Κανείς δεν ξέρει πώς το σύμπαν ‘πηδάει’ από τα κβαντικά μυστήρια στον πραγματικό κόσμο που βιώνουμε. Θα αναφερθούμε λοιπόν σε τρεις επιστήμονες που βρίσκονται εκατέρωθεν των κβαντικών συνόρων αλλά με έντονες απόψεις σε αυτά τα ζητήματα.
Πριν από πολλά χρόνια κυκλοφορούσε ένα T-shirt που έγραφε το σλόγκαν: Σώστε τη γάτα του Schrödinger. Από τότε που εφευρέθηκε για πρώτη φορά, το 1935, η φτωχή αυτή γάτα του διάσημου νοητικού πειράματος του Erwin Schrödinger στην κβαντομηχανική βρίσκεται σε κακή κατάσταση. Πέρασε τη ζωή της μέσα σε ένα κουτί μαζί με ένα μπουκαλάκι υδροκυάνιο, και δεν ξέρουμε αν αυτό έσπασε και πέθανε, ή είναι ακόμα ζωντανή, μιας και εμείς δεν θα το μάθουμε ποτέ μέχρι να ανοίξουμε το κουτί και την δούμε. Μέχρι τότε, από την άποψη της παράξενης κβαντικής θεωρίας, είναι και νεκρή και ζωντανή, γιατί είναι μια κβαντική γάτα, ή καλύτερα βρίσκεται σε μια υπέρθεση δύο καταστάσεων ταυτόχρονα. Αυτή η γάτα χρειάζεται να τη σώσουμε, όπως τα τροπικά δάση και τους αλιγάτορες τους. Αλλά μέχρι στιγμής αυτό ήταν αδύνατο. Ακόμα και ο ίδιος ο Schrödinger συχνά παραπονιόταν ότι ποτέ δεν συνάντησε την περίφημη γάτα του.
Μέσα στο κουτί εκπέμπεται ένα φωτόνιο και συναντά ένα ημιεπαργυρωμένο καθρέπτη, από όπου το μέρος της κυματοσυνάρτησης του φωτονίου που τον διαπερνά πέφτει σε έναν ανιχνευτή ο οποίος, αν ενεργοποιηθεί, αυτόματα πυροδοτεί ένα όπλο και σκοτώνει το γάτο. Αν δεν ανιχνεύσει κάποιο φωτόνιο ο ανιχνευτής τότε η γάτα είναι ζωντανή. Η κυματοσυνάρτηση του συστήματος μέσα στο κουτί χωρίς παρατήρηση απ’ έξω είναι μια υπέρθεση δύο δυνατών περιπτώσεων: της ζωντανής και της νεκρής γάτας
Η γάτα του Schrödinger φωτίζει κάτι δυσάρεστο και προβληματικό στην καρδιά της κβαντομηχανικής. Η πιο επιτυχημένη θεωρία φυσικής όλων των εποχών, που έχει χρησιμοποιηθεί για να κατασκευάζει ή να καταλαβαίνει τα πάντα, από λέιζερ έως τις νιφάδες του χιονιού. Αλλά στην καρδιά της βρίσκεται μια καθαρή αντίφαση, επειδή στον κβαντικό κόσμο τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε πολλαπλές τοποθεσίες ταυτόχρονα, και να κάνουν ασυμβίβαστα πράγματα, και σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα, και να δρουν με τρόπους που να σας κάνουν να ευχόσαστε να μην είσαστε ένας θεωρητικός κβαντικός φυσικός. Αυτή η παράξενη ιδιότητα ονομάζεται «υπέρθεση» – και εξακολουθεί να υφίσταται μέχρι κάποιος να παρατηρήσει την υπέρθεση μέσα στο κουτί με τη γάτα, μέχρι το σημείο που οι πιθανότητες καταρρέουν σε κάτι πραγματικό και κλασικό – κάτι που μπορούμε να ακούσουμε, να αισθανθούμε, να δούμε και ίσως και να καταλάβουμε ακόμη.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, η υπέρθεση θα πρέπει να είναι δυνατή σε οποιαδήποτε κλίμακα, όμως στον πραγματικό κόσμο, πράγματα όπως τα κλειδιά σας, οι γάτες σας, και τα αυτοκίνητα σας δεν διαιρούνται σε δύο τμήματα. Αν λοιπόν η κβαντική θεωρία ισχύει στον μικρόκοσμο των φωτονίων και των ηλεκτρονίων, πότε αυτή σταματάει να δουλεύει και γιατί;
Έχουμε λίγες απαντήσεις για αυτά τα ζητήματα, αλλά όχι πραγματικές λύσεις σε ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής. Η υπέρθεση έχει ανακαλυφθεί σε εκπληκτικά μεγάλες κλίμακες – ο φυσικός Anton Zeilinger του Πανεπιστημίου της Βιέννης πριν μερικά χρόνια πυροδότησε ένα buckyball, – γνωστό και ως φουλερένιο, ένα μόριο που περιέχει εξήντα άτομα άνθρακα – μέσα από δύο σχισμές ταυτόχρονα, αποδεικνύοντας έτσι την κβαντική συμπεριφορά του. Συγκεκριμένα, αφήνοντας μια δέσμη ατόμων φουλερενίου να διέλθει διαμέσου δύο σχισμών, ο Zeilinger παρατήρησε φαινόμενα συμβολής, γεγονός που αποδεικνύει τη διττή φύση του μορίου του φουλερενίου ως σύνθετο σωματίδιο αλλά και κύμα ταυτόχρονα, όπως ακριβώς προβλέπεται από την κβαντική θεωρία. O Zeilinger θέλει εν συνεχεία να ελέγξει την ύπαρξη κβαντικής συμπεριφοράς σε ακόμα μεγαλύτερες δομές ύλης όπως τα βακτήρια. Το επιχείρημα του είναι ότι, αν και αυτές οι δομές παρουσιάζουν κβαντική συμπεριφορά, γιατί θα έπρεπε οι γάτες ή καθημερινά αντικείμενα να συμπεριφέρονται διαφορετικά;
Αλλά αυτό το μόριο ασφαλώς είναι πολύ μικρότερο από μία γάτα. Αν θα μπορούσαμε να καθορίσουμε την κβαντική "παραμεθόρια περιοχή", (πότε αρχίζει και πότε σταματάει η δράση της κβαντομηχανικής) ίσως τότε να είμαστε στο δρόμο για τη δημιουργία μιας νέας φυσικής – μία που θα μπορούσε να ενοποιήσει τη θεωρία της σχετικότητας και της κβαντομηχανικής. Διότι η ενοποίηση είναι το Άγιο Δισκοπότηρο της Φυσικής εδώ και αρκετό καιρό, αλλά οι περισσότεροι από τους πιστούς της έχουν εγκαταλείψει την αναζήτηση, πλην των οπαδών της θεωρίας των χορδών, της κβαντικής βαρύτητας κι άλλων παράξενων θεωριών.
Μια υπεραγώγιμη κβαντική συσκευή βρίσκεται σε μια υπέρθεση
Στα μακροσκοπικά συστήματα, λοιπόν, φαίνεται να εξασφαλίζεται η διατήρηση της κλασσικής εικόνας. Το ερώτημα είναι αν θα μπορούσε κάποιος να προετοιμάσει συστήματα – κάπου ανάμεσα στα μακροσκοπικά και μικροσκοπικά – στα οποία η απώλεια συμφωνίας να συμβαίνει μεν, αλλά αρκετά αργά ώστε να μπορούμε να την παρατηρήσουμε. Μέχρι πρόσφατα μπορούσε να το φανταστεί κανείς αυτό μόνο σαν νοητικό πειράματα. Όμως η πρόοδος της τεχνολογίας έχει κάνει κάποια από αυτά τα πειράματα πραγματοποιήσιμα.
Ακριβώς πριν 9 χρόνια ο Jonathan Friedman έκανε άλλη μια απόπειρα δημιουργίας μιας «μικρής γάτας» του Schrodinger. Έτσι, ένα μακροσκοπικό αντικείμενο με πολλούς μικροσκοπικούς βαθμούς ελευθερίας μπόρεσε να συμπεριφερθεί σαν κβαντικο-μηχανικό σωματίδιο, εφ όσον έχει αποσυνδεθεί αρκετά από το περιβάλλον του.
Σταδιακά σημειώθηκε πρόοδος στην επίδειξη μιας σχεδόν μακροσκοπικής κβαντικής συμπεριφοράς διάφορων συστημάτων όπως σε υπεραγωγούς, σε μαγνήτες νανοκλίμακας, σε ιόντα παγιδευμένα και ψυγμένα με λέιζερ, σε φωτόνια μιας μικροκυματικής κοιλότητας και σε μόρια φουλερενίου (C60). Ωστόσο η μεγάλη πρόοδος έγινε το 2000, όταν ο Friedman με τους συναδέλφους του δημοσίευσαν πειραματικά στοιχεία που δείχνουν ότι μια υπεραγώγιμη κβαντική συσκευή παρέμβασης (superconducting quantum interference devices -SQID)
μπορεί να τεθεί σε υπέρθεση δύο καταστάσεων μαγνητικής ροής: Μία κατάσταση
που αντιστοιχεί σε μερικά microamperes του ρεύματος που ρέει κατά τη φορά των
δεικτών του ρολογιού, και μια άλλη που αντιστοιχεί στο ίδιο ποσό ρεύματος αλλά
που ρέει με αντίθετη φορά.
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων είναι ακριβώς όπως προβλέπονται με να υποθέσουν ότι το σύστημα είναι σε μιά μακροσκοπική υπέρθεση των καταστάσεων. Η διαφορά μεταξύ των δύο καταστάσεων αντιστοιχεί σε ένα ρεύμα 2 έως 3 microamps ή σε μια μαγνητική ορμή των 10 δισεκατομμυρίων κατά Bohr magnetons, η οποία είναι “αληθινά μακροσκοπική" σύμφωνα με τον Friedman.
Αμφισβήτηση των παράξενων ιδεών της κβαντομηχανικής
H απροθυμία μιας σχετικά μικρής ομάδας φυσικών να αποδεχθούν ορισμένα από τα πορίσματα της κβαντικής προσέγγισης στον μικρόκοσμο τα τελευταία 85 χρόνια, έχει κρατήσει το θέμα στο προσκήνιο και έχει προσφέρει αρκετές πρωτότυπες εργασίες και προσεγγίσεις. Αρχής γενομένης από τον σπουδαίο φυσικό Louis de Broglie ο οποίος μάλιστα υπήρξε και ένας από τους θεμελιωτές της κβαντικής θεωρίας,
Ενδιαφέρον παρουσιάζουν και οι προσεγγίσεις του David Bohm, ο οποίος επεξέτεινε τις ιδέες του de Broglie και δημιούργησε μια προσέγγιση που είναι γνωστή ως «κβαντική θεωρία της κίνησης», Σύμφωνα λοιπόν με τη θεωρία του τα κβαντικά σωματίδια διαθέτουν «κρυμμένες μεταβλητές», δηλαδή εσωτερικές ιδιότητες που είναι ιδιάζουσες και καθορισμένες για κάθε σωματίδιο. Όταν εκτελείται μια μέτρηση, οι κρυμμένες μεταβλητές αλληλεπιδρούν με τη μετρητική συσκευή έτσι ώστε να παραχθεί ένα αποτέλεσμα. Μια συλλογή κβαντικών σωματιδίων, όσο προσεκτικά και αν προετοιμαστεί, χαρακτηρίζεται πάντοτε από ένα φάσμα τιμών των κρυμμένων μεταβλητών, ακριβώς όπως σε ένα σύνηθες κλασικό αέριο μερικά άτομα κινούνται με ταχύτητα μεγαλύτερη από τη μέση και κάποια άλλα με μικρότερη. Σ’ αυτή την εκδοχή της κβαντικής θεωρίας, οι μετρήσεις οδηγούν σε ένα φάσμα δυνατών αποτελεσμάτων, διότι οι εσωτερικές ιδιότητες των σωματιδίων που υποβάλλονται σε μέτρηση έχουν ένα φάσμα τιμών. Από πρακτική άποψη, η θεωρία του Bohm είναι ακριβώς ισοδύναμη με τη συμβατική κβαντική θεωρία. Αποτελεί, ουσιαστικά, μια μαθηματική αναδιατύπωση και επανερμηνεία των καθιερωμένων εξισώσεων και, συνεπώς, οδηγεί στα ίδια αποτελέσματα. Υπάρχει όμως ένα αγκάθι: η κβαντική θεωρία έχει κάποια ιδιάζοντα μη κλασικά χαρακτηριστικά, οπότε, μολονότι ο Bohm προσπάθησε να αποκαταστήσει την κλασική προσδιοριστικότητα των κβαντικών σωματιδίων, η θεωρία του δεν μπορεί να είναι πραγματικά κλασική. Και δεν είναι.
Η βαρύτητα στην θεώρηση του Roger Penrose
Στις μέρες μας, ο μαθηματικός και θεωρητικός φυσικός Roger Penrose της Οξφόρδης συνεχίζει να ψάχνει. O Penrose αποδέχεται ότι τα σωματίδια μπορούν να παρουσιάσουν παράξενες ιδιότητες, όπως το να βρίσκονται σε περισσότερα από ένα μέρη ταυτόχρονα, αλλά σε καμία περίπτωση δεν πιστεύει ότι παρόμοια συμπεριφορά χαρακτηρίζει τα υλικά σώματα σε μεγαλύτερη κλίμακα μεγέθους και περιπλοκότητας. O ίδιος έχει προτείνει μια νέα θεωρία η οποία, όπως ελπίζει, θα επιτρέψει την περιγραφή του σύμπαντος με πολύ πιο λογικό τρόπο. Εφόσον η θεωρία του αποδειχθεί σωστή, θα θέσει τα θεμέλια για την ενοποίηση της κβαντικής θεωρίας με τη θεωρία της σχετικότητας, ένα θέμα που απασχολεί, χωρίς επιτυχία όμως, πολλούς θεωρητικούς φυσικούς τα τελευταία χρόνια. Ως το πιο άμεσο αποτέλεσμα της επαλήθευσης της θεωρίας του Penrose, πάντως, θα είναι ο απεγκλωβισμός της γάτας του Schrödinger από την άκρως αμφισβητούμενη κβαντική της κατάσταση.
Η περίφημη γάτα του Schrödinger και οι απαντήσεις που μπορεί να δοθούν δεν είναι απλή υπόθεση. Ο Penrose λοιπόν έχει την δική του οπτική γωνία. Υποστηρίζει ότι οι υπερθέσεις διαφορετικών κβαντικών καταστάσεων δεν καταρρέουν λόγω της πράξης της μέτρησης, ή ακόμη και λόγω της αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον. Πιστεύει ότι η διαδικασία συμβαίνει ακόμη και σε ένα απομονωμένο σύστημα μέσω μίας φυσικής διεργασίας που συνδέεται με τη φύση του χωροχρόνου. Η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης, κατ’ αυτόν, συμβαίνει λόγω των διαφορετικών γεωμετριών του χωροχρόνου σε κάθε κατάσταση της υπέρθεσης.
Τα εμπόδια όμως που συναντάει ο Penrose είναι κάθε άλλο παρά ευκαταφρόνητα. Πέρα από τη δυσκολία ανάλυσης των ιδεών του σε μαθηματικό επίπεδο καθώς και την παραδοξότητα της ίδιας της κβαντικής φύσης, χρειάζεται αρκετά συχνά να βρεθεί σε αντιπαράθεση με συναδέλφους του. Ένα μεγάλο μέρος των φυσικών σήμερα αποδέχονται αδιαμαρτύρητα τα πορίσματα της κβαντικής θεωρίας υποστηρίζοντας απλώς ότι «έτσι είναι η φυσική πραγματικότητα», τη θετικιστική άποψη του Niels Bohr, την οποία δεν συμμερίζεται όμως ο Penrose.
Το επίκεντρο της προσέγγισης του Penrose κατά της παντοδυναμίας της κβαντικής συμπεριφοράς είναι η βαρύτητα. Όπως υποστηρίζει, εάν κάποιος δεν πιστεύει ότι η κβαντική παραδοξότητα εμφανίζεται σε όλες τις κλίμακες μεγέθους, σε κάποιο επίπεδο θα πρέπει να υπάρχει ένα κατώφλι κβαντικής – μη κβαντικής συμπεριφοράς. Το φυσικότερο σημείο για κάτι τέτοιο είναι η κλίμακα μεγέθους όπου η βαρύτητα αρχίζει να διαδραματίζει κάποιο ρόλο. H βαρύτητα, βάσει της θεωρίας της γενικής σχετικότητας, περιγράφεται ως καμπύλωση του χώρου και του χρόνου η οποία οφείλεται στην παρουσία μάζας ή ενέργειας. Στην κβαντική κλίμακα μεγεθών και μαζών, η καμπύλωση αυτή του χωροχρόνου είναι εξαιρετικά μικρή και δεν μπορεί να παρατηρηθεί.
Περισσότερες από μια καταστάσεις για ένα σωματίδιο (ακόμα και αν πρόκειται για «ενδιάμεσες» κβαντικές καταστάσεις), αντιστοιχούν σε περισσότερες από μια καμπυλώσεις του χωροχρόνου. Το σωματίδιο όμως θα έχει σε κάθε κατάσταση ελαφρά διαφορετική ποσότητα βαρυτικής ενέργειας σε σχέση με το περιβάλλον του διότι κάθε κατάσταση αντιστοιχεί και σε διαφορετική θέση ή ενέργεια. Με τον τρόπο αυτό η υπέρθεση όλων των δυνατών καταστάσεων (ή αντίστοιχα η ολική κυματοσυνάρτηση) εμπεριέχει μια αβεβαιότητα σχετικά με τη συνολική ενέργεια του σωματιδίου, εφόσον ληφθεί υπόψη και η βαρύτητα. H κβαντική θεωρία όμως εμπεριέχει τον τρόπο για την περιγραφή της αβεβαιότητας στην ενέργεια ενός φυσικού συστήματος: την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Σύμφωνα με την αρχή αυτή, επιτρέπεται στη φύση η ύπαρξη αβεβαιότητας στην ενέργεια ενός συστήματος, εφόσον όμως αυτή υπάρχει για ένα μικρό χρονικό διάστημα.
Εδώ βρίσκεται και το κεντρικό σημείο της θεωρίας του Penrose: η ενεργειακή αβεβαιότητα που χαρακτηρίζει την κβαντική υπέρθεση καταστάσεων ενός φυσικού συστήματος (σωματιδίου, μορίου ή αντικειμένου) είναι ασταθής και χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένο χρόνο ύπαρξης. Όσο μεγαλύτερο είναι το αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά ενέργειας μεταξύ των επιμέρους κβαντικών καταστάσεων και τόσο μεγαλύτερη είναι η αβεβαιότητα στην ενέργεια του.
H μεγάλου μεγέθους αβεβαιότητα στην ενέργεια συνεπάγεται και την πολύ γρήγορη υιοθέτηση από το αντικείμενο μιας και μόνο κατάστασης. Για ένα αντικείμενο με το μέγεθος και τη μάζα του πρωτονίου, η κβαντική υπέρθεση καταστάσεων μπορεί να έχει διάρκεια εκατομμυρίων ετών, ενώ για άτομα και μόρια η χρονική πρόβλεψη είναι μικρότερη αλλά αρκετά μεγάλη για να αποτρέπει τη δυνατότητα άμεσης μέτρησης.
Συσσωματώματα όμως που περιλαμβάνουν αρκετές χιλιάδες μόρια χαρακτηρίζονται από αρκετά μεγάλη βαρυτική ενέργεια για να οδηγηθούν στην κατάρρευση της υπέρθεσης κβαντικών καταστάσεων σε λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Στην προσέγγιση αυτή, η βαρύτητα εξηγεί γιατί αντικείμενα πάνω από κάποιο μέγεθος δεν βρίσκονται ποτέ σε δύο διαφορετικά μέρη ταυτόχρονα. Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν με τα μέχρι σήμερα πειραματικά δεδομένα ερευνητικών ομάδων όπως αυτών του Zeilinger. O Penrose χρησιμοποιεί τον όρο «αντικειμενική μείωση καταστάσεων» (objective state reduction) για να χαρακτηρίσει την όλη διαδικασία, υπονοώντας ότι η κατάρρευση της υπέρθεσης κβαντικών καταστάσεων λαμβάνει χώρα βάσει ενός εσωτερικού χρονοδιαγράμματος του φυσικού συστήματος,
Το πείραμα FELIX των Penrose και Bouwmeester
Μαζί με τον συνάδελφό του Dik Bouwmeester του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, στη Σάντα Μπάρμπαρα, ο Penrose έχει σχεδιάσει ένα νοητικό μέχρι τώρα πείραμα που το ονόμασαν FELIX για να δοκιμαστούν τα όρια της κβαντικής με την κλασική φυσική. Εν τέλει θέλει να διαπιστώσει αν κάνει ή όχι λάθος σχετικά με αυτή τη νέα φυσική.
Η διάταξη στο πείραμα FELIX, που είναι τα αρχικά των λέξεων Free-Orbit Experiment with Laser-Interferometry X-Rays terferometry X-Rays, θα είναι τοποθετημένη σε δύο εξέδρες στο διάστημα, η απόσταση μεταξύ των οποίων πρέπει να είναι της τάξης των 13.000 χιλιομέτρων τουλάχιστον.
“Το πείραμα μας αποσκοπεί στην οικοδόμηση μιας «γάτας του Schrödinger» που θα αποτελείται από ένα μικρό κάτοπτρο – κρύσταλλο, περίπου στο ένα δέκατο του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας. Το κάτοπτρο θα τοποθετηθεί σε μια υπέρθεση από δύο πολύ ελαφρώς διαφορετικές τοποθεσίες”, λέει ο Penrose.
Ένα φωτόνιο κατευθύνεται προς έναν διαχωριστή δέσμης, και μία από τις δέσμες πηγαίνει σε ένα άκαμπτο ελαφρύ κάτοπτρο προτού πάει σε ένα μακρύ κυματοδηγό, ενώ η άλλη δέσμη πηγαίνει κατευθείαν σε έναν κυματοδηγό. Στο τέλος των δύο κυματοδηγών, υπάρχει ένα σκληρό κάτοπτρο που ανακλά προς τα πίσω τις δύο δέσμες
Το αντικείμενο αυτής της διάταξης είναι να μπορέσει να αναπαράγει τα κύρια στοιχεία του νοητού πειράματος του Schrödinger, H ιδέα επικεντρώνεται στη χρήση ενός μικροσκοπικού κρυστάλλου με τυπικό μέγεθος ενός μικρομέτρου και περιεκτικότητα σε άτομα της τάξης των 1015 . Συγκρινόμενος με τις κβαντικές τάξεις μεγέθους, ο κρύσταλλος αυτός είναι τεράστιος, ο δε Penrose έχει υπολογίσει ότι η κατάρρευση οποιασδήποτε υπέρθεσης καταστάσεων του θα λάβει χώρα σε χρονικό διάστημα μεταξύ ενός δεκάτου και ενός εκατοστού του δευτερολέπτου. Το χρονικό αυτό διάστημα είναι αρκετά μεγάλο ώστε να μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά η κατάρρευση της υπέρθεσης αλλά και αρκετά σύντομο για να διαφοροποιηθεί το αποτέλεσμα από την πρόβλεψη της κλασσικής κβαντικής θεωρίας, βάσει της οποίας η υπέρθεση καταστάσεων διατηρείται χωρίς χρονικό περιορισμό.
“Σύμφωνα με τις δικές μου ιδέες, αυτή υπέρθεση θα εκφυλιστεί αυθόρμητα στη μία ή την άλλη θέση μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Η πρόβλεψή μου είναι αντίθετη με ό,τι προβλέπει η καθιερωμένη κβαντομηχανική." Και, συνεχίζει ο Penrose, "Αυτή η διάταξη θα ανιχνεύσει το όριο της εφαρμογής της καθιερωμένης κβαντομηχανικής."
Το Άγιο Δισκοπότηρο θα μπορούσε απλά να κρύβεται σε αυτό το όριο.
Το πείραμα είναι επικίνδυνο. “Θα μπορούσα να διαψευσθώ από το πείραμα, όμως δεν αποδεικνύεται σωστό από αυτό," παραδέχεται Penrose. "Αλλά αυτή είναι η φύση της επιστήμης!" Με άλλα λόγια, αν το πείραμα δεν παρουσιάσει κανένα αποτέλεσμα, αυτό μπορεί να σημαίνει απλώς ότι αυτοί εξέτασαν σε λάθος μέρος – και πρέπει να συνεχίσουν να ψάχνουν.
Κβαντική συνείδηση
Ο Andreas Mershin, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, θέλει να δοκιμάσει μια ακόμη πιο τολμηρή πρόταση του Penrose – ότι μπορεί να λαβαίνουν χώρα στον εγκέφαλο κβαντικά φαινόμενα και μπορεί να αποτελούν τη βάση της συνείδησης.
O Penrose, μαζί με τον Stuart Hameroff, πρότεινε ότι οι μικροσωληνίσκοι στους νευρώνες του εγκεφάλου μπορεί πραγματικά να λειτουργούν με ένα κβαντικό τρόπο. Υπάρχουν λοιπόν σχέδια για να εξετάσουν αυτή τη θεωρία σε ένα πείραμα με τουμπουλίνη και επιφανειακά πλασμόνια – συλλογικά κύματα ηλεκτρονίων εκτοπισμένων στην επιφάνεια ενός μετάλλου.
"Τα πλασμόνια είναι σαν μια δέσμη ηλεκτρονίων που βρίσκονται μαζί και διακινούνται μαζί σε συνοχή, έτσι ώστε να φαίνονται σαν ένα σωματίδιο," εξηγεί ο Andreas Mershin. Η φυσική έχει ήδη αποδείξει ότι ένα φωτόνιο μπορεί να αλλάξει σε ένα πλασμόνιο και να επιστρέψει πίσω σε ένα φωτόνιο – μια σχετικά βάρβαρη διαδικασία – και να παραμείνει, όπως λέμε στο παράξενο λεξιλόγιο της κβαντικής θεωρίας, πεπλεγμένο.
"Η διεμπλοκή είναι μια καθαρή ιδιότητα της κβαντικής μηχανικής," σημειώνει ο Mershin. “Το κόλπο που προτείνουμε είναι να βάλουμε τουμπουλίνη στην επιφάνεια του μετάλλου, όπου τα πλασμόνια είναι διεγερμένα. Και το ηλεκτρικό πεδίο από αυτά τα ηλεκτρόνια θα επιδράσουν πάνω σε ένα μέγεθος, γνωστό ως η ηλεκτρική σταθερά της τουμπουλίνης. Αν μπορούμε να δείξουμε ότι είναι η τουμπουλίνη ικανή να υποστηρίξει την εν λόγω διεμπλοκή της κβαντομηχανικής, η θεωρία των Penrose και Hameroff θα φαίνεται πολύ πιο αξιόπιστη."
Ο φυσικός Jack Tuszynski, του Πανεπιστημίου του Κάλγκαρι, διερευνά τα κβαντικά σύνορα του ίδιου του εγκεφάλου. Πρόκειται για έναν πρώην φυσικό της συμπυκνωμένης ύλης, που έγινε βιοφυσικός, "Πάντα με ενδιέφερε η βιολογία, αλλά δεν υπήρχαν αρκετά δεδομένα για να ασχοληθεί ένας φυσικός. Αυτό όμως άλλαξε στην προηγούμενη δεκαετία με τη νανοτεχνολογία." Τώρα, ο Jack Tuszynski έχει ολοένα και περισσότερες αποδείξεις ότι ορισμένες αλληλεπιδράσεις στους μικροσωληνίσκους είναι κβαντικές. Αυτή τη στιγμή εξετάζει το πώς διάφορα μόρια συνδέονται με τους μικροσωληνίσκους.
Ένα τέτοιο μόριο είναι το περίφημο φάρμακο για την καταπολέμηση του καρκίνου Taxol. Συνδέεται με μικροσωληνίσκους, τα οποία είναι υπεύθυνα για την κυτταρική διαίρεση, και τα κάνει άκαμπτα, σταματώντας έτσι την διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης. "Προσπαθώ να αναπτύξω μια παραλλαγή που θα δεσμεύεται μόνο σε καρκινικά κύτταρα και όχι στα φυσιολογικά κύτταρα”, λέει ο Tuszynski.
Πηγές: παλιά άρθρα από το physics4u, το δίκτυο, και το Περισκόπιο της Επιστήμης
Διαβάστε και τα σχετικά άρθρα
1. Ξεχάστε τη γάτα του Σρέντιγκερ, θα μπορούσαμε να κάνουμε τον ιό του Σρέντιγκερ
2. Πίσω από τις αρχές της κβαντικής μηχανικής
3.Μια μαγική κατά βάθος θεωρία
4. Γνωριμία με ορισμένα εννοιολογικά προβλήματα της κβαντικής φυσικής
6. Μπορούν τα κβαντικά φαινόμενα να εξηγήσουν τη συνείδηση;
Leave a Comment