کوانتوم به چه معناست؟

به کوچکترین واحد یک کمیت یا کوچکترین بخش هر چیزی، کوانتوم گفته می شود (یک کوانتوم کوچک‌ترین مقدار ممکن انرژی است)

نظریه کوانتوم:

نظریه کوانتومی، یک مدل ریاضی است که برای توصیف رفتار ذراتی در مقیاس اتم و یا ریزتر از اتم به کار می رود. نظریه کوانتومی نشان می دهد که ماده و انرژی کوانتیزه هستند؛ یعنی در بسته های جداگانه ای و در ابعاد بسیار ریز در جهان به وجود می آیند.

می توانیم موج الکترومغناطیسی را به صورت یک موجی که از ذره های بسیار ریزی به نام فوتون تشکیل شده است، تصور کنیم. این که موج الکترومغناطیسی هم خاصیت ذره ای دارد و هم خاصیت موجی، تصور درستی است.

نظریه کوانتومی نشان می دهد که انرژی همزمان هم به صورت امواج و هم به صورت ذرات رفتار می کند. کوانتوم دسته های انرژی است که به صورت توده هایی از ذرات جداگانه وجود دارند اما زمانی که سفر می کنند، همانند امواج در سطح حوض منتشر می شوند.

نظریه کوانتوم در اصل به توصیف ماده و انرژی در عالم از طریق واحد های منفرد تقسیم ناپذیر به نام کوانتا(جمع کوانتوم)می پردازد. نظریه کوانتوم نه تنها قواعد جدیدی را برای توصیف عالم تعیین کرده ،بلکه راه های نویی را نیز برای تفکر درباره ماده و انرژی نشان داد.

یکی از تفاوتهای عمده نظریه کوانتوم با فیزیک کلاسیک آن است که نظریه کوانتوم انرژی و ماده را به مثابه موج و ذره توصیف می کند.فیزیک کلاسیک نور را تنها موج می داندو با ذره همچون ماده برخورد می کند.حال آنکه نظریه کوانتوم برآن است که هم نور و هم ماده می توانندهمزمان مانند موج و ذره رفتار کنند.  این ویژگی دووجهی بودن موج/ذره اساساً مبتنی براین فرض است که هر موجودیت به طور همزمان هم دارای ویژگی ماده (وابسته به مکان) و هم دارای ویژگی موج (توزیع و پراکنش) است. به طور خلاصه فیزیک کوانتومی جدید می گوید:وضعیت هر دستگاهی از ذرات ، کاملا با تابع موجش مشخص می شود اما این تابع موج به جای آنکه همانندفیزیک کلاسیک محل و سرعت دقیق هر ذره را مشخص سازد، تنها احتمال وقوع ذره در محلهای خاص، و با سرعتهای خاص را تعیین می کند.

نظریه کوانتومی اطلاعات:

نظریه کوانتوم در فیزیک به توصیف ذره ها به عنوان اجزاء تشکیل دهنده ماده، چگونگی تعامل آن ها با یکدیگر و شیوه تعامل آن ها با انرژی می پردازد. این نظریه از این نظر که به توصیف رفتار کوچکترین اجزاء عالم می پردازد. در واقع شروع فصل تازه در مسائل فیزیک بود زیرا بسیاری از اصول فیزیک کلاسیک رازیر سؤال برد و باآنها مغایر بود. باتوجه به تأکیدی که در این نظریه بر ذرات ریز اتمی شده است. می توان از تطبیق آن با ذرات اطلاعاتی ،برای تفسیر و توصیف بسیاری از جریان های اطلاعاتی و ماهیت اطلاعات بهره جست. در صورتی که پژوهشگری از این روش استفاده کند و به تبیین و توصیف های متعدد از "اطلاعات" بپردازد. نظریه ارائه شده را همچون حری می توان نظریه کوانتومی اطلاعات نامید.

دوگانگی موجی - ذره ای:

یکی از مفاهیم اساسی نظریه فیزیک کوانتوم، دوگانگی موجی-ذرهای است. یعنی که ذرات دارای دو ماهیت کلی ذرهای و موجی هستند: زمانی که ذرات مشاهده شوند، در حالت ذره و هرگاه مشاهده نشوند در حالت موجی قرار دارند. 

اطلاعات نیز مانند موج/ذره پدیده ای دونقشی و دووجهی است. هم دارای نقش موج (اطلاعات بالقوه) و هم نقش ذره ای(اطلاعات بالفعل) است. اطلاعات بالقوه در کلیتش موج گونه ای غیرقابل شناسایی، دریافت و ارزش گذاری است. به محض آنکه به عنوان مشاهده گر به سراغش می رویم آن را به حالت ایستا در می آوریم و برای هدف خود متوقف می سازیم. پیرامون ما انباشته از اطلاعات بالقوه است،ولی ما به تناسب مواجهه آگاهانه با آن ، به بخشی از آن فعلیت می بخشیم و در واقع زمانی که آنها را مورد مشاهده، اندازه گیری و سنجش قرار دهیم آنها را به اطلاعات بالفعل و قابل شناخت تبدیل نموده ایم.

-مسئله اندازه گیری: بور وشرودینگر - عدم قطعیت هایزنبرگ

بور معتقد بود تنها راه کسب اطلاعات از سیستمهای کوانتومی، اندازه گیری است که همیشه بر سیستم اندازه گیری تاثیر بسزایی دارد؛ بنابراین نسبت دادن خواصی به سیستم کوانتومی منزوی که هیچ اندازهگیری بر روی آن انجام نشده، بی معنا است؛ چون هرگز نمی توان فهمید، این خواص چه هستند (گومشی نوبری، نقل در پشوتنی زاده وکوکبی، 1390). بور در اصل مکملیت خود میگوید که اندازه گیری خاصیتی از یک سیستم، عموما اطلاعات ما را درباره دیگر خواص آن سیستم از بین می برد. همچنین اندازه گیری دقیق همزمان مکان و 2 تکانه یک الکترون ناممکن است؛ یعنی اندازه گیری یکی از کمیت ها الزاما اندازه گیری دقیق کمیت دیگر را ناممکن می سازد(کراپر ،1387).

در فیزیک کوانتوم اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مطرح است. نظریه کوانتومی به ما می گوید که نمی توان چیزی را بدون مختل کردن آن اندازه گیری یا مشاهده کرد، به همین دلیل ضرورت نقش ناظر در فهم هر پدیده مشخص می گردد. اهمیت این نقش به قدری زیاد است که بعضی را به این باور رهنمون شده که تنها واقعیت همان اندیشه ناظر است(ری ، 1374)در نتیجه، می توان گفت که تعیین وضع و ضربه ذره، حتی با دقیقترین ابزارهای اندازه گیری امکانپذیر نیست و محاسبات همواره با احتمالات و به صورت تقریبی همراه خواهد بود. در حقیقت، عدم قطعیت در اندازه گیری، از ویژگی های اصلی فیزیک کوانتومی است.

ملاک سنجش اطلاعات کوانتومی کیوبیت می‌دانند یعنی برخلاف بیت(واحد اطلاعات کلاسیک) ممکن است هم صفر باشد و هم یک و یا درحالت (فراموضعی) قرار گیرد. در کیوبیت، مشاهده گر نیز جزو میدان سنجش قرار می گیرد زیرا کیوبیت برابر است با بیت به علاوه چارچوب اسنادی مشاهده گر. از آن جایی که چارچوب اسنادی مشاهده گران یکسان نیست. هر چارچوب اسنادی در واقع عامل جداگانه معنابخشی به اطلاعات است. پیامد مهم اصل عدم قطعیت ، عدم تفکیک بین فاعل شناسایی و موضوع شناسایی یعنی مشاهده گر و مشاهده شونده است. چنین تفکیکی طبق این اصل فاقد اعتبار است. برای سنجش میزان بار اطلاعاتی هر پیام باید به گیرنده آن مراجعه کرد و این دو پیوندی ناگسستنی دارند.زیرا هر فرد بنا برداشته های ذهنی خود و بافتی که از آن آمده است. آگاهی خاصی از آن پیام کسب می کند. اگر اطلاعات یکسانی در قالبهای متفاوت تصویر،متن،صوت ،....ارائه شود، تاثیر آن بر فرد دریافت کننده اطلاعات یکسان نخواهدبود. این تفسیر از اطلاعات به دیدگاه معناشناختی نزدیک است زیرا در این دیدگاه نیز معنای هر پیام برحسب فرد دریافت کننده پیام متفاوت خواهد بود.

یکی دیگر از نظریه هایی که به بررسی اثرات اندازه گیری بر سیستم های کوانتومی پرداخته، گربه شرودینگر است. در این آزمایش، داخل جعبه بزرگی یک منبع نور، یک پالریزور و یک آشکارساز، یک هفت تیرپُر و یک گربه وجود دارد. علاوه بر این عقربه آشکار ساز به طریقی به ماشه هفت تیر پر وصل شده است که اگر فوتون خروجی از پالریزور، قطبیده عمودی باشد، هفت تیر شلیک می شود و گربه را می کشد و اگر فوتون قطبیده، افقی باشد، تاثیری روی هفت تیر ندارد و گربه زنده می ماند. حال میپرسیم که اگر یک فوتون از منبع نور گسیل شود، چه اتفاقی می افتد؟ اگر گربه را در دستگاه، مورد اندازه گیری قرار دهیم جواب به دو صورت است: اگر فوتون قطبیده شده، عمودی باشد، گربه کشته خواهد شد و اگر قطبیده افقی باشد، زنده خواهد ماند. ولی ناظری که خارج از جعبه است و تعبیر کپنهاگی را قبول دارد، چه خواهد گفت؟ احتماال او بدون اندازه گیری سیستم نمی تواند نتیجه ای بگیرد. از نظر او این اندازه گیری با بازشدن در جعبه و مشاهده حالت مرده یا زنده بودن گربه انجام می گیرد. علاوه بر این، ناظر نتیجه می گیرد که تا قبل از انجام این مشاهده اصوال یک حالت دیگر نیز امکانپذیر است که در آن، حالت اولیه جعبه و محتوای آن تغییر نمی کند؛ بنابراین نمی توان گفت که سیستم تغییر کرده : به عبارت دیگر فوتون، همچنان قطبیدگی 45 درجه خود را حفظ می کند و گربه تا انجام عمل مشاهده، در حالت نه زنده و نه مرده باقی می ماند (گومشی نوبری، نقل در پشوتنی زاده و کوکبی، 1393).

هنگامی که برای جمع آوری داده ها از ابزارهای پرسشنامه، مشاهده و.. استفاده می کنیم باتوجه به دالیل مختلف از جمله ناتوانی در بیان (خجالت) داده های حقیقی گردآوری نشود. از سوی دیگر در چنین ابزارهایی که پژوهشگر تلاش می کند با تغییر یک متغیر و ثابت نگه داشتن دیگر متغیرها، تنها به بررسی یک عامل می پردازد. اصل مکملیت بور اتفاق افتاده است. بنابراین ابزارهای اندازه گیری و جمع آوری اطلاعات نیز مانند ابزارهای اندازه گیری در دنیای کوانتومی بر مقوله مورد بررسی اثر می گذارند و نمی توانند به سنجش دقیق آن ها بپردازند. تطبیق گربه شرودینگر با محیطهای اطلاعاتی را می توان در کار اشاعه دهندگان و ارائه دهندگان اطلاعات مشاهده کرد. (مرتبط ترین و مفیدترین اطلاعات) ولی تا وقتی که از خود فرد، درباره کیفیت منابع ارائه شده سوال نشود، با قطعیت نمی توان درباره مفید بودن اطلاعات اظهار نظر کرد. تنها پس از پرسش کاربر معلوم و مشخص می گردد، گربه مرده است یا زنده.

- کل انگاری

از ابتدای تکوین فیزیک جدید، این نظریه رایج شد که برای فهم یک پدیده کافی است آن را به اجزایش تجزیه کنیم، به این معنا که قوانین حاکم برکل، نتیجه قوانین حاکم بر اجزا است و کل، واقعیتی مازاد بر اجزایش ندارد. این دیدگاه به تحویل گرایی یا خردگرایی یا وحدت علم موسوم است(گلشنی، 1385). اما این قانون براساس اصل پائولی(اصل انحصاری) که بیان می کند در هیچ اتمی، هیچ دو الکترونی نمی توانند از همه نظر یکسان باشند و در اثر ترکیب اجزا همیشه حالت جدیدی پیدا می کنند که مربوط به کل است و به اجزا قابل تحویل نیست(صمدی، 1380)و به مرور زمان نظریه تحویل گرایی جای خود را به نظریه کل گرایی داد. از منظر کل گرایی، هر کل برابر مجموع اجزای آن نیست و به همین ترتیب مجموع اجزا نیز کل را تبیین نمی کنند. بنابراین نه می توان با شناخت اجزا به شناخت کل نائل آمد و نه شناخت کل، ما را از شناخت اجزا بی نیاز می گرداند (حری، 1387).

به عنوان مثال در دنیای اطلاعات، خواندن یا شنیدن یک رشته کلمات جداگانه، اطلاعاتی را به ما ارائه نخواهد کرد. در حالی که با لحاظ کردن هنرنویسندگی ایجاد نظم درواژگان می توان جملات، پاراگراف هایی با صدها بار اطلاعاتی تدوین نمود. و زمینه گرایی حکم می کند که اجزاء دربسترو چارچوب مشخصی توصیف شوند.

همانگونه که نشانه ها در بیرون از زمینه ای خاص خنثی هستند، اطلاعات بالقوه نیز زمانی معنا می یابد که در بستری ویژه و تحت نقشه ای خاص قرار گیرد. اطلاعات کل جهان نیز چیزی بیش از اطلاعات بالقوه به علاوه اطلاععات بالفعل است و این ارزش افزوده ، حاصل تراوشهای ذهنی انسان هادر برخورد با اطلاعات بالقوه و بالفعل است. به بیان دیگر ، همه اطلاعات موجود در عالم به طور بالقوه قابل دسترس است، اما از طریق تفکر آگاهانه فعلیت می یابد. بنابراین برای شناخت اطلاعات باید دائما روابط آن ها با دیگر پدیده ها را در نظرداشت و هیچ‌گاه نمی توان آن را خارج از محدوده ای که در آن جریان دارد در نظر گرفت.

پدیده تداخل

پدیدهای در نظریه موجی نور، به نام تداخل وجود دارد که عبارت است از«کنش متقابل دو موج با جریان نور به منظور تقویت یا خنثی کردن یکدیگر طبق فازهای نسبی آن ها هنگام تلاقی شان»(کاپالدی، نقل در پشوتنی زاده، 1390) در این پدیده، وقتی دو موج هم جهت با یکدیگر جمع می شوند، موجی با دامنه بزرگتر ایجاد می کنند. حال اگر دامنه یک موج رو به بالا(حالت مثبت)و دامنه موج دیگر در جهت مخالف آن(حالت منفی)قرار گیرد، این دو حالت مثبت و منفی با یکدیگر جمع می شوند و اگر برابر باشند کاملا یکدیگر را خنثی می کنند. 

حالت موجی سیستمی را که از چندین ذره تشکیل شده است نمی توان به حالت های مستقل موجی جداگانه تقسیم کرد تا هرموج به ذره مشخصی تعلق داشته باشد، در چنین حالتی ذرات درهم تنیده هستند. شرودینگر اصطلاح "درهم تنیدگی"را درواقع به جای اصطلاح "همبستگی"عنوان کرد. درهم تنیدگی، ویژگی مالکیت بیش از یک کیوبیت در وضعیت کوانتومی است. از منظر نظریه کوانتومی، یک بیت اطلاعات موجود در سیستم دریافت کننده وجود داردکه قبال با عنوان چارچوب اسنادی از آن یادشد.طبعا فرستنده نیز خود دارای چارچوب اسنادی خویش است. بنابراین پرتوهای که این جریان را پدید می آورد دارای همبستگی پیچیده ای است که سبب می شود ارتباط تحقق یابد.

وقتی این دو فرد در موقعیتی در کنار هم قرار بگیرند و اطلاعات و تجربیات خود را به اشتراک بگذارند، موجب رشد سطح آگاهی هر کدام از آنها می شود و این موضوع را می توان به دو موج هم جهت تشبیه نمود که با هم تداخل پیدا می کنند و اگر این دو موج هم جهت باشند، موجی با دامنه بالاتر ایجاد می شود. این قانون فیزیک کوانتوم (پدیده تداخل) در مسئله تفسیر اطلاعات هم وارد شده است.تازمانی که میان چارچوب اسنادی دوطرف،متناسب با اطلاعات نهفته در متن رابطه برقرار نشود،درک مطلب مورد مطالعه ممکن نیست.

برگشت پذیری یا برگشت ناپذیری

فرایندهایی در طبیعت وجود دارد که همواره در یک جهت انجام می شوند که به آنها فرایندهای برگشت ناپذیر می گویند.در مقابل، فرایندهای برگشت پذیر در دو جهت انجام می گیرند. فرایند کسب و دریافت اطلاعات نیز فرایند برگشت ناپذیر باشد. زیرا هرکسی بسته به نیاز و موقعیت خود بهره لازم را از اطلاعات می گیرد و این اطلاعات باعث تغییرات زیادی در سطح دانش وآگاهی و نحوه رفتار و زندگی فرد می شود. بنابراین، ماهرگز با، باز پس گرفتن منبع اصلی اطلاعات از فرد، نمی توانیم او را به حالت قبلی برگردانیم، زیرا او به شناخت متفاوتی دست یافته و به فرد جدیدی تبدیل شده است. بنابراین، به دلیل غیر منطقی بودن این بازگشت ،می توان آن را برگشت ناپذیر توصیف کرد.

اثر تونل

یکی از شگفت انگیزترین جنبه های نظریه موجی این بود که ذرات کوانتومی از میان سدها و دیوارهای پتانسیلی عبور می کنند،آنچه برای ذره ها در فیزیک کلاسیک غیر قابل تصور است.افراد در زندگی روزانه از کنار بسیاری از تابلوهای اعالنات، تبلیغات،پوسترهاو..می گذرد.و پیامهایی که در آنها نهفته است بر ذهن افراد، خواسته و ناخواسته اثر می گذارد و بار اطلاعاتی خود را منتقل می سازد. محیط اطراف ما لبریز از اطلاعات و پیام هاست و ماگاه برحسب نیاز اطلاعاتی خود به صورت آگاهانه و کاملا ارادی به انتخاب برخی از آنها می پردازیم.ولی کل اطلاعاتی که در ذهن افراد است، چیزی بیش از این برخوردهای آگاهانه است که به نظر می رسد که ناشی از عبور ذرات اطلاعاتی معلق در محیط پیرامون ما از غشای ذهن (اثر تونل) و تاثیر آن بر گنجینه اطلاعات فردی است. یکی از ویژگی های انسانی، توانایی یادگیری و حافظه است.مثال ماشخصی را چند سال پیش دیده ایم و اکنون با دیدن او ناگهان تمام خاطرات ،چهره و هویت او در ذهنمان پدیدار می شود. به این صورت که اطلاعات از غشای این سلول های قدیمی گذشته و به سلولهای جدیدی انتقال پیدا کرده است.

سایبرنتیک و نظریه کوانتوم اطلاعات

نظریه کوانتومی اطلاعات عنصر دریافت کننده یا مشاهده گر را درمعنی بخشی به اطلاعات مورد توجه قرار می دهد.با این استدلال که تفسیر در بطن نظریه کوانتوم نهفته است و مشاهده گر را عنصری می داند که عالم را از طریق مشاهده خود در می یابد، همان نظریه سایبرنتیک نیز می باشد.

لینک منبع

لینک منبع

لینک مقالات مرتبط

لینک مقاله

لینک مقاله

با تشکر از همکاری آمنه شناور -دانشجوی دکتری بازیابی اطلاعات، دانشگاه الزهرا (س)- در گردآوری مطالب