Θεωρίες φυσικής

100.000 gamers δοκιμάζουν τη διεμπλοκή, ένα φαινόμενο της κβαντομηχανικής, παίζοντας ένα βιντεοπαιχνίδι

Written by Δ.Μ.

Μία νέα έρευνα (BIG Bell Test) στην οποία συμμετείχαν ως εθελοντές 100.000 gamers έδειξε πως το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής ή κβαντικός συσχετισμός – το φαινόμενο που επιτρέπει σε δύο σωματίδια να συμπεριφέρονται παρόμοια και ακαριαία, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται – λειτουργεί στην πράξη. Το συγκεκριμένο φαινόμενο επινοήθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, στην προσπάθειά του να καταρρίψει την κβαντομηχανική. Το πείραμα καθοδηγήθηκε από το Ινστιτούτο Φωτονικών Επιστημών ICFO, στη Βαρκελώνη.

Share

Μία νέα έρευνα (BIG Bell Test) στην οποία συμμετείχαν ως εθελοντές 100.000 gamers έδειξε πως το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής ή κβαντικός συσχετισμός – το φαινόμενο που επιτρέπει σε δύο σωματίδια να συμπεριφέρονται παρόμοια και ακαριαία, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται – λειτουργεί στην πράξη. Το συγκεκριμένο φαινόμενο επινοήθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, στην προσπάθειά του να καταρρίψει την κβαντομηχανική. Το πείραμα καθοδηγήθηκε από το Ινστιτούτο Φωτονικών Επιστημών ICFO, στη Βαρκελώνη.

entangled particles

Αποκαλώντας το «στοιχειωμένη (spooky) δράση από απόσταση» ο Αϊνστάιν  υποστήριζε πως η διάψευσή του θα έδειχνε πως η κβαντική καταλήγει σε λανθασμένα πορίσματα. Όπως είναι φυσικό, αυτή η συμπεριφορά των υποατομικών σωματιδίων (φωτόνια, ηλεκτρόνια κλπ) είναι έξω από τη «σφαίρα» της κλασικής φυσικής, αλλά και της Θεωρίας της Σχετικότητας.

Κρυμμένες μεταβλητές

Ο Αϊνστάιν δεν υποστήριζε πως δεν ισχύει το συγκεκριμένο φαινόμενο, αλλά θεωρούσε ότι κάτι άλλο συνέβαινε στο «παρασκήνιο» το οποίο προκαλεί αυτή τη «στοιχειωμένη δράση». Κάτι που μένει προς ανακάλυψη.

Ήδη έχουν υπάρξει αρκετές πειραματικές αποδείξεις για την ισχύ της κβαντικής διεμπλοκής, αλλά είναι δύσκολο για τους επιστήμονες να αποδείξουν ακριβώς τι συμβαίνει – υπήρχε η πιθανότητα κάποιες κρυφές, άγνωστες μεταβλητές να προκαλούν αυτά τα φαινόμενα, όπως πίστευε ο Αϊνστάιν.

Τι έγινε στο πείραμα με τους εθελοντές; Οι gamers έπαιζαν στο κινητό τους ή σε άλλες συσκευές παιχνίδια που ήταν σχεδιασμένα ώστε να παράγουν τελείως τυχαίους αριθμούς, μία τυχαιότητα που θα μπορούσε να αποδείξει ότι δεν υπάρχει εμπλοκή (ή συσχετισμός) κάποιας «κρυφής» ομάδας μεταβλητών στο φαινόμενο.

Τα αριθμητικά δεδομένα που συγκεντρώθηκαν χρησιμοποιήθηκαν σε μία σειρά κβαντικά τεστ σε 12 διαφορετικά εργαστήρια, κατά τα οποία πραγματοποιούσαν μετρήσεις σε «κβαντικώς συνδεδεμένα» σωματίδια, όπως φωτόνια, σε διάφορες διατάξεις.

Θεώρημα Bell

Στο πείραμα που ονομάζεται από τον φυσικό John Bell, παράγονται ζεύγη πεπλεγμένων σωματιδίων, όπως φωτονίων, και αποστέλλονται σε διαφορετικές θέσεις όπου μετριούνται οι ιδιότητες των σωματιδίων όπως είναι τα χρώματα των φωτονίων ή ο χρόνος άφιξης τους.

Εάν τα αποτελέσματα της μέτρησης τείνουν να συμφωνούν, ανεξάρτητα από τις μετρηθείσες ιδιότητες, δείχνει κάτι πολύ περίεργο: είτε η μέτρηση ενός σωματιδίου επηρεάζει άμεσα το άλλο σωματίδιο (παρά το γεγονός ότι είναι μακριά) είτε ακόμα πιο παράξενο, οι ιδιότητες ποτέ δεν υπήρχαν. μάλλον δημιουργήθηκαν από την ίδια τη μέτρηση.

Και τα δύο αυτά πιθανά αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση με τις μακροχρόνιες θεωρίες που ανέπτυξε ο Αϊνστάιν με την ονομασία Τοπικός Ρεαλισμός. Ο τοπικός ρεαλισμός βασίζεται στην κατανόηση ότι το σύμπαν μας είναι ανεξάρτητο από τις παρατηρήσεις μας, στις οποίες καμία επίδραση δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από το φως.

Παίρνοντας τους συμμετέχοντες στο παιχνίδι να επιλέξουν τυχαία τις μετρήσεις, και παίζοντας ένα βασικό παιχνίδι που έχει περιορισμένες επιλογές, το πείραμα αποφεύγει το λεγόμενο «παραθυράκι ελευθερίας επιλογής» («freedom-of-choice loophole») το οποίο είναι η πιθανότητα τα σωματίδια που θα μετρηθούν να επηρεάσουν την επιλογή μέτρησης. Εάν υπάρχει αυτή η επίδραση, θα ακυρωθεί το πείραμα.

Ομοίως, η απόφαση δεν μπορεί να ληφθεί από μια γεννήτρια τυχαίων αριθμών, καθώς υπάρχει η πιθανότητα αυτά τα φυσικά συστήματα να συντονίζονται με τα πεπλεγμένα σωματίδια.

Pure-Entanglement_stillΔοκιμές του θεωρήματος του Bell

Αυτά τα πειράματα είναι γνωστά με την τεχνική ονομασία δοκιμές του θεωρήματος του Bell. Έτσι, για πρώτη φορά, η εν λόγω μελέτη «κλείνει» ένα από τα σημαντικότερα κενά των δοκιμών του θεωρήματος του Bell, σύμφωνα με το οποίο οι χρησιμοποιούμενοι αριθμοί στην πραγματικότητα είναι προβλέψιμοι.

Η συγκέντρωση αριθμών που είναι πράγματι τυχαίοι αποτελεί ιδιαίτερα δύσκολο εγχείρημα, και αυτή ήταν η αποστολή των εθελοντών στο πλαίσιο της έρευνας.

«Οι άνθρωποι είναι απρόβλεπτοι, και ακόμη περισσότερο όταν χρησιμοποιούν τα κινητά τους», σημειώνει ο Andrew White, μέλος της ερευνητικής ομάδας από το πανεπιστήμιο του Queensland στην Αυστραλία. Στην συνέχεια, αυτά τα τυχαίως παραγόμενα ψηφιακά δεδομένα καθόρισαν τον τρόπο με τον οποίο διάφορα «κβαντικώς συνδεδεμένα» άτομα και φωτόνια μετρήθηκαν στα διάφορα πειράματα. Έτσι, διέψευσαν ένα από τα πιο επίμονα κενά στην αρχή του τοπικού ρεαλισμού (local realism) που υποστήριζε ο Αϊνστάιν.

Η αρχή του τοπικού ρεαλισμού αφορά την ιδέα ότι φαινόμενα ή παρατηρήσεις σε ένα σημείο δεν μπορούν να επηρεάσουν γεγονότα σε άλλο σημείο. Αντίθετα, η κβαντική φυσική δεν είναι συμβατή με αυτές τις αρχές, όπως δείχνει η κβαντική διεμπλοκή που προβλέπει τη «σύνδεση» σωματιδίων ανεξάρτητα της μεταξύ τους απόστασης.

Έτσι, συγκεντρώνοντας τόσο μεγάλο όγκο τυχαίων αριθμών, η δοκιμή έδειξε ότι η κβαντική φυσική μπορεί όντως να εξηγήσει τη λειτουργία του Σύμπαντος – χωρίς την εμπλοκή δήθεν κρυμμένων μεταβλητών.

«Κάθε ένα από τα εργαστήρια διεξήγαγε ένα διαφορετικό πείραμα προκειμένου να δοκιμάσει τη θεωρία του τοπικού ρεαλισμού σε διαφορετικά φυσικά συστήματα και να ελέγξει άλλες έννοιες που συνδέονται με τον ρεαλισμό», εξηγεί ο ερευνητής Martin Ringbauer, επίσης από το πανεπιστήμιο του Queensland.

relativist-theoryΑνώτερα «επίπεδα τυχαιότητας»

Το συγκεκριμένο πείραμα έρχεται σε συνέχεια ανάλογων δοκιμών του θεωρήματος του Bell, οι οποίες διεξήχθησαν φέτος. Οι επιστήμονες ουσιαστικά πέτυχαν νέα «επίπεδα τυχαιότητας», που μπορούν να αποδείξουν ότι τα κβαντικά φαινόμενα δεν προκύπτουν από κάποιο είδος τάξης ή μοτίβου, που είναι κρυμμένο στο «παρασκήνιο».

Οι ερευνητές παραδέχονται ότι τα πειράματά τους αποτελούν μέρος μίας ευρύτερης εικόνας, στο πλαίσιο της οποίας υπάρχουν ακόμη αρκετά που δεν γνωρίζουμε για την κβαντική φυσική. Ωστόσο, η μελέτη αυτή αποτελεί είναι ένα ακόμη βήμα προς την κατανόηση της κβαντικής διεμπλοκής και του τοπικού ρεαλισμού

Επίσης, αναδεικνύει πώς με τη χρήση του κινητού μπορεί κάποιος πέραν των άλλων να βοηθά την επιστήμη.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Nature.

Διαβάστε και τα σχετικά άρθρα

 

Πηγή1  Πηγή2

About the author

Δ.Μ.

Share