمانی به صورت ذره نمود می کنند که ما بدانها می نگریم. برای مثال وقتی کسی به الکترون نگاه نمی کند، آزمایشها نشان می دهند که همواره موج است. این اصل چه می خواهد بگوید و معنای آن در دنیای اتم و زندگی روزمره ما چیست؟ در واقع فیزیک کوانتوم می گوید که اتم هیچ محدوده معینی ندارد مگر اینکه مورد مشاهده قرار گیرد. بدون شما ( ناظر) همه اتم ها با سرعتی فوق العاده به درون جهان گسترده می شوند. عمل مشاهده و توجه دقیق است که گسترش مکانی اتمها را کاهش می دهد و آنها راتبدیل به واقعیتهای ملموس می کند. باز به بیان ساده تر می گوید اتم و الکترونهای اتم که در یک محدوده مکانی مشخص به دور هسته (ذرات بنیادی) در گردش هستند و ما به آن ماده می گوئیم اگر انسان ( در فیزیک به آن ناظر و مشاهده‌گر گفته می شود) وجود نداشته باشد اتم محدوده مشخص خود را از دست می دهد و الکترونها و ذرات بنیادی تبدیل به موج شده با سرعت زیاد شروع می کنند به دور شدن از یکدیگر و به این ترتیب همه واقعیتهای ملموس ناپدید می شوند.بنابراین بر خلاف دیدگاه فیزیک نیوتونی ( و آنچه به آن عادت داریم) که واقعیات (جهان ماده) مستقل از ما هستند در فیزیک کوانتومی واقعیات وابسته به ما هستند. در واقع بدون ذهن ناظر وعمل تفکر هیچ ذره ، هیچ اتم و هیچ جهان مادی وجود ندارد و واقعیت با فعالیت های ذهنی ما ساخته و پرداخته می شود.
اگر یک اتم مورد مشاهده قرار نگیرد اتم به اندازه یک میلیاردم از یک میلیارد قسمت یک ثانیه طول می کشد تا گسترده شده و محو گردد. این گستردگی تا آن زمان ادامه می یابد که آن را مشاهده کنید. فیزیکدانها این محو شدگی را عدم قطعیت می نامند.

برای درک بیشتر لینکهای فلش زیر را مشاهده کنید :

http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Complementarity/Flash/ParticleWave.html

http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/DoubleSlit/Flash/DoubleSlit.html