Θεωρίες φυσικής

Το κβαντικό παράδοξο του προβλήματος Elitzur-Vaidman για τον έλεγχο μιας βόμβας

Είναι τρομακτική η σκέψη να πυροδοτηθεί μια βόμβα από ένα μόνο φωτόνιο. Εάν ένα τέτοιο γεγονός υπήρχε στον κλασικό κόσμο, ούτε θα είχατε ενημερωθεί ποτέ για αυτό. Κάθε φωτόνιο που θα εισερχόταν στο μάτι σας για να σας το πει, ήδη θα είχε προκαλέσει την έκρηξη της βόμβας, ενώ εσείς θα αναχωρούσατε για την αιώνια βασιλεία.

Share

Είναι τρομακτική η σκέψη να πυροδοτηθεί μια βόμβα από ένα μόνο φωτόνιο. Εάν ένα τέτοιο γεγονός υπήρχε στον κλασικό κόσμο, ούτε θα είχατε ενημερωθεί ποτέ για αυτό. Κάθε φωτόνιο που θα εισερχόταν στο μάτι σας για να σας το πει, ήδη θα είχε προκαλέσει την έκρηξη της βόμβας, ενώ εσείς θα αναχωρούσατε για την αιώνια βασιλεία.

Με την κβαντική φυσική, θα είχατε μια καλύτερη τύχη. Σύμφωνα με ένα σχήμα που προτάθηκε από τους Ισραηλινούς φυσικούς Avshalom Elitzur και Lev Vaidman το 1993, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα κβαντικά κόλπα για την ανίχνευση μιας βόμβας, που πυροδοτήθηκε από φως, με φως – και να παραμείνετε ασφαλής με εγγύηση 25%.

Στη φυσική το πρόβλημα Elitzur-Vaidman του ελέγχου μιας βόμβας είναι ένα νοητικό πείραμα της κβαντομηχανικής, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τους Avshalom Elitzur και Lev Vaidman το 1993.  Ένα χρόνο μετά, το 1994, κατασκευάστηκε και δοκιμάστηκε με επιτυχία από τον Anton Zeilinger μία πειραματική διάταξη ελεγχόμενης έκρηξης βόμβας. Αυτή η διάταξη περιλαμβάνει ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder για να εξακριβωθεί αν έχει πραγματοποιηθεί μια μέτρηση.

Το μυστικό στην παραπάνω διάταξη είναι το ειδικό συμβολόμετρο. Εκμεταλλεύεται το κβαντικά παράξενο γεγονός ότι, αν υπάρχουν δύο δρόμοι για να ταξιδέψει ένα φωτόνιο, θα πάρει και τους δύο ταυτόχρονα. Το γνωρίζουμε αυτό, διότι, στο άλλο άκρο της συσκευής, όπου οι δύο δρόμοι διασταυρώνονται, παράγεται ένα μοτίβο που μοιάζει με ένα κύμα.

Για να καταλάβετε τι συμβαίνει, σκεφτείτε ένα φωτόνιο που εισέρχεται στο συμβολόμετρο (σημείο Α) και παίρνει τη μία διαδρομή (A – B – D), ενώ ένα φάντασμα αντίγραφο του εαυτού του παίρνει την άλλη (A – C – D). Στο σημείο D το μοτίβο της συμβολής μας δείχνει ότι το πραγματικό φωτόνιο πήρε τη μία διαδρομή ενώ το φάντασμα – αντίγραφο πήρε την άλλη. (κλικ για μεγέθυνση του διαγράμματος)

bombΣτο νοητικό πείραμα Elitzur και Vaidman, στο ήμισυ του χρόνου (50%) υπάρχει μία βόμβα που πυροδοτείται από ένα φωτόνιο και που μπλοκάρει την διαδρομή Β. Μόνο όμως το πραγματικό φωτόνιο μπορεί να ενεργοποιήσει την βόμβα, οπότε αν είναι το αντίγραφο φωτόνιο φάντασμα, αυτό μπλοκάρεται  από τη βόμβα, και δεν γίνεται έκρηξη – και φυσικά ούτε υπάρχει μοτίβο συμβολής στο άλλο άκρο D. Με άλλα λόγια, έχουμε «δει» τη βόμβα χωρίς την ενεργοποίηση της.

Μόλις ένα χρόνο μετά το παράδοξο της δοκιμής της βόμβας Elitzur και Vaidman, φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης το έφεραν στη ζωή – όχι  σκάζοντας τις βόμβες, αλλά ανακλώντας φωτόνια σε κάτοπτρα.

Ακολούθως, το 2000, οι Shuichiro Inoue και Gunnar Bjork του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Στοκχόλμης, χρησιμοποίησαν μια παρόμοια τεχνική για να αποδείξουν ότι θα μπορούσαμε να πάρουμε μια εικόνα από ένα κομμάτι ενός αντικειμένου χωρίς να πέσει φως πάνω σε αυτό – κάτι που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην ιατρική απεικόνιση.

Πηγή: New Scientist

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share