ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗ ΤΟΠΙΚΟΤΗΤΑ: ΤΑ ΕΠΑΝΑΣΤΑΤΙΚΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ (του Έρβιν Λάσζλο)

Το Πείραμα EPR

Το Πείραμα EPR –το πρώτο από τα επαναστατικά πειράματα που έδειξε η μη τοπικότητα της μικροσφαίρας της φυσικής πραγματικότητας- διατυπώθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και τους συνεργάτες του Μπόρις Ποντόλσκι και Νέιθαν Ρόζεν το 1935.
Σε αυτό το «πείραμα σκέψης» (που ονομάστηκε έτσι επειδή εκείνη την εποχή δεν μπορούσε να επαληθευτεί εμπειρικά) παίρνουμε δυο σωματίδια που βρίσκονται στη λεγόμενη μονήρη κατάσταση, στην οποία τα σπιν τους αντισταθμίζουν το ένα το άλλο δίνοντας μηδενικό συνολικό σπιν. Επιτρέπουμε στα σωματίδια να χωριστούν και να ταξιδέψουν μια πεπερασμένη απόσταση. Αν μπορούσαμε στην συνέχεια να μετρήσουμε τα σπιν και των δυο σωματιδίων, θα γνωρίζαμε την κατάστασή τους ταυτόχρονα.

Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι αυτό θα έδειχνε πως ο παράξενος περιορισμός που επιβάλλεται στις μετρήσεις από την αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ (Heisenberg) τελικά δεν ισχύει. Η θεωρία στην οποία βασίζεται δεν παρέχει μια πλήρη περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας.

Όταν επινοήθηκαν πειραματικές συσκευές αρκετά εξελιγμένες για να ελέγξουν αν ο Αϊνστάιν είχε δίκιο, αποδείχτηκε ότι δεν συμβαίνει αυτό ακριβώς που αναμενόταν. Ας υποθέσουμε ότι μετρούμε το σπιν του ενός σωματιδίου-του σωματιδίου Α- κατά μήκος κάποιας κατεύθυνσης, ας πούμε κατά τον άξονα z (οι επιτρεπόμενες καταστάσεις σπιν είναι προς τα «πάνω» ή προς τα «κάτω» κατά τους άξονες χ, ψ και z). Ας πούμε ότι η μέτρηση δείχνει πως το σπιν είναι στην κατεύθυνση «πάνω». Επειδή τα σπιν των σωματιδίων πρέπει να αντισταθμίζουν το ένα το άλλο, το σπιν του σωματιδίου Β πρέπει να είναι «κάτω». Όμως τα σωματίδια απέχουν μεταξύ τους και αυτή η προϋπόθεση δεν θα έπρεπε να ισχύει. Ισχύει όμως. Κάθε μέτρηση του ενός σωματιδίου δίνει ένα συμπληρωματικό αποτέλεσμα στη μέτρηση του άλλου. Φαίνεται ότι η μέτρηση του σωματιδίου Α έχει ακαριαία επίδραση πάνω στο Β, κάνοντας την κυματοσυνάρτηση του σπιν του να καταρρεύσει στη συμπληρωματική κατάσταση. Η μέτρηση του Α δεν αποκαλύπτει απλώς μια ήδη εδραιωμένη κατάσταση στο Β: στην πραγματικότητα παράγει αυτή την κατάσταση.

Μια ακαριαία επίδραση μεταδίδεται από το Α στο Β, μεταφέροντας ακριβείς πληροφορίες για αυτό που μετράται. Το Β «γνωρίζει» πότε μετράται το Α, για ποια παράμετρο και με ποιο αποτέλεσμα, αφού περνά κι αυτό στη δική του αντίστοιχη κατάσταση. Μια μη τοπική σύνδεση συνδέει το Α και το Β, παρ’ όλη την απόσταση που τα χωρίζει.

Πειράματα που έγιναν στη δεκαετία του 1980 από τον Αλαίν Ασπέ (Alain Aspect) και τους συνεργάτες του, και επαναλήφθηκαν από τον Νίκολας Γκίζιν (Nicolas Gisin) το 1997, δείχνουν ότι η ταχύτητα με την οποία μεταδίδεται το φαινόμενο είναι ασύλληπτη. Στα πειράματα του Ασπέ η επικοινωνία ανάμεσα σε σωματίδια που απέχουν δώδεκα μέτρα εκτιμήθηκε ότι χρειάστηκε λιγότερο από ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, δηλαδή ήταν γύρω στις είκοσι φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στον άδειο χώρο, και στο πείραμα του Γκίζιν σωματίδια που απείχαν δέκα χιλιόμετρα εμφανίστηκαν να επικοινωνούν 20.000 φορές ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός, το υποτιθέμενο απαραβίαστο όριο ταχύτητας της θεωρίας της σχετικότητας. Τα πειράματα δείχνουν επίσης ότι η σύνδεση ανάμεσα στα σωματίδια δεν μεταδίδεται με συμβατικά μέσα διαμέσου της συσκευής μέτρησης, αλλά είναι ένα εγγενές χαρακτηριστικό των ίδιων των σωματιδίων. Τα σωματίδια είναι «διαπλεγμένα» μεταξύ τους: η συσχέτισή τους δεν είναι ευαίσθητη ούτε στην απόσταση ούτε στη διαφορά χρόνου.

Μεταγενέστερα πειράματα περιλάμβαναν περισσότερα σωματίδια σε όλο και μεγαλύτερες αποστάσεις μεταξύ τους, χωρίς να αλλάξουν αυτά τα απρόσμενα αποτελέσματα. Φαίνεται ότι η απόσταση δεν χωρίζει τα σωματίδια μεταξύ τους-αλλιώς η μέτρηση του ενός δεν θα προκαλούσε αλλαγή στο άλλο. Δεν είναι καν απαραίτητο να έχουν αρχικά τα σωματίδια την ίδια κβαντική κατάσταση. Πειράματα έδειξαν ότι δυο οποιαδήποτε σωματίδια (ανεξάρτητα αν είναι ηλεκτρόνια, νετρόνια ή φωτόνια), που προέρχονται από διαφορετικά σημεία του χώρου και του χρόνου, αν ενωθούν μια φορά μέσα στο ίδιο σύστημα συντεταγμένων, αυτό είναι αρκετό για να συνεχίσουν να ενεργούν ως μέρη του ίδιου κβαντικού συστήματος ακόμη και αφού διαχωριστούν.                    

Τα Πειράματα Τηλεμεταφοράς

Πρόσφατα πειράματα δείχνουν ότι μια μορφή μη τοπικής σύνδεσης που είναι γνωστή ως «τηλεμεταφορά» υπάρχει όχι μόνο ανάμεσα σε μεμονωμένα σωματίδια, αλλά ακόμη και ανάμεσα σε ολόκληρα άτομα. Η τελεμεταφορά αποδείχτηκε πειραματικά το 1997 για την κβαντική κατάσταση φωτονίων σε δέσμες φωτός και για την κατάσταση των μαγνητικών πεδίων που παράγονται από νέφη ατόμων. Την άνοιξη του 2004 πειράματα-ορόσημα από δυο ομάδες φυσικών, μία στο Εθνικό Ινστιτούτο Μέτρων και Σταθμών στο Κολοράντο και μία στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπουργκ στην Αυστρία, έδειξαν ότι η κβαντική κατάσταση ολόκληρων ατόμων μπορεί να τηλεμεταφερθεί με τη μεταφορά κβαντικών bits («qubits») που ορίζουν τα άτομα.

Στο πείραμα του Κολοράντο, με επικεφαλής τον Μ. Ντ. Μπάρετ (M.D. Barret), τηλεμεταφέρθηκε με επιτυχία η βασική κατάσταση ιόντων βηρυλλίου, και στο πείραμα του Ίνσμπρουκ, με επικεφαλής τον Μ. Ριμπ (M. Riebe), τηλεμεταφέρθηκαν οι βασικές και μετασταθερές καταστάσεις μαγνητικά παγιδευμένων ιόντων ασβεστίου. Οι φυσικοί πέτυχαν μια τηλεμεταφορά με εξαιρετικά υψηλή πιστότητα-78% από την ομάδα του Κολοράντο και 75% από την ομάδα του Ίνσμπουργκ-χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές αλλά ακολουθώντας το ίδιο βασικό πρωτόκολλο.

Πρώτα, δυο φορτισμένα άτομα (ιόντα), που ονομάζονται Α και Β, «διαπλέκονται», δημιουργώντας την ακαριαία σύνδεση που παρατηρείται και στο πείραμα EPR. Κατόπιν, κωδικοποιείται μέσα σε ένα τρίτο άτομο, που ονομάζεται Ρ, η σύμφωνη υπερτιθέμενη κβαντική κατάσταση που θα τηλεμεταφερθεί. Κατόπιν μετράται το Α, ένα από τα διαπλεγμένα όντα, και το άτομο Ρ. Σε αυτό το σημείο η εσωτερική κβαντική κατάσταση του Β μετασχηματίζεται, και παίρνει ακριβώς την κατάσταση που είχε κωδικοποιηθεί μέσα στο Ρ!. Δηλαδή, η κβαντική κατάσταση του Ρ «τηλεμεταφέρεται» στο Β.

Αν και τα πειράματα απαιτούν πολύπλοκες διεργασίες, η φυσική διαδικασία που επιδεικνύουν είναι σχετικά απλή. Όταν το Α και το Ρ μετρηθούν μαζί, η προϋπάρχουσα μη τοπική σύνδεση ανάμεσα στο Α και το Β δημιουργεί μια μη τοπική μεταφορά κατάστασης από το Ρ στο Β.

Στο πείραμα EPR, το ένα από τα δυο διαπλεγμένα σωματίδια «πληροφορεί διαμορφωτικά» ή «δια-πληροφορεί» το άλλο για τη μετρηθείσα κατάστασή του.  Παρόμοια, στα πειράματα τηλεμεταφοράς, η μέτρηση του ενός από τα δυο διαπλεγμένα ιόντα μαζί με ένα τρίτο τον κωδικοποιεί στην κατάσταση του τρίτου ιόντος στο δεύτερο δίδυμο ιόν. Επειδή η διαδικασία καταστρέφει την υπερτιθέμενη κβαντική κατάσταση του Α και την αναδημιουργεί στο Ρ, θυμίζει την ιδέα της «τηλεμεταφοράς» ενός αντικειμένου από ένα σημείο σε ένα άλλο, η οποία απαντάται στην επιστημονική φαντασία.

Τα πιο εξελιγμένα πειράματα τηλεμεταφοράς ανοίγουν τεράστιους ορίζοντες. Σε λίγο οι φυσικοί θα βρουν τρόπους για να τηλεμεταφέρουν qubits όχι μόνο από ένα άτομο σε ένα άλλο, αλλά ανάμεσα σε ένα μεγάλο αριθμό σωματιδίων ταυτόχρονα. Αυτό θα οδηγήσει σε διάφορες τεχνολογικές καινοτομίες, ανάμεσα τους και μια νέα γενιά ταχύτατων κβαντικών υπολογιστών. Αν διανεμηθεί ένας μεγάλος αριθμός διαπλεγμένων σωματιδίων σε όλη τη δομή ενός υπολογιστή, η «κβαντική τηλεμεταφορά» μπορεί να δημιουργήσει μια ακαριαία μεταφορά πληροφοριών ανάμεσα τους χωρίς να χρειάζεται να συνδέονται τα σωματίδια μεταξύ τους ή ακόμη και να είναι το ένα δίπλα στο άλλο.  

Απόσπασμα απο το βιβλίο “Η νεα επιστήμη και το ακασικό πεδίο του Ervin Laszlo”, Εκδόσεις Αρχέτυπο, σελ. 33

Ο Δρ. Ervin Laszlo (Ουγγαρία, 1932) είναι ένας πραγματικός αναγεννησιακός άνθρωπος του καιρού μας. Φιλόσοφος, επιστήμονας, θεωρητικός και διακεκριμένος πιανίστας, ο Δρ. Laszlo προτάθηκε ήδη δύο φορές για το Νόμπελ Ειρήνης. Έχει εκδώσει 75 βιβλία, τα οποία έχουν μεταφραστεί σε 21 γλώσσες και είναι επίτιμος διδάκτορας των πανεπιστημίων Σορβόνης, Πρίνστον και Γέηλ. Μετά την εμπειρία του με το General Evolutionary Research Group, το μυστικό οργανισμό που ένωνε επιστήμονες από τις δύο πλευρές του Ψυχρού Πολέμου, ίδρυσε το Club of Budapest: ένα διεθνές think tank το οποίο ενώνει τις μεγαλύτερες διάνοιες της εποχής μας στην αναζήτηση λύσεων για το μέλλον της ανθρωπότητας. Παράλληλα με τις άλλες του δραστηριότητες ο Δρ. Laszlo εκδίδει το διεθνές World Futures The Journal of General Evolution, είναι πρύτανης του νεοϊδρυθέντος GlobalShift University και επικεφαλής της κυβερνητικής εκστρατείας για το φαινόμενο του θερμοκηπίου στη χώρα του.

Διαβάστε επίσης
–Το λησμονημένο αίτημα του Φράνσις Μπέικον και η ειρήνη
–Επιστήμη και ελεύθερη βούληση (του Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ)

Φωτογραφία: wikimedia