Physicists from
MIT, the University of Vienna, and elsewhere have presented a strong
demonstration of quantum entanglement even when vulnerability to the
freedom-of-choice loophole is significantly restricted. Credit: Christine
Daniloff/MIT
Ακόμη
ισχυρότερη επιβεβαίωση ενός φαινομένου που αποτελεί θεμελιώδη απόρροια της
κβαντικής φυσικής, πέτυχε μία διεθνής ομάδα επιστημόνων, χρησιμοποιώντας φως
από αστέρες που βρίσκονται 600 έτη φωτός μακριά από τον πλανήτη μας.
Το
φαινόμενο αφορά τη «μυστηριώδη δράση από απόσταση» και προτάθηκε από τον
Άλμπερτ Αϊνστάιν, στην προσπάθειά του να δείξει πως η κβαντική φυσική δεν
αποτελεί μία πλήρη περιγραφή της πραγματικότητας.
Ο
διάσημος φυσικός δεν αποδεχόταν ότι η αβεβαιότητα είναι μία εγγενής ιδιότητα
της φύσης, όπως πρεσβεύει η κβαντική, λέγοντας χαρακτηριστικά «πως ο Θεός δεν
παίζει ζάρια με τον κόσμο».
Quantum
entanglement happens when two systems—such as two particles—interact. They
develop correlations between their properties that are maintained even after
they are separated by large distances in space. An observer measuring one
system could perfectly predict the corresponding measurements of a second
observer looking at the other system far, far away. Artwork by Sandbox Studio,
Chicago with Ana Kova
Η
«μυστηριώδης δράση από απόσταση» ονομάστηκε στην πορεία κβαντική διεμπλοκή ή
κβαντικός συσχετισμός (Quantum
entanglement). Σύμφωνα με αυτό το φαινόμενο, δύο υποατομικά σωματίδια που
«συσχετίζονται» μπορούν να αλληλεπιδρούν από απόσταση, ανεξάρτητα από το πόσο
μεγάλη είναι αυτή. Έτσι, για παράδειγμα, μετρώντας κάποια ιδιότητα του ενός
σωματιδίου, θα μεταβληθεί ανάλογα η αντίστοιχη ιδιότητα και του δεύτερου.
Μέχρι
σήμερα, η κβαντική διεμπλοκή έχει παρατηρηθεί αρκετές φορές, δείχνοντας
επομένως ότι μπορεί κάλλιστα «ο Θεός να παίζει ζάρια» Ωστόσο, οι μετρήσεις που
πρόεκυψαν από αυτές τις παρατηρήσεις θα ήταν δυνατόν να εξηγηθούν επίσης στο
πλαίσιο μίας εναλλακτικής θεωρίας, που αν ίσχυε η φύση θα «έσωζε» την
ντετερμινιστικότητα.
Σύμφωνα
με τη θεωρία αυτή, οι μετρήσεις των επιστημόνων ενδεχομένως επηρεάζονται από
κρυμμένες μεταβλητές – δηλαδή από άγνωστες μεταβλητές που κάνουν τα δύο
σωματίδια να μοιάζουν «συσχετισμένα», παρόλο που δεν είναι.
Μία
πιθανότητα που μπορεί να εξετασθεί από το «τεστ του Μπελ», ένα πρωτόκολλο που
επινόησε ο φυσικός Τζον Μπελ τη δεκαετία του 1960, για να ελεγχθεί κατά πόσο
υπάρχουν ή όχι τέτοιες κρυμμένες μεταβλητές.
Τις
προηγούμενες τέσσερις δεκαετίες, αρκετοί ερευνητές έχουν εξετάσει διάφορες
εκδοχές του «τεστ του Μπελ», για να αποκλείσουν διάφορα πιθανά σενάρια εξήγησης
της παρατηρούμενης συμπεριφοράς των σωματιδίων, χωρίς τη χρήση της κβαντικής
φυσικής.
Τώρα, η διεθνής ομάδα επιστημόνων μείωσε την πιθανότητα να ισχύει ένα ακόμη τέτοιο σενάριο, προσδίδοντας έτσι ακόμη μεγαλύτερη ισχύ στην κβαντομηχανική.
«Πρόκειται για ένα πολύ όμορφο πείραμα»,
λέει στο περιοδικό Nature
ο Κρίστερ Σαλμ, ειδικός
στην κβαντική φυσική από το αμερικανικό Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και
Τεχνολογίας (NIST).
Παρόλο
που ελάχιστοι φυσικοί εκτιμούν πως υπάρχει πιθανότητα να καταρριφθεί η κβαντική
διεμπλοκή, «τέτοια πειράματα κάνουν τις όποιες εναλλακτικές θεωρίες να μοιάζουν
ολοένα πιο παράλογες».
Σύμφωνα
με το σενάριο που εξετάστηκε, η κβαντική διεμπλοκή μπορεί να είναι μία
ψευδαίσθηση από κάποια άγνωστη ιδιότητα του σύμπαντος, η οποία περιορίζει τις
επιλογές που έχουν οι επιστήμονες αναφορικά με τις ιδιότητες που ελέγχουν στα
σωματίδια. Επομένως, μήπως οι ερευνητές που μετρούν τις ιδιότητες των
σωματιδίων διαθέτουν περιορισμένες δυνατότητες επιλογών;
Ένας
τρόπος να αποκλειστεί αυτό το ενδεχόμενο είναι οι ιδιότητες να επιλεγούν με
βάση ένα μη προβλέψιμο φαινόμενο, και μάλιστα λίγα δευτερόλεπτα πριν τα
«συσχετισμένα» σωματίδια φτάσουν στους ανιχνευτές.
Επίσης,
αν αυτό το μη προβλέψιμο φαινόμενο ανάγεται πολύ πίσω στον χρόνο, τότε θα
έπρεπε να έχει τεθεί από τότε σε λειτουργία αυτός ο κρυμμένος μηχανισμός που
προκαλεί την ψευδαίσθηση της κβαντικής διεμπλοκής.
Αυτό
ακριβώς έκανε η ερευνητική ομάδα, παράγοντας κατ’ αρχάς ζεύγη «συσχετισμένων»
φωτονίων στην οροφή του πανεπιστημίου της Βιέννης, τα οποία κινούνταν προς
αντίθετες κατευθύνσεις και έφταναν σε δύο ανιχνευτές, εγκατεστημένους μερικά
οικοδομικά τετράγωνα μακριά.
Παράλληλα,
για να διασφαλίσουν πως η επιλογή της ιδιότητας που μετρούν είναι πραγματικά
τυχαία, χρησιμοποίησαν ως «οδηγό» το φως από αστέρες που βρίσκονται 600 έτη
φωτός μακριά από τον πλανήτη μας.
Τα
αποτελέσματά τους επαλήθευσαν το «τεστ του Μπελ», επιβεβαιώνοντας την κβαντική
διεμπλοκή και κάνοντας ακόμη πιο εξωπραγματική την εναλλακτική εξήγηση. Κι αυτό
γιατί ο κρυμμένος μηχανισμός θα έπρεπε να έχει ενεργοποιηθεί πριν από 600
χρόνια, όταν δηλαδή δημιουργήθηκε το αστρικό φως που χρησιμοποίησαν ως οδηγό.
Μάλιστα,
στα σχέδιά τους είναι να επαναλάβουν το πείραμα με ακόμη μακρινότερες αστρικές
πηγές, που να απέχουν από τον πλανήτη μας δισεκατομμύρια έτη.
Πηγές: Cosmic
Bell Test: Measurement Settings from Milky Way Stars. arxiv.org/abs/1611.06985v2, naftemporiki.gr
