آیا گربه شرودینگر زنده می‌ماند؟

برای درک اهمیت این نتیجه باید تاریخچه آن را مورد بررسی قرار بدهیم. در بطن فیزیک کوانتومی، چیزی مثل بحران واقعیت وجود دارد. تفاسیر متعددی از این نظریه ارائه شده و طی آن تصاویر بسیار مختلفی از جهان کشیده شده است. یکی از مسائل اصلی پیرامون این می باشد که باید از تابع موج کوانتومی چه استنباطی داشته باشیم. بطور خلاصه می توان گفت که تابع موج به توصیف حالت کوانتومی سیستم فیزیکی می پردازد. اما برخلاف آن در فیزیک کلاسیک، خصوصیات کاملی از یک حالت تمامی ویژگی های آن را تعیین می کند(برای مثال، سرعت و موقعیت ذره). حالت کوانتومی فقط پیش بینی های احتمالی را ارائه می دهد.

در واقع، بنظر می رسد تابع موج حالات عجیب و غریب را توصیف می کند؛ مثل وجود داشتن سیستم های فیزیکی بطور همزمان در حالات مختلف و سرعت ها و موقعیت های مختلف. تابع موج به بررسی دقیق احتمالات در آزمایش ها می پردازد اما با تفسیر شهودی مقابله می کند. برخی از بنیانگزاران این نظریه مثل «نیلز بور» و «ورنر هایزنبرگ» پیشنهاد کردند: تا زمانی که مشاهده یک ویژگی به انجام نرسد، سوالاتی از قبیل «این ذره کجاست؟» منطقی نخواهد بود.

با توجه به این دیدگاه، اینطور نیست که ذره واقعا اینجا یا آنجا، و ما هم تا زمانی که نگاه نکنیم، نمی توانیم متوجه شویم. بلکه از نظر نیلز بور، مفهوم دقیق «موقعیت» به وجود یک اندازه گیری بستگی دارد که آن را کشف می کند. آزمایش فکری مشهور «اروین شرودینگر» برای نشان دادن این قضیه طراحی شده بود که آیا سیستم های ماکروسکوپی مثل گربه ها، در حالات برهم نهی قرار می گیرند یا خیر؛ یعنی گربه هم زنده باشد و هم مرده که گویا یک نتیجه گیری پوچ و احمقانه است.

واقعیت نامعلوم برای آلبرت اینشتین قابل قبول نبود. او این جمله مشهور را گفت: «آیا باور دارید که فقط وقتی به ماه نگاه می کنید، آن وجود دارد؟» به باور اینشتین، تابع موج باید اطلاعات محدود ما را نسبت به حالت واقعی سیستم های فیزیکی نشان بدهد. نخستین به دیدگاه انیشتین در سال ۱۹۶۴ ذکر شد که طی آن، «جان بل» نشان داد هر مدلی که یک واقعیت عینی را در مکانیک کوانتومی توصیف می کند باید نوعی ارتباط غیرموضعی میان سیستم های دور برقرار کند؛ این دیدگاه، نظریه نسبیت اینشتین را نقض می کند.

برخلاف خواسته های اینشتین، تابع موج یک شیء فیزیکی واقعی است (با این استثنا که تابع موج هیچ نقش ِ روشنی ایفا نمی کند، اما گربه در جهان های موازی هم زنده و هم مرده است). اما در سال ۲۰۰۷، «رابرت اسپکنز» از موسسه پریمتر مقاله ای منتشر کرد که نشان می داد امکان تکثیر چندین مورد از جنبه های دور از عقل نظریه کوانتومی با یک مدل وجود دارد که در اثر آن، تابع موج همان نقش شناختی را بازی می کند که انیشتین انتظارش را داشت. آیا رویای انیشتین در حال تحقق بود؟

اینشتین می خواست باور کند که واقعیت اساسی بیشتری در پس ِ مکانیک کوانتومی نهفته است. برای اینکه درک کنید این چه مدلی است، فرض کنید دو دسته کارت در دستان من است. یکی حاوی کارت های قرمز و دیگری فقط تک خال (آس). من از شما می خواهم تا یک کارت از یکی از دسته ها بردارید. از منظر تفسیر شناختی، تابع موج نقش دسته ای را بازی می کند که شما از آن کارت بر می دارید، چرا که به شما اطلاعاتی درباره کارت می دهد، اما این اطلاعات خودش یک ویژگی مربوط به کارت نیست. در حقیقت، این احتمال هست که یک آس از قلب ها برداشته باشید که با هر دو دسته مطابقت دارد. اما «متیو پوسی، جاناتان برت و تری رادولف» در سال ۲۰۱۲ نشان دادند که در مدلی عینی از نظریه کوانتومی، تابع موج باید یک ویژگی واقعی از سیستم های منفرد باشد، برخلاف دسته های کارت. اما قضیه آنها یک فرضیه اضافی داشت که آن را به زیر سوال می برد.

یک سری قضایای منتشر شده در طی سال گذشته که یکی از آنها کارهای خود من و همکارانم بود، قید و بندهای محکمی بر امکان پذیری مدل های شناختی(epistemic) ایجاد می کند، حتی بدون آن فرضیه های اضافی. در این قضیه ها به این حقیقت پرداخته می شود که چند جفت از حالات کوانتومی نمی توانند در یک آزمایش تفکیک شوند. قضیه ها نشان می دهند که توضیح های فوق در مورد کارت ها نمی تواند موثر واقع شود. برخی از پیش بینی ها در اثر آزمایشی که من به همراه «مارتین رینگبور» و تیم بریسبین به رهبری «آلساندرو فدریزی» انجام دادم، تایید شدند.

در این آزمایش، فوتون ها در حالات مخصوص قرار گرفته و در معرض یک سری اندازه گیری های اضافه قرار گرفتند. لذا از زمانی که قضیه بل در دهه ۱۹۸۰ میلادی آزمایش شد، نخستین دسته بزرگ از مدل های کوانتومی می بایست حذف میشد. اگر آزمایش های بعدی معانی و پیامدهای قضیه ها را تایید کنند، مدل های شناختی الزاما حذف و منسوخ خواهند شد. اما گزینه هایی وجود دارد. برای مثال، تجدید نظر دربارۀ فرضیه های چارچوب استفاده شده برای حصول قضیه ها با معرفی جهان های موازی و غیره می تواند یکی از این گزینه های اضافه باشد. با تمامی این اتفاقات، همچنان از میزان عجیب بودن مکانیک کوانتومی کاسته نمی شود.