Κβαντική διεμπλοκή: H «απόκοσμη» επιστήμη πίσω από το Νόμπελ φυσικής

Το φετινό βραβείο Νόμπελ φυσικής απονεμήθηκε σε τρεις άνδρες για την εργασία τους πάνω σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται κβαντική εμπλοκή, το οποίο είναι τόσο περίεργο και απίθανο που ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν δύσπιστος, αποκαλώντας το «απόκοσμο».

Λοιπόν, πώς ακριβώς λειτουργεί;

Ακόμη και άνθρωποι με πτυχία στη φυσική δυσκολεύονται να το καταλάβουν – και κάποιοι που το καταφέρνουν εξακολουθούν να βρίσκουν μέρη «δύσκολα να τα καταπιούν», είπε ο Chris Phillips, φυσικός στο Imperial College του Λονδίνου.

Για να εξηγήσει το φαινόμενο χρησιμοποίησε το παράδειγμα ενός φωτονίου – “μια μοναδική μονάδα φωτός” αν και η θεωρία πιστεύεται ότι ισχύει για άλλα σωματίδια.

Εάν ένα φωτόνιο περάσει από έναν “ειδικό κρύσταλλο”, μπορεί να διασπαστεί σε ξεχωριστά φωτόνια, δήλωσε στο AFP.

“Είναι διαφορετικά χρώματα από αυτό με το οποίο ξεκίνησες”, είπε ο Phillips, “αλλά επειδή ξεκίνησαν από ένα φωτόνιο, είναι διεμπλεγμένα”.

Εδώ είναι που γίνεται περίεργο. Αν μετρήσετε το ένα φωτόνιο αυτό επηρεάζει αμέσως το άλλο – ανεξάρτητα από το πόσο μακριά τα χωρίζετε.

Αυτό υποτίθεται ότι δεν πρέπει να συμβαίνει. Η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν λέει ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.

Και τα σωματίδια είανι άρρηκτα συνδεδεμένα μεταξύ τους. Όταν παρατηρείτε το πρώτο φωτόνιο, υπάρχουν ίσες πιθανότητες να εμφανιστεί “είτε πάνω είτε κάτω”, είπε ο Phillips. Αλλά αν είναι επάνω, τότε το δίδυμό του αναγκάζεται αμέσως να κατεβεί, ή το αντίστροφο.

Νέος τρόπος για να σκοτώσετε τη γάτα του Σρέντιγκερ

Επέκτεινε το διάσημο κβαντικό πείραμα σκέψης της γάτας του Σρέντιγκερ, στο οποίο ένα υποθετικό ζώο είναι κλεισμένο μέσα σε ένα κουτί με μια φιάλη δηλητηρίου και παραμένει ταυτόχρονα ζωντανό και νεκρό – μέχρι τη στιγμή που το κουτί ανοίγει.

Για την κβαντική διεμπλοκή, αν έχετε δύο γάτες σε δύο κουτιά, ανοίγοντας το ένα θα “σκοτώσετε αυτή τη γάτα και ακαριαία -στην άλλη πλευρά του σύμπαντος- η άλλη γάτα έχει σκοτωθεί”, είπε ο Phillips.

Ο Phillips έχει δει αυτό το “εξαιρετικά παράξενο πράγμα” από πρώτο χέρι στο εργαστήριό του, όπου έχει εγκαταστήσει δύο δέσμες φωτονίων. “Μπορώ να βάλω το χέρι μου στη μία δέσμη και κάτι συμβαίνει στην άλλη δέσμη στην άλλη πλευρά του δωματίου ακαριαία – βλέπω μια βελόνα να τρεμοπαίζει”, είπε. “Αυτό θα ίσχυε ακόμη και αν το εργαστήριό μου ήταν εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά.

Ήταν το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει αμέσως, που ενόχλησε τον Αϊνστάιν, ο οποίος απέρριψε αυτό το στοιχείο της κβαντικής διεμπλοκής – που ονομάζεται μη-τοπικότητα- ως “φανταστική δράση από απόσταση” το 1935. Αντ’ αυτού πίστευε ότι “κρυφές μεταβλητές” πρέπει με κάποιο τρόπο να βρίσκονται πίσω από αυτό που συνέβαινε.

Το 1964, ο σπουδαίος φυσικός Τζον Στιούαρτ Μπελ βρήκε έναν τρόπο για να μετρήσει αν πράγματι υπήρχαν κρυφές μεταβλητές στα κβαντικά σωματίδια. Δύο δεκαετίες αργότερα, ο Γάλλος φυσικός Alain Aspect κέρδισε το Νόμπελ την Τρίτη και η ομάδα του ήταν από τους πρώτους που μπόρεσαν να ελέγξουν τη θεωρία του Bell σε εργαστήριο.

“Εντελώς τρελό”

Ο Αspekts απέδειξε ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος. Αλλά ήταν μεγαλόψυχος με τον μεγαλύτερο φυσικό της ιστορίας: “Μου αρέσει να λέω ότι στον Αϊνστάιν οφείλεται ένας μέγας έπαινος για το να θέσει το ερώτημα”, δήλωσε ο Aspect, προσθέτοντας ότι “η μη-τοπικότητα δεν  επιτρέπει να στείλεις κάποιο χρήσιμο μήνυμα ταχύτερα από το φως”.

Ακόμα και ο Aspect το βρίσκει περίεργο που δέχτηκε την ιδέα για κάτι “εντελώς τρελό” όπως η μη εντοπιότητα στις “νοητικές μου εικόνες”, είπε.

Οι άλλοι νομπελίστες φυσικής, ο Αυστριακός Anton Zeilinger και ο Αμερικανός John Clauser, δοκίμασαν επίσης τη θεωρία του Bell, αποκλείοντας κενά και βοηθώντας να ανοίξει ο δρόμος για αυτό που έχει ονομαστεί “δεύτερη κβαντική επανάσταση”.

Οι ανακαλύψεις του Zeilinger, που ονομάστηκε “κβαντικός πάπας”, έδειξαν τη δυνατότητα χρήσης της κβαντικής διεμπλοκής στην κρυπτογράφηση, την κβαντική τηλεμεταφορά και άλλα.

Ο Φίλιπς από το Imperial College του Λονδίνου ανέπτυξε ένα πρωτότυπο όργανο στο μέγεθος ενός ηχοσυστήματος που χρησιμοποιεί την κβαντική διεμπλοκή για τη διάγνωση του καρκίνου του μαστού.

Αλλά ίσως το μεγαλύτερο μυστήριο σχετικά με την κβαντική διεμπλοκή παραμένει αυτό που προβλημάτισε τον Αϊνστάιν πριν από σχεδόν έναν αιώνα: Γιατί συμβαίνει;

“Πρέπει να είμαστε ταπεινοί μπροστά στη φυσική”, δήλωσε ο Phillips, προσθέτοντας ότι είναι το ίδιο με οποιαδήποτε άλλη πτυχή της φύσης: “Απλώς είναι έτσι”.

Πηγή: AFP