Κυριακή, 26 Μαΐου 2013

Κβαντική διεμπλοκή




Η κβαντική διεμπλοκή

Η κβαντική διεμπλοκή είναι το φαινόμενο κατά το οποίο, δύο αντικείμενα που δημιουργούνται μαζί (για παράδειγμα δύο ηλεκτρόνια) μένουν σε κατάσταση διεμπλοκής μεταξύ τους, ασχέτως του χώρου που μεσολαβεί πλέον από το ένα στο άλλο.

Αν στείλουμε το ένα από τα δύο στο άλλο άκρο του σύμπαντος και κάνουμε κάτι σε οποιοδήποτε από τα δύο, το άλλο αντιδρά ακαριαία!

Έτσι, είτε πρέπει να δεχτούμε πως η πληροφορία μπορεί να ταξιδέψει με άπειρη ταχύτητα είτε πως στην πραγματικότητα τα δύο αντικείμενα βρίσκονται ακόμα σε «επαφή», σε σύνδεση μεταξύ τους, δηλαδή σε κατάσταση διεμπλοκής.

Προέκταση της κβαντικής διεμπλοκής, με την προϋπόθεση πως συνέβη η μεγάλη έκρηξη, είναι πως τα πάντα, αφού δημιουργήθηκαν μαζί, είναι ακόμα συνδεδεμένα μεταξύ τους, «ακουμπούν» υπό μία έννοια ακόμα το ένα το άλλο.

Έτσι ο χώρος εμφανίζεται σαν ένα κατασκεύασμα που δίνει την ψευδαίσθηση πως υπάρχουν χωριστά αντικείμενα. Υπό την έννοια αυτή, η κβαντική διεμπλοκή κάνει να καταρρέει η εμπειρία μας για τον χώρο.

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. 


Το παράδοξο πείραμα EPR

To 1936, λοιπόν, και στην προσπάθειά του να καταδείξει ότι μία από τις συνέπειες της κβαντικής θεωρίας ήταν τόσο αβάσιμη ώστε η θεωρία θα έπρεπε είτε να είναι λανθασμένη είτε να είναι, κατά μία έννοια, μη πλήρης, ο Αϊνστάιν διατύπωσε, από κοινού με τους Boris Podolsky και Nathan Rosen, ένα νοητικό πείραμα που έμεινε γνωστό ως το «παράδοξο EPR».


Υποθέστε ότι δημιουργείτε ένα ζεύγος πεπλεγμένων (διαπλεγμένων) φωτονίων οι διευθύνσεις πόλωσης των οποίων σχηματίζουν μεταξύ τους γωνία 90°. Δεν μπορείτε να γνωρίζετε ποιες ακριβώς είναι οι διευθύνσεις πόλωσης τους, μέχρι να τις μετρήσετε. Μπορεί η μία να είναι κατακόρυφη και η άλλη οριζόντια ή να έχουν οποιονδήποτε άλλο προσανατολισμό — σίγουρα όμως ξέρετε ότι είναι κάθετες μεταξύ τους.

Βάλατε τα φωτόνια προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Καθώς αυτά απομακρύνονται, σε κάποιο σημείο της τροχιάς τους διέρχονται μέσα από πολωτικά φίλτρα που — επί τούτου — έχετε τοποθετήσει στο δρόμο τους.

Υποθέστε ότι το ένα φωτόνιο περνά απρόσκοπτα μέσα από φίλτρο, η χαρακτηριστική διεύθυνση του οποίου είναι κατακόρυφη. Συνεπώς, θα πρέπει αυτό το φωτόνιο να είναι κατακόρυφα πολωμένο — οπότε ο σύντροφος του θα πρέπει να είναι πολωμένος οριζόντια. Δηλαδή το δεύτερο φωτόνιο μπορεί να διέλθει από φίλτρο, η χαρακτηριστική διεύθυνση του οποίου είναι οριζόντια, όχι όμως και από φίλτρο με χαρακτηριστική διεύθυνση κατακόρυφη.


Ώς εδώ καλά. Το ένα φωτόνιο είναι πολωμένο κατακόρυφα, το άλλο οριζόντια — οπότε μεταξύ τους σχηματίζουν ορθή γωνία, και όλα στον κόσμο πρέπει να βαίνουν καλώς. Όχι ακριβώς!

Έως ότου το πρώτο φωτόνιο εξέλθει από το φίλτρο, δεν έχετε ιδέα αν θα το διαπεράσει ή όχι. Και επιπλέον, το φωτόνιο δεν ξέρει σε τι είδους φίλτρο πρόκειται να εισέλθει. Δεν γνωρίζετε τίποτε σχετικά με τη διεύθυνση πόλωσης καθενός φωτονίου μέχρις ότου τη μετρήσετε — ξέρετε μόνο ότι οι πιθανότητες του να διέλθει είναι 50%, ανεξάρτητα από τη χαρακτηριστική διεύθυνση του φίλτρου.

Συνεπώς, το δεύτερο φωτόνιο δεν μπορεί να γνωρίζει τι θα κάνει το πρώτο, μέχρις ότου όντως το κάνει. Επιπλέον, οι ενέργειες του πρώτου φωτονίου προσδιορίζουν τις ενέργειες του δεύτερου. Επομένως, το δεύτερο φωτόνιο πρέπει να λαμβάνει κάποιου τύπου ειδοποίηση από το πρώτο, έστω και αν αυτά βρίσκονται μακριά το ένα από το άλλο.

Μάλιστα, αυτή η ειδοποίηση πρέπει να είναι ακαριαία, επειδή οφείλει να διαβιβάζεται ακόμη κι όταν τα φωτόνια εισέρχονται στα φίλτρα την ίδια ακριβώς στιγμή! Είναι αδύνατον να προβλέψουμε τι θα κάνει κάθε φωτόνιο, εντούτοις και τα δύο θα πρέπει να δρουν εναρμονισμένα ώστε οι πολώσεις τους να έχουν τη σωστή μεταξύ τους σχέση.

H σφοδρή αντίδραση των Αϊνστάιν, Podolsky και Rosen οφείλεται σε τούτη ακριβώς την αινιγματική συμπεριφορά. Συμπεριφορά που εγείρεται επειδή τα αποτελέσματα των κβαντικών μετρήσεων είναι αβέβαια ή απροσδιόριστα έως ότου εμφανιστούν.

Το επιχείρημα, με άλλα λόγια, ήταν ότι, αν όντως οι πολώσεις των φωτονίων παραμένουν απροσδιόριστες μέχρι να μετρηθούν, τότε τα συσχετισμένα φωτόνια EPR πρέπει να συνωμοτούν μεταξύ τους ακαριαία, ώστε να διασφαλίζεται ότι οι ταυτόχρονες μετρήσεις τους δίνουν συνεπή αποτελέσματα. Αυτό φαίνεται παράλογο!

O Αϊνστάιν και οι συνεργάτες του πίστευαν ότι είναι λογικότερο να θεωρήσουμε την κβαντική θεωρία μη πλήρη, ότι είναι λογικότερο να θεωρήσουμε πως κάθε φωτόνιο διαθέτει κάποια μυστική ιδιότητα, κρύβει μια μεταβλητή που, αν τη γνωρίζαμε, θα ήμασταν σε θέση να προβλέψουμε ποιο θα ήταν το αποτέλεσμα της μέτρησης.

Όλα καλά, αλλά... πώς αλλιώς μπορούμε να ανακαλύψουμε τη μυστική ιδιότητα των φωτονίων παρά πραγματοποιώντας την ακριβή μέτρηση, το αποτέλεσμα της οποίας υποτίθεται ότι θα μας βοηθήσει να την προβλέψουμε; Αυτό ακυρώνει όλη την παραπάνω επιχειρηματολογία. Oι περισσότεροι φυσικοί συμφωνούν ότι το παράδοξο EPR αποτελεί πράγματι μέρος ενός αινίγματος.

Σημαίνει όμως αυτό ότι η κβαντική θέα είναι λανθασμένη ή απλώς ότι είναι δύσκολο να την κατανοήσουμε; Ποιο θα ήταν το όφελος να αποδώσουμε στα φωτόνια επιπλέον ιδιότητες αν δεν υπάρχει αδιαμφισβήτητος τρόπος να ανακαλύψουμε ποιες είναι αυτές, ιδιαίτερα, μάλιστα, εφόσον δεν φαίνεται να προκαλούν την παραμικρή διαφοροποίηση στα αποτελέσματα των πειραμάτων;

Δεν υπάρχει απόλυτη πραγματικότητα

Το 1964, ο φυσικός John Bell του CERN, υπολόγισε μια μαθηματική ανισότητα που περιείχε το μέγιστο συσχετισμό μεταξύ των καταστάσεων των απομακρυσμένων σωματιδίων, σε πειράματα στα οποία διατηρούνται τρεις «λογικές» προϋποθέσεις:

1. Οι πειραματιστές έχουν ελεύθερη βούληση να καθορίσουν τα πράγματα όπως αυτοί θέλουν.

2. Οι ιδιότητες των σωματιδίων που μετριούνται είναι πραγματικές και προϋπάρχουσες, κι όχι απλώς να αναδύονται κατά τη στιγμή της μέτρησης.

3. Κανένας συσχετισμός (επίδραση) δεν ταξιδεύει γρηγορότερα από ότι το φως, το κοσμικό όριο της ταχύτητας.

Όπως έχουν δείξει πολλά πειράματα από τότε, η κβαντική μηχανική παραβιάζει κανονικά την ανισότητα του Bell, παράγοντας επίπεδα συσχέτισης πάνω από αυτά που είναι δυνατόν, εάν ισχύουν και τις τρεις παραπάνω συνθήκες.

Το 1967 ο Σάιμον Κόχεν και ο Ερνστ Σπέκερ απέδειξαν μαθηματικά ότι ακόμη και σε ένα μεμονωμένο κβαντικό αντικείμενο, στο οποίο ο συσχετισμός δεν είναι δυνατός, οι τιμές που παίρνει κάποιος όταν μετράει τις ιδιότητές του εξαρτώνται από το γενικότερο πλαίσιο.

Ετσι η τιμή της ιδιότητας Α, ας πούμε, εξαρτάται από το αν επιλέγει κάποιος να τη μετρήσει με την ιδιότητα Β ή με την ιδιότητα Γ. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει πραγματικότητα ανεξάρτητη από την επιλογή του τρόπου μέτρησης.

Ο Νιλς Μπορ, ένας από τους γίγαντες της Κβαντικής Φυσικής, υπήρξε μεγάλος υπέρμαχος της ιδέας ότι η φύση της κβαντικής πραγματικότητας εξαρτάται από το τι επιλέγουμε να μετρήσουμε, μια έννοια την οποία αποκαλούσε «Ερμηνεία της Κοπεγχάγης».

Πάντως, όσο περίεργη κι αν ακούγεται, η κβαντική διεμπλοκή είναι ένα φυσικό φαινόμενο που παρατηρείται σε πειράματα μικρής και μεγάλης κλίμακας, και στο μέλλον πρόκειται να παίξει πρωτεύοντα ρόλο σε τομείς όπως η ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών και η ασφάλεια των τηλεπικοινωνιών.





6 σχόλια:

  1. πολύ ωραία ανάρτηση ....διάβασα θέματα που δεν γνώριζα...να σαι καλα

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. Καλημέρα και καλωσόρισες Homemade.
    Χαίρομαι πολύ, που αν και άγνωστα (τα θέματα) τα βρήκες ενδιαφέροντα.
    Σε ευχαριστώ πολύ κι εύχομαι να βρίσκεις πάντα νέα (ή και παλιά) ενδιαφέροντα θέματα, στη Χαοτική Μαγεία!
    Καλή εβδομάδα να έχεις.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  3. ΚΑΛΗΜΕΡΑ ΚΑΙ ΚΑΛΗ ΕΒΔΟΜΑΔΑ..ΤΙ ΟΜΟΡΦΟ ΚΑΙ ΜΥΣΤΗΡΙΟ ΠΟΥ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΣΥΜΠΑΝ ΜΑΣ , Ο ΚΟΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΛΑΝΗΤΩΝ ΠΟΥ ΑΠΟ ΜΙΚΡΗ ΛΑΤΡΕΥΑ ΚΑΙ ΛΑΤΡΕΥΩ..
    ΣΕ ΠΕΡΙΜΕΝΩ ΣΤΟ ΣΠΙΤΑΚΙ ΜΟΥ ΓΙΑ ΜΙΑ ΕΥΧΟΥΛΑ ΑΝ ΘΕΛΕΙΣ
    ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ

    ΑπάντησηΔιαγραφή
    Απαντήσεις
    1. Καλημέρα, Δελφινάκι μου και συγνώμη για την καθυστέρηση.
      Είμαι όμως αρκετά στριμωγμένη από κάτι "αλήτισες υποχρεώσεις" που όλη μέρα τριγυρνάνε, και περνάνε ευχάριστα τον χρόνο τους, βασανίζοντάς μας.Μόλις ξεμπερδέψω, λοιπόν θα περάσω, σίγουρα για μία (ξένοιαστη) ευχή...!
      Σε ευχαριστώ πολύ, που περνάς.Να είσαι καλά.

      Διαγραφή
  4. Κάποιοι άνθρωποι μπορούν να δημιουργήσουν ποίηση με ... εικόνες .
    Ένα blog ηρεμίας και οπτικών απολαύσεων .

    ΜΕ ΤΟΝ ΕΙΛΙΚΡΙΝΗ ΜΟΥ ΣΕΒΑΣΜΟ

    Α Ρ Μ Α Γ Ε Δ Ω Ν

    ΑπάντησηΔιαγραφή
    Απαντήσεις
    1. Αυτό που αισθάνομαι, είναι ότι οι λέξεις πολλές φορές μπορεί να στέκουν,σα "δεσμώτης", στην ουσία των συνπαντικών εννοιών που όλους, μας συνδέουν.
      Εκεί έρχεται μια εικόνα να ξεκλειδώσει και να ανακουφίσει από τα δεσμά, τον νου αφήνωντας τον να "πλάσει", ό ίδιος πια, αυτή την ουσία...Ελεύθερος.
      Σ'ευχαριστώ πολύ για το εξαιρετικό σου σχόλιο.
      Καλώς ήλθες, "στο κήπο με τις εικόνες".

      Διαγραφή