Γιατί δεν μπορούμε να είμαστε σε δύο μέρη την ίδια στιγμή; Η απλή απάντηση είναι ότι αυτό συμβαίνει γιατί τα μεγάλα αντικείμενα δεν φαίνεται να υπόκεινται στους ίδιους εκκεντρικούς νόμους της κβαντομηχανικής, που κυβερνούν τα υποατομικά σωματίδια. Αλλά γιατί όχι – και πόσο μεγάλο πρέπει να είναι κάτι για την κβαντική φυσική ώστε να μην ισχύει; Οι κυματισμοί στον χωροχρόνο θα μπορούσαν να έχουν την απάντηση.
Διατηρώντας χωριστά το κλασσικό από τον κβαντικό κόσμο
Η θέση του ορίου μεταξύ της κλασικής και της κβαντικής κόσμοι είναι ένα μακροχρόνιο διαρκές μυστήριο.Μια ιδέα που υπάρχει είναι πως οτιδήποτε ξεκινάει σαν ένα κβαντικό σύστημα, υπάρχει σε μία υπέρθεση καταστάσεων. Αυτό θα κάνει ένα αντικείμενο να μπορεί να είναι, για παράδειγμα, σε πολλά μέρη ταυτόχρονα. Αλλά όταν αυτό το σύστημα αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του, τότε καταρρέει σε μία κλασική κατάσταση – ένα φαινόμενο που ονομάζεται κβαντική αποσυνοχή (decoherence)
Ο Brahim Lamine του Πανεπιστημίου Pierre – Marie Curie στο Παρίσι, και οι συνεργάτες του λένε ότι τα κύματα της βαρύτητας μπορεί να είναι υπεύθυνα για αυτό το φαινόμενο. Αυτά τα κύματα, στον ίδιο τον ιστό του σύμπαντος, δημιουργήθηκαν από την ταχεία επέκταση του αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, καθώς και από βίαια αστροφυσικά γεγονότα, όπως στις συγκρούσεις των μαύρων οπών. Κατά συνέπεια, ένα γενικό υπόβαθρο κυματισμών με πολύ χαμηλά πλάτη (εντάσεις) χαρακτηρίζουν τον χωροχρόνο.
Τα κύματα της βαρύτητας μπορεί να είναι υπεύθυνα για την ασάφεια της κβαντικής κατάρρευσης σε μία ενιαία κλασσική κατάσταση.
Ο Lamine και οι συνεργάτες του υπολόγισαν με ποιό τρόπο αυτός ο κυμαινόμενος χωροχρόνος θα μπορούσαν να συμβάλει στην κβαντική αποσυνοχή. Διαπίστωσαν λοιπόν ότι για τα συστήματα με πολύ μεγάλη μάζα, όπως το φεγγάρι, η αποσυνοχή που προκαλείται από τα βαρυτικά κύματα θα είχε αναγκάσει οποιανδήποτε κβαντική υπέρθεση να διαλυθεί αμέσως. Στο άλλο άκρο της κλίμακας, τέτοια κύματα θα είχαν μια αμελητέα επίδραση στα άμαζα φωτόνια.
Για να ελέγξει αν τα κύματα της βαρύτητας όντως αναγκάζουν την αποσυνοχή να εμφανίζεται σε μεγάλα αντικείμενα, οι ερευνητές προτείνουν τη χρήση μιας διάταξης, που ονομάζεται συμβολόμετρο ύλης-κύματος, στο οποίο μόρια διέρχονται μέσω πολλαπλών δικτυωτών σαν σχάρες. Ο κυματικός χαρακτήρας των μορίων τα οδηγεί σε μια περίθλαση, και τα κύματα περίθλασης αλληλεπιδρούν για να δημιουργήσει ένα σχήμα συμβολής. Η κβαντική αποσυνοχή όμως καταστρέφει αυτό το σχήμα συμβολής, έτσι ώστε κατ’ αρχήν, θα μπορούσε αυτό να αποτελέσει ένα κριτήριο για το αν οι διακυμάνσεις του φαινόμενου της αποσυνοχής του χωροχρονικού υποβάθρου, ταιριάζει με τις προβλέψεις. Ένα τέτοιο σύστημα θα πρέπει να έχει απομονωθεί πλήρως για να αποκλειστούν κάποιες άλλες επιπτώσεις.
Αυτό είναι, ωστόσο, αδύνατο στην πράξη – με τα σημερινά συμβολόμετρα, τουλάχιστον. Τα πειράματα που άρχισαν με τον Anton Zeilinger και τον Markus Arndt στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, κατάφεραν να δημιουργήσουν συμβολή με δοκούς από μπάκυμπολ με 60 άτομα άνθρακα, αλλά ακόμη και με τα μόρια αυτού του μεγέθους η επίδραση των κυμάτων βαρύτητας, είναι πολύ μικρή για να μπορούν να παρατηρούνται.
Σύμφωνα με τον Lamine, ο οποίος παρουσίασε το έργο του σε μια συνεδρίαση στο Les Houches για τη Βαρύτητα και τη Θεμελιώδη Φυσική του Διαστήματος, το αποτέλεσμα θα πρέπει να είναι μετρήσιμο σε μεγαλύτερα συστήματα και σε υψηλές ενέργειες. Υπερηχητικές δέσμες με περίπου 3.000 άτομα άνθρακα θα προσπαθήσουν να πετύχουν την εμφάνιση της επίδρασης των κυμάτων βαρύτητας, με ένα συμβολόμετρο έκτασης περίπου 1 τετραγωνικού μέτρου. Αυτό όμως είναι πολύ πιο πέρα από κάθε προβλεπόμενη σημερινή τεχνολογία.
Κάποιες παράξενες θεωρίες προβλέπουν, ωστόσο, ότι η κβαντική αποσυνοχή θα συμβεί σε χαμηλότερη ενεργειακή κλίμακα από αυτήν που προτείνεται από τον Lamine. Αν πράγματι έτσι συμβαίνει, αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί εντός των πειραματικών ορίων. "Κι αυτό γιατί τα πειράματα μας πιέζουν προς τα πάνω το όριο της μάζας συμβολής, βήμα προς βήμα”, συμπληρώνει ο Arndt.
—————————————————————————————————————–
Παράθεμα: Η καταστροφή της υπέρθεσης και το όριο μεταξύ κβαντικής και κλασσικής συμπεριφοράς
Από την αρχή ακόμα της κβαντικής θεωρίας, οι άνθρωποι προσπάθησαν να συμβιβάσουν τις παραξενιές των κανόνων της με την καθημερινή μας εμπειρία. Αν είναι αποδεκτό το να βρίσκεται ένα σωματίδιο συγχρόνως σε διαφορετικές θέσεις την ίδια χρονική στιγμή, γιατί τότε όλα τα απτά, μακροσκοπικά σώματα που βλέπουμε και αισθανόμαστε υπακούουν στους νόμους της κλασσικής φυσικής;
Οι πρώτε γενιές των κβαντικών φυσικών, με ηγέτες τους Niels Bohr, Werner Heisenberg και John von Neumann, επέμεναν ότι υπάρχει μια ισχυρή διάκριση μεταξύ του κλασσικού κόσμου και του κβαντικού, αν και παραδέχονταν ότι το όριο αυτό δεν καθορίζεται από τους νόμους της φυσικής. Η άποψή τους ήταν ότι το πέρασμα στην κλασσική περιοχή επηρεάζεται από τη δράση της παρατήρησης. Η ιδέα τους ήταν ότι η κυματοσυνάρτηση καταρρέει σε μια συγκεκριμένη τιμή όταν λαμβάνει χώρα η παρατήρηση. Για να αποφύγουμε τον αποφασιστικό ρόλο που παίζει ο παρατηρητής, οι φυσικοί εφηύραν διάφορες εναλλακτικές θεωρίες και ερμηνείες. Συχνά αυτό έγινε με αντίτιμο την εισαγωγή μη παρατηρήσιμων ποσοτήτων στην κβαντομηχανική που αποκλήθηκαν κρυμμένες μεταβλητές.
Η θεωρία για την καταστροφή της υπέρθεσης, αντίθετα, βασίζεται μόνο στο συμβατικό πλαίσιο της κβαντομηχανικής. Κανείς αποφεύγει το ερώτημα "πότε συμβαίνει η κατάρρευση" δεχόμενος ότι όλα τα μακροσκοπικά αντικείμενα – περιλαμβανομένων των μετρητικών συσκευών – διέπονται από την εξίσωση του Schrödinger. Η καταστροφή της υπέρθεσης δεν μπορεί συνεπώς να λύσει το φιλοσοφικό πρόβλημα της κατανόησης της ανθρώπινης αντίληψης μιας συγκεκριμένης πραγματικότητας. Μπορεί όμως να εξηγήσει την ανάδυση της κλασσικής περιοχής, δηλαδή πως και πότε ένα αντικείμενο χάνει τα κβαντικά του χαρακτηριστικά και περιγράφεται πια κλασσικά.
Το κρίσιμο σημείο είναι να αναγνωρίσουμε ότι δεν υπάρχει κβαντικό αντικείμενο τελείως απομονωμένο. Βρίσκεται μάλλον εμφυτευμένο σ’ ένα περιβάλλον που αποτελείται από σωματίδια αερίων, φωτόνια και άλλα παρόμοια σωματίδια. Η κατάσταση του περιβάλλοντος εμπλέκεται εύκολα με το κβαντικό αντικείμενο, πράγμα που προκαλεί την μεταβίβαση πληροφορίας που αφορά το αντικείμενο προς το περιβάλλον του. Η απουσία της κβαντικής συμπεριφοράς στο μακρόκοσμο είναι μια φυσική συνέπεια του γεγονότος ότι τα πιο μεγάλα και πιο πολύπλοκα αντικείμενα είναι πολύ πιο δύσκολο να απομονωθούν. Με άλλα λόγια, τα κβαντικά χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον και η επακόλουθη μεταβίβαση πληροφορίας, οδηγούν στην εμφάνιση κλασσικής συμπεριφοράς των κβαντικών αντικειμένων.
Επίσης, είναι αδύνατο να παρατηρηθεί η μετάβαση από το κβάντο στην κλασσική συμπεριφορά στα μακροσκοπικά συστήματα, επειδή η διαδικασία της αποσυνοχής εμφανίζεται σε χρονοκλίμακες που είναι πάρα πολύ μικρές για να μετρηθούν. Εντούτοις, είναι δυνατό να μετρηθεί σε συστήματα όπως είναι τα άτομα και τα ιόντα.
Μπορούμε να πούμε και ότι η αποσυνοχή συμβαίνει όταν τα κύματα ή οι κυματοσυναρτήσεις παύουν να είναι σε συμφωνία μεταξύ τους. Η αποσυνοχή μπορεί να εξηγήσει και το παράδοξο της γάτας του Schrodinger. Σύμφωνα με την ερμηνεία των πολλών κόσμων, οι κυματοσυναρτήσεις της νεκρής και ζωντανής γάτας είναι σε αποσυνοχή, δηλαδή είναι σε ασυμφωνία φάσεως, και επομένως δεν αλληλεπιδρούν πια μεταξύ τους. Έτσι, λύνεται το πρόβλημα γιατί η γάτα είναι συγχρόνως ζωντανή και νεκρή. Η κυματοσυνάρτηση της ζωντανής γάτας και της νεκρής γάτας υπάρχουν την ίδια στιγμή, αλλά δεν αλληλεπιδρούν επειδή βρίσκονται σε αποσυνοχή. Έτσι, με την αποσυνοχή εξηγείται με απλό τρόπο το παράδοξο της γάτας χωρίς να προϋποθέτει επιπλέον παραδοχές, όπως την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης
Διαβάστε και τα σχετικά άρθρα
1. Η διερεύνηση των ορίων του κβαντικού κόσμου
2. Η μετάβαση από την κβαντική στην κλασσική φυσική γίνεται παρατηρήσιμη
3. Η θεωρία δείχνει πως το κβαντικό παράδοξο θα μπορούσε να φανεί ακόμα και σε μια μεγάλη κλίμακα
Leave a Comment