Θεωρίες φυσικής

Μια παραξενιά της κβαντομηχανικής: στοιχειωμένη δράση από απόσταση

Written by Δ.Μ.

Ο Έρβιν Σρέντιγκερ απεκάλεσε την διεμπλοκή σαν το “καθοριστικό γνώρισμα» της κβαντικής θεωρίας. Ο Αϊνστάιν από την άλλη δεν ήθελε να πιστέψει σε αυτήν καθόλου, νομίζοντας ότι η κβαντική θεωρία είχε σοβαρά λάθη.

Share

Ο Έρβιν Σρέντιγκερ απεκάλεσε την διεμπλοκή σαν το “καθοριστικό γνώρισμα» της κβαντικής θεωρίας. Ο Αϊνστάιν από την άλλη δεν ήθελε να πιστέψει σε αυτήν καθόλου, νομίζοντας ότι η κβαντική θεωρία είχε σοβαρά λάθη.

spooky_influence-distance

Τι είναι η διεμπλοκή;

Είναι η ιδέα ότι δύο σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε τέτοια σύζευξη μεταξύ τους, που η αλλαγή της κβαντικής κατάστασης του ενός να επηρεάζει ακαριαία και του άλλου, ακόμη και αν είναι έτη φωτός μακριά. Αυτή η «στοιχειωμένη δράση από απόσταση”, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, είναι ένα σοβαρό πλήγμα για την αντίληψη που έχουμε για το πώς λειτουργεί ο κόσμος.

Το 1964, ο φυσικός John Bell του CERN, έδειξε αν και κατά πόσο θα μπορούσε να ισχύσει αυτή η ιδέα. Υπολόγισε λοιπόν μια μαθηματική ανισότητα που περιείχε το μέγιστο συσχετισμό μεταξύ των καταστάσεων των απομακρυσμένων σωματιδίων, σε πειράματα στα οποία διατηρούνται τρεις «λογικές» προϋποθέσεις: πρώτον ότι οι πειραματιστές έχουν ελεύθερη βούληση να καθορίσουν τα πράγματα όπως αυτοί θέλουν, δεύτερον ότι οι ιδιότητες των σωματιδίων που μετριούνται είναι πραγματικές και προϋπάρχουσες, κι όχι απλώς να αναδύονται κατά τη στιγμή της μέτρησης. Και τέλος, ότι κανένας συσχετισμός (επίδραση) δεν ταξιδεύει γρηγορότερα από ότι το φως, το κοσμικό όριο της ταχύτητας.

Όπως έχουν δείξει πολλά πειράματα από τότε, η κβαντομηχανική παραβιάζει κανονικά την ανισότητα του Bell, παράγοντας επίπεδα του τρόπου συσχέτισης πάνω από αυτά που είναι δυνατόν, εάν διατηρούν και τις τρεις προαναφερόμενες συνθήκες.

1-quantumspookΑυτό μας φέρνει σε ένα φιλοσοφικό δίλημμα. Μήπως δεν έχουμε ελεύθερη βούληση, που σημαίνει ότι κατά κάποιο τρόπο προκαθορίζεται τι μετρήσεις παίρνουμε; Το τελευταίο δεν αποτελεί την πρώτη επιλογή κανενός ανθρώπου. 

Μήπως δεν είναι οι ιδιότητες των κβαντικών σωματιδίων πραγματικές – πράγμα που σημαίνει ότι τίποτα δεν είναι πραγματικό στην πράξη, αλλά απλώς υπάρχει ως αποτέλεσμα της αντίληψης μας; Αυτή είναι η πιο δημοφιλής θέση, αλλά μας αφήνει ελάχιστα περιθώρια να γίνουμε σοφότεροι.

Ή μήπως υπάρχει πραγματικά μια επίδραση που ταξιδεύει ταχύτερα από το φως;

Βασισμένοι στην Ελβετική φήμη για την ακρίβεια της μέτρησης του χρόνου, το 2008 ο φυσικός Nicolas Gisin και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης, έδειξε ότι, αν η πραγματικότητα και η ελεύθερη βούληση διατηρούνται, τότε η ταχύτητα της μεταφοράς των κβαντικών καταστάσεων μεταξύ πεπλεγμένων φωτονίων που πραγματοποιήθηκαν σε δύο χωριά, που απείχαν 18 χιλιόμετρα, ήταν περίπου 10.000 φορές παραπάνω από την ταχύτητα του φωτός. Όπως αποδείχτηκε τότε, η όποια αλλαγή (π.χ. στο χρώμα) συνέβαινε στο ένα φωτόνιο, χωρίς χρονική υστέρηση συνέβαινε και στο άλλο, παρόλο που απείχαν τόσα χιλιόμετρα. Συνεπώς, ο Αϊνστάιν είχε άδικο που θεωρούσε ότι τίποτε δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως

Οι φυσικοί συνεχώς επιβεβαιώνουν πειραματικά την διεμπλοκή, ένα από τα πλέον θεμελιώδη φαινόμενα της κβαντομηχανικής, δηλαδή ότι δύο υποατομικά σωματίδια ή φωτόνια μπορούν να αλληλεπιδρούν από απόσταση, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι αυτή, μεταβάλλοντας έτσι ακαριαία τις ιδιότητές τους.

Και αυτά τα πειράματα  αποτελούν την πιο βάσιμη μέχρι σήμερα ένδειξη ότι δεν ισχύει η «τοπικότητα», μία θεμελιώδης αρχή της κλασικής φυσικής – η αρχή της τοπικότητας.

Σύμφωνα με την κλασική φυσική, καμία αλληλεπίδραση δεν μπορεί να διαδοθεί ταχύτερα από το φως, ενώ όταν δύο συστήµατα που αλληλεπιδρούν µεταξύ τους αποµακρυνθούν πάρα πολύ, τότε διαχωρίζονται και δεν υπάρχει καµία αλληλεπίδραση µεταξύ τους.

Στην αρχή της τοπικότητας είχε βασισθεί ο Αϊνστάιν για να υποστηρίξει πως η κβαντική φυσική δεν είναι μία πλήρης θεωρία που καταφέρνει να περιγράψει την πραγματικότητα. Ο Αϊνστάιν δεν αποδεχόταν ότι η αβεβαιότητα είναι μία εγγενής ιδιότητα της φύσης, όπως πρεσβεύει η κβαντική φυσική, λέγοντας χαρακτηριστικά «πως ο Θεός δεν παίζει ζάρια με τον κόσμο».

Και αυτή η «μυστηριώδης δράση από απόσταση», φαίνεται να προκύπτει από την παραβίαση της αρχής της τοπικότητας, γιατί όντως ισχύει η κβαντομηχανική.

Όποια και αν είναι η πραγματική απάντηση σε αυτό το ζήτημα, αυτό είναι περίεργο. Καλώς ήρθατε λοιπόν στην κβαντική πραγματικότητα.

About the author

Δ.Μ.

Share