چگونه همه ما یک واقعیت را می‌بینیم

How We See the Same Reality

خلاصه مقاله:

دنیای کوانتومی سرشار از ابهام و احتمال است، اما با وجود این همه عدم‌قطعیت، ما انسان‌ها معمولاً درباره‌ی چیزی که در اطرافمان می‌بینیم، اختلافی نداریم. نظریه‌ای به نام داروینیسم کوانتومی (Quantum Darwinism) که از اصول انتخاب طبیعی الهام گرفته، توضیح می‌دهد چرا و چگونه درک ما از جهان، با وجود مبهم بودن پایه‌های کوانتومی آن، تا این اندازه هماهنگ است. پژوهش‌های تازه نشان داده‌اند که این نظریه نه‌تنها از نظر مفهومی قوی است، بلکه می‌توان آن را به‌صورت ریاضی نیز اثبات کرد.

دنیای کوانتومی به‌طور ذاتی پر از عدم‌قطعیت است، اما ما انسان‌ها با چشمان خود جهانی پایدار و قابل‌اعتماد را می‌بینیم. چرا و چگونه چنین چیزی ممکن است؟ پژوهشگران می‌گویند پاسخ در چارچوبی نهفته است که از منطق تکامل الهام گرفته است.

به گفته‌ی اکرم توئیل از آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس در نیومکزیکو، پرسش اصلی این است:
«چطور از دنیای پرابهام کوانتومی، جهانی کلاسیک و ملموس پدید می‌آید؟»

پاسخ احتمالی، نظریه‌ای است به نام داروینیسم کوانتومی — مفهومی که نخستین‌بار در سال ۲۰۰۰ توسط فیزیک‌دان برجسته وویچخ زورک (Wojciech Zurek) مطرح شد.
این نظریه می‌گوید درست همان‌طور که در طبیعت، فقط گونه‌های سازگار زنده می‌مانند، در جهان کوانتومی هم تنها برخی از «حالت‌ها» دوام می‌آورند و به چشم ما به‌صورت واقعیت‌های پایدار ظاهر می‌شوند.

واقعیت از دل عدم قطعیت

در مکانیک کوانتومی، هر ذره می‌تواند هم‌زمان در چندین حالت مختلف باشد — چیزی که به آن «ابر حالت» (superposition) می‌گویند. اما به‌محض اینکه یک مشاهده انجام می‌شود، سیستم یکی از این حالت‌ها را برمی‌گزیند و دیگر گزینه‌ها ناپدید می‌شوند.
فیزیک‌دانان سال‌هاست می‌کوشند بفهمند چرا این اتفاق می‌افتد. زورک و همکارانش در قالب داروینیسم کوانتومی می‌گویند که برخی از حالت‌ها به‌دلیل پایداری و توانایی‌شان در تعامل با محیط، «انتخاب» می‌شوند و باقی حالت‌ها از بین می‌روند — درست مانند فرآیند بقا در تکامل زیستی.

وقتی یک شیء کوانتومی با محیطش برهم‌کنش دارد (مثلاً با نور یا مولکول‌های هوا)، اطلاعات مربوط به برخی حالت‌ها در محیط «کپی» می‌شود. این نسخه‌ها همان چیزی‌اند که ما هنگام مشاهده می‌بینیم. بنابراین، وقتی به یک جسم نگاه می‌کنیم و آن را به‌صورت واضح می‌بینیم، در حقیقت یکی از نسخه‌های تکرارشده‌ی همان حالت پایدار را مشاهده می‌کنیم.

در پژوهش جدید، توئیل، زورک و تیمشان می‌خواستند بدانند آیا دو مشاهده‌گر مستقل که تنها بخشی از محیط را می‌بینند — بدون دیدن خود شیء — باز هم درباره‌ی آن به نتیجه‌ی مشابهی می‌رسند یا نه. در نگاه اول، به نظر می‌رسد هر مشاهده‌گر ممکن است برداشت متفاوتی داشته باشد.

برای بررسی این مسئله، پژوهشگران از ابزاری به نام اطلاعات متقابل (mutual information) استفاده کردند — معیاری که نشان می‌دهد دو نفر تا چه حد اطلاعات مشترک درباره‌ی یک سیستم دارند. نتایج آن‌ها شگفت‌انگیز بود:
حتی اگر هر مشاهده‌گر فقط بخش کوچکی از محیط را ببیند، باز هم اطلاعات آن‌ها به‌تدریج همگرا می‌شود و هر دو به درکی یکسان از واقعیت کلاسیک می‌رسند.

به بیان دیگر، داروینیسم کوانتومی توضیح می‌دهد چرا ما همگی، با وجود زندگی در جهانی کوانتومی و پر از احتمال، در نهایت واقعیتی واحد و قابل‌درک را تجربه می‌کنیم. جهان، به‌نوعی، خودش را طوری «انتخاب» می‌کند که ما همه یک چیز ببینیم.

منابع:

1-https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0262407925005706