Συγγνώμη Αϊνστάιν, κβαντική μελέτη προτείνει ότι η «στοιχειωμένη δράση από απόσταση» είναι αληθινή

Σε μια μελέτη-ορόσημο, επιστήμονες στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Delft στην Ολλανδία ανέφεραν ότι διεξήγαγαν ένα πείραμα που ισχυρίζονται ότι αποδείχθηκε μια από τις πιο θεμελιώδεις απαιτήσεις της κβαντικής θεωρίας - ότι τα αντικείμενα αν και χωρίζονται από μεγάλη απόσταση μπορούν να επηρεάζουν άμεσα τη συμπεριφορά του άλλου.

Η διαπίστωση αυτή είναι ακόμα ένα πλήγμα για μία από τις θεμελειώδεις αρχές της φυσικής γνωστό ως «τοπικότητα», η οποία αναφέρει ότι ένα αντικείμενο άμεσα επηρεάζεται μόνο από το άμεσο περιβάλλον του.

Μελέτη που δημοσιεύεται στο κορυφαίο περιοδικό «Nature» αναφέρει πώς δύο ηλεκτρόνια που απείχαν 1,3 χιλιόμετρα σε διαφορετικά εργαστήρια του Πανεπιστημίου του Delft συμπεριφέρονταν σαν να ήταν συνεννοημένα από πριν.

Στον παράξενο κόσμο της κβαντομηχανικής, με την οποία ο Αϊνστάιν ουδέποτε κατάφερε να συμφιλιωθεί, προβλέπει ότι ένα σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε διαφορετικές θέσεις ταυτόχρονα, και «κλειδώνει» τελικά σε μια συγκεκριμένη θέση μόνο αν κάποιος μπει στον κόπο να το παρατηρήσει.

Η κβαντική θεωρία προβλέπει επίσης ότι δύο ή περισσότερα σωματίδια μπορούν κάτω από ορισμένες συνθήκες να διεμπλακούν: αυτό σημαίνει ότι οποιαδήποτε μεταβολή στο ένα από τα συνδεδεμένα σωματίδια προκαλεί αντίστοιχες, ακαριαίες μεταβολές και στα υπόλοιπα συνδεδεμένα σωματίδια.

Όπως εξηγούσε σε ένα διαβόητο άρθρο του το 1935, ο Αϊνστάιν απέρριπτε την ιδέα της κβαντικής διεμπλοκής, για την οποία χρησιμοποιούσε τον αφοριστικό χαρακτηρισμό «στοιχειωμένη δράση από απόσταση» (spooky action at a distance). Περισσότερο τον ενοχλούσε η ιδέα της ακαριαίας αλληλεπίδρασης από μεγάλες αποστάσεις, μια ιδέα που έδειχνε να έρχεται σε αντίθεση με τη βεβαιότητα ότι τίποτα δεν ταξιδεύει ταχύτερα από το φως; Πώς θα ήταν δυνατόν ένα σωματίδιο να ενημερώνει ακαριαία το απομακρυσμένο αδελφάκι του ότι κάτι έχει αλλάξει;

Ο πατέρας της Σχετικότητας πίστευε ότι τα σωματίδια έχουν άγνωστες ιδιότητες, οι οποίες με κάποιο μας ξεγελούν ώστε να νομίζουμε ότι η αλληλεπίδραση είναι ακαριαία, ενώ στην πραγματικότητα είναι προαποφασισμένη.

Κι όμως, πολυάριθμα πειράματα τις τελευταίες δεκαετίες έχουν διαψεύσει τον Αϊνστάιν. Το πρόβλημα όμως ήταν ότι υπήρχαν δύο θεωρητικά «παραθυράκια», τα οποία καθιστούσαν αδύνατη την οριστική απόδειξη της κβαντικής εμπλοκής.

Το πρώτο παραθυράκι αφορά το γεγονός ότι μόνο ένα μέρος των σωματιδίων του πειράματος είναι δυνατό να ανιχνευθούν -οι ερευνητές πρέπει επομένως να αρκούνται στην υπόθεση ότι τα σωματίδια που ανίχνευσαν είναι ενδεικτικά του συνόλου, κάτι που δεν ισχύει απαραίτητα στον παράξενο κόσμο της κβαντομηχανικής.

Για να λύσουν το πρόβλημα, πολλές ερευνητικές ομάδες δεν χρησιμοποίησαν υποατομικά σωματίδια αλλά ολόκληρα άτομα, τα οποία είναι πιο εύκολο να ανιχνευθούν. Αυτό όμως ανοίγει ένα δεύτερο παραθυράκι, καθώς είναι δύσκολο να διατηρήσει κανείς τη διεμπλοκή ατόμων τα οποία απέχουν μεγάλες αποστάσεις. Αν όμως η απόσταση του πειράματος είναι μικρή, τότε το ένα σωματίδιο μπορεί θεωρητικά να ενημερώσει το άλλο χωρίς να παραβιαστεί η ταχύτητα του φωτός.

Η νέα μελέτη κλείνει τα δύο παραθυράκια και δείχνει να βάζει το τελευταίο καρφί στο φέρετρο του Αϊνστάιν. Ο Ρόναλντ Χάνσον και οι συνεργάτες του ακολούθησαν με μια ιδιοφυή προσέγγιση, στην οποία δύο ηλεκτρόνια συνδέθηκαν με δύο φωτόνια τα οποία στη συνέχεια συνδέθηκαν μεταξύ τους. Αυτό τελικά δημιούργησε διεμπλοκή ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόνια από σε απόσταση 1,3 χιλιομέτρων.

Για τεχνικούς λόγους, η μεθοδολογία αυτή αποκλείει τα δύο παραθυράκια και δείχνει να τερματίζει, πιθανώς τελεσίδικα, μια επιστημονική διαμάχη 80 ετών.

«Δεν θα μου προκαλούσε έκπληξη αν δούμε έναν από τους συγγραφείς αυτής της δημοσίευσης, μαζί με τους ερευνητές κάποιων παλαιότερων πειραμάτων, να κερδίζει το βραβείο Νόμπελ. Τόσο συναρπαστικό είναι» είχε σχολιάσει στο Nature ο Μάθιου Λέιφερ, φυσικός του διάσημου Perimeter Institute στον Καναδά. Οι δηλώσεις του είχαν γίνει τον Αύγουστο, μετά την υποβολή της μελέτης αλλά πριν από την τελική έγκρισή της από το Nature. Τα νέα, όμως, δεν είναι κακά μόνο για τον Αϊνστάιν - λόγο να δυσαρεστούνται έχουν και οι χάκερ.

Όπως επισημαίνουν οι ερευνητές, τα ευρήματα έχουν σημασία για τη λεγόμενη κβαντική κρυπτογράφηση, η οποία βασίζεται στη διεμπλοκή φωτονίων. Τα δύο εν λόγω παραθυράκια θα μπορούσαν θεωρητικά να αξιοποιηθούν από χάκερ προκειμένου να παραβιάσουν την κρυπτογράφηση. Με το επίτευγμα όμως αυτό θα μπορούσε κατ'αρχήν να εφαρμοστεί για να ενεργοποιήσουν ορισμένες πολύ ασφαλείς μορφές της μυστικής κλείδας κατανομής.

Με συνεχείς βελτιώσεις στην τεχνολογία μια μέρα αυτό ελπίζουμε ότι θα γίνει πραγματικότητα.
Προς το παρόν, όμως, θα πρέπει να δοκιμάσουμε αυτό το αποτέλεσμα για την επιστημονική σημασία του. Αυτό αποδεικνύει τελικά ότι είτε αιτιώδεις επιρροές διαδίδονται ταχύτερα από το φως, ή μια κοινή λογική αντίληψη για το τι σημαίνει η λέξη "αιτία" είναι λάθος.
Ένα πράγμα που σε αυτό το πείραμα δεν έχει επιλυθεί είναι ποια από αυτές τις επιλογές θα πρέπει να επιλέξουν. Οι φυσικοί και οι φιλόσοφοι παραμένουν διαιρεμένοι όσο ποτέ για το ζήτημα αυτό, και τι σημαίνει για τη φύση της πραγματικότητας. Πληρ. nytimes ,  phys.org
thecuriosityofcat
23/10/2015

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου