Τελικά ο θεός παίζει ζάρια με τον κόσμο. Quantum ‘spookiness’ passes toughest test yet

John Bell devised a test to show that nature does not 'hide variables' as Einstein had proposed. Physicists have now conducted a virtually unassailable version of Bell's test. (CERN)

Το μελλοντικό Νόμπελ Φυσικής ίσως δοθεί στους πρωτεργάτες ενός πρωτοποριακού πειράματος, το οποίο επιβεβαίωσε, με μεγαλύτερη σιγουριά από κάθε άλλη φορά, ότι η κβαντική σύμπλεξη ή κβαντικός εναγκαλισμός (entanglement), δηλαδή η ακαριαία «επικοινωνία» και αλληλεπίδραση δύο αντικειμένων εξ αποστάσεως, συνιστά αναπόσπαστο συστατικό του κβαντικού κόσμου.

Δείτε ένα ντοκιμαντέρ που γυρίστηκε το 1985 (!) σχετικό με την κβαντική φυσική και την κβαντική σύμπλεξη. Ακούγονται μερικά από τα μεγαλύτερα μυαλά του 20ου αιώνα, όπως ο John Archibald Wheeler, John Stewart Bell, Alain Aspect και David Bohm. Το ντοκιμαντέρ αναφέρεται και στη διαφωνία μεταξύ Bohr και Einstein όσον αφορά την ισχύ της κβαντικής μηχανικής.

Η είδηση αποτελεί άσχημο νέο για τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος σιχαινόταν αυτό το μυστηριώδες φαινόμενο επειδή δεν μπορούσε να εξηγηθεί με βάση τις δικές του θεωρίες για το σύμπαν. Εξίσου, όμως, κακό νέο αποτελεί και για τους χάκερ καθώς η μελλοντική κβαντική κρυπτογράφηση θα είναι απείρως δυσκολότερη να «σπάσει» (και θα απαιτεί διδακτορικό στην κβαντομηχανική…).

Experiment plugs loopholes in previous demonstrations of 'action at a distance', against Einstein's objections — and could make data encryption safer. Aerial photograph of the campus of Delft University of Technology. Credit: arXiv:1508.05949 [quant-ph]

Οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον Ρόναλντ Χάνσον του ολλανδικού πανεπιστημίου Ντελφτ, έκαναν σχετική προδημοσίευση στον επιστημονικό διαδικτυακό τόπο arXiv [Experimental loophole-free violation of a Bell inequality using entangled electron spins separated by 1.3 km], ενώ εκκρεμεί η επίσημη δημοσίευση σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές.

Για «ιστορική στιγμή» έκανε λόγο ο κβαντικός φυσικός Νικολά Γκεζέν του Πανεπιστημίου της Γενεύης. Για «πραγματικά μεγαλοφυές και όμορφο πείραμα» μίλησε ο κορυφαίος κβαντικός φυσικός Άντον Τσάιλινγκερ του Πανεπιστημίου της Βιένης.

Ο κβαντικός φυσικός Μάθιου Λάιφερ του καναδικού ινστιτούτου «Περίμετρος» του Οντάριο δήλωσε ότι δεν θα εκπλησσόταν αν τα επόμενα χρόνια κάποιος από τους ερευνητές, μαζί με άλλους παλαιότερους συναδέλφους του, έπαιρνε το Νόμπελ Φυσικής. Είχαν προηγηθεί άλλα σχετικά πειράματα, αλλά το νέο πείραμα στην Ολλανδία κλείνει τα «παραθυράκια» αμφιβολίας που εκείνα είχαν αφήσει.

Στην κβαντομηχανική, τα αντικείμενα μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα σε πολλές διαφορετικές καταστάσεις (π.χ. ένα σωματίδιο σε δύο σημεία). Μόνο όταν γίνεται η κατάλληλη μέτρηση από τον επιστήμονα, το αντικείμενο «κατασταλάζει» σε μία δεδομένη κατάσταση.

Επιπλέον όμως -και αυτό είναι ακόμη πιο παράδοξο- οι ιδιότητες δύο μακρινών αντικειμένων, τα οποία απέχουν χιλιόμετρα μεταξύ τους, «διεμπλέκονται» ή «εναγκαλίζονται», με αποτέλεσμα όταν μετριέται κάποια ιδιότητα του ενός αντικειμένου, τότε η αντίστοιχη ιδιότητα του άλλου παίρνει την ίδια τιμή, δηλαδή μεταπίπτει ακριβώς στην ίδια κατάσταση με το πρώτο, παρά την απόσταση μεταξύ τους.

O Άλμπερτ Αϊνστάιν σιχαινόταν το μυστηριώδες φαινόμενο επειδή δεν μπορούσε να εξηγηθεί με βάση τις δικές του θεωρίες για το σύμπαν.

Αυτή η συμπεριφορά (λες και υπάρχει ένα «φάντασμα» στην ύλη) εκνεύριζε τον Αϊνστάιν, καθώς φαίνεται να παραβιάζει τον -υποτίθεται απαραβίαστο- συμπαντικό κανόνα ότι τίποτε δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από το φως. Στη δεκαετία του ’60, πρώτος ο Ιρλανδός φυσικός Τζον Μπελ πρότεινε ένα πείραμα για να επιβεβαιωθεί η κβαντική σύμπλεξη και να διαψευσθεί ο Αϊνστάιν οριστικά.

Η πειραματική διάταξη του Alain Aspect.

Το πρώτο σχετικό τεστ έγινε το 1981 από τον Αλέν Ασπέκτ (πιθανότατο υποψήφιο για μελλοντικό Νόμπελ) στο Ινστιτούτο Οπτικής στο Παλεζό της Γαλλίας.

Αρκετά ακόμη πειράματα έλαβαν χώρα στα επόμενα χρόνια, αλλά κάθε φορά έμενε κάποια αμφιβολία. Όμως το νέο τεστ -που αφορούσε την κβαντική σύμπλεξη ζευγαριών ηλεκτρονίων και φωτονίων – φαίνεται πως κλείνει πλέον για τα καλά κάθε προηγούμενο κενό.

«Το πείραμα στο Ντελφτ αποτελεί την οριστική απόδειξη ότι η κβαντική κρυπτογραφία μπορεί να είναι απεριόριστα ασφαλής», δήλωσε ο Τσάιλινγκερ. Όμως, στην πράξη, η εφαρμογή αναμένεται να είναι αρκετά δύσκολη.

Πηγή: www.nature.com