خب بذارید یه داستان باحال از دنیای عجیب فیزیک کوانتومی رو تعریف کنم! تا حالا حتماً شنیدید که توی مکانیک کوانتومی – یعنی علمی که کارش شناخت رفتار ذرات خیلی ریز مثل الکترون‌ها و اتم‌هاست – یه قاعده معروف به اسم “اصل عدم قطعیت هایزنبرگ” وجود داره. این اصل میگه که تو هیچ‌وقت نمی‌تونی همزمان هم مکان دقیق یه ذره رو بدونی، هم سرعت (یا همون اندازه حرکتش) رو؛ چون هرچی رو یکی دقیق‌تر تمرکز کنی، اون یکی مبهم‌تر میشه.
اما حالا یه تیم فیزیکدان اهل استرالیا یه ترفند خفن پیدا کردن که تونستن با یه حقه هوشمندانه، همزمان مکان و اندازه حرکت ذره رو اندازه‌گیری کنن… اونم بدون اینکه قانون هایزنبرگ رو بشکنن! چجوری؟ داستانش جالبه:
محققای دانشگاه سیدنی اومدن به جای اینکه دقیقاً سراغ “مکان” و “اندازه‌حرکت” برن، رفتن سراغ یه سری کمیت جدید به اسم “مشاهده‌گرهای مدولار”. حالا مشاهده‌گر مدولار یعنی چی؟ بذار ساده‌اش کنم: فرض کن یه خط‌کش داری و به جای اینکه بگی “این نقطه دقیقاً چند سانتیمتر از اول خط‌کش فاصله داره” فقط برات مهمه که این نقطه چند میلی‌متر از آخرین خط نشونه‌دار شده دورتره! دیگه کل موقعیت براش اهمیتی نداره، فقط جابجایی‌های کوچولو در مقیاس خودش مهمه. اینجوری یه عالمه اطلاعات کم‌اهمیت رو حذف می‌کنی و روی کار اصلی تمرکز می‌کنی.
کریستف ولاهو (Christophe Valahu)، فیزیکدون اصلی این کار، گفته: «اصل عدم قطعیت رو نمی‌تونیم نقض کنیم اما با هوشمندی، عدم قطعیت‌ها رو جابجا می‌کنیم و اون قسمت‌هایی رو که واقعاً برامون مهمه، با دقت خیلی بیشتر می‌سنجیم.»
برای امتحان کردن این ایده، چی کار کردن؟ توی آزمایشگاه، یه یون منفرد (که یعنی یه اتم باردار شده و تک و تنها توی یه تله نگه داشته شده، با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی – یعنی همون امواج برقی-مغناطیسی که توی سشوار و موبایلت هم هست!) رو انتخاب کردن. یه سری لیزر حسابی دقیق هم روش تابوندن تا یون وارد یه حالت کوانتومی ویژه به اسم “حالت شبکه‌ای” بشه. حالت شبکه‌ای یعنی اون موج ذره به یه سری قله‌های منظم تقسیم شده، مثل خط‌های خط‌کش!
حالا نکته جالب اینه: هر وقت نیروی کوچیکی به این یون وارد بشه، کل اون الگوی شبکه‌ای کمی جابجا میشه. اگه قله‌ها حرکت کنن، یعنی موقعیت تغییر کرده؛ اگه فرم شبکه کج بشه، یعنی اندازه حرکت عوض شده! چون داریم جابجایی نسبت به این قله‌ها رو اندازه می‌گیریم (نه مقدار مطلقشون)، می‌تونیم هر دو ویژگی مکان و اندازه‌حرکت رو با هم و دقیق‌تر بخونیم.
یه چیز باحال دیگه: اونا با این روش تونستن نیرویی به کوچیکی ۱۰ یکتونیوترون رو اندازه بگیرن. یکتونیوترون=۱۰ به توان منفی ۲۴ نیوتون! واقعاً کوچیکه! البته بعضی فیزیکدون‌ها تونستن حتی نیروهای کوچیک‌تر رو هم پیدا کنن ولی با دستگاه‌های خیلی بزرگ و گرون. اما این تیم تونسته با یه اتم ساده و یه تجهیزات معمولی، به حساسیت خیلی بالایی برسه که آینده‌دار هم هست.
این تکنیک جدید صرفاً واسه رکوردشکنی نیست! کاربرد داره: ممکنه بزودی سنسورهای کوانتومی بسازیم که اون‌قدر دقیق باشن که توی جاهایی که جی‌پی‌اس کار نمی‌کنه (مثلاً زیر آب یا فضا یا زیر زمین) بتونیم جهت و موقعیت رو خیلی دقیق اندازه بگیریم. یا حتی عکس‌برداری پزشکی و زیستی رو باهاش متحول کنیم! درست مثل ساعت‌های اتمی که دنیای ناوبری و مخابرات رو زیر و رو کردن، این سنسورهای جدید کوانتومی هم می‌تونن صنعت‌های تازه‌ای رو راه بندازن که تا الان وجود نداشتن.
در کل، این داستان یه یادآوریه واسه همه ما که حتی قانون‌های به ظاهر شکست‌ناپذیر هم همیشه ممکنه یه راه دور زدن ذکیانه داشته باشن (بدون خلاف کردن). فیزیک هنوزم پر از سورپرایز جدیده!
منبع: +
