φως που αγκαλιάζει

Η Κβαντομηχανική είναι ο πιο παράξενος τομέας ολόκληρης της επιστήμης.

Η Κβαντομηχανική ασχολείται με τα βασικά σωματίδια της ύλης: άτομα, μόρια, νετρόνια, πρωτόνια, ηλεκτρόνια, κουάρκς καθώς επίσης και φωτόνια.

Σε αυτό το επίπεδο όλοι οι γνωστοί σε εμάς κανόνες της φύσης παύουν να ισχύουν.

Τα σωματίδια είναι κύματα και τα κύματα σωματίδια.

Στον τομέα της Κβαντικής βασιλεύει η αρχή της απροσδιοριστίας όπου τα περισσότερα πράγματα δεν μπορούν να γνωστά με ακρίβεια παρά μόνο μέσα από μια σύγχυση πιθανότητας και τύχης.

Μπορούμε να προβλέψουμε μόνο την πιθανότερη τοποθεσία στην οποία βρίσκεται ένα σωματίδιο, όχι την ακριβή του θέση.

Αυτή η ομίχλη που σκεπάζει τον κόσμο της Κβαντικής δεν μπορεί να διαλυθεί ποτέ. Δεν υπάρχουν «κρυφές μεταβλητές» οι οποίες αν γίνουν γνωστές θα αυξήσουν την ακρίβειά μας.

από το βιβλίο του Αμίρ Αξέλ «ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΕΝΑΓΚΑΛΙΣΜΟΣ»
Εκδόσεις ΕΝΑΛΙΟΣ

quantum-1

http://www.thecommonsenseshow.com

Τα φωτόνια έχουν αλλόκοτες ιδιότητες. Ας δούμε τρία πειράματα κβαντικής φυσικής που έγιναν τα τελευταία χρόνια και ανέδειξαν την παράξενη συμπεριφορά του φωτός.

Στο πείραμα που επινοήθηκε από τον φυσικό Μάρλαν Σκάλι μια δέσμη λέιζερ χτυπάει έναν ειδικό κρύσταλλο c ο οποίος μετατρέπει κάθε εισερχόμενο φωτόνιο σε δύο ασθενέστερα φωτόνια. Τα δίδυμα φωτόνια ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές μέχρι που δύο καθρέφτες m τα αλλάζουν πορεία έτσι ώστε να συγκλίνουν πάλι μαζί σε ένα ημιδιαφανές πιάτο που λέγεται διαχωριστής δέσμης (_ _ _ _ b).

σάρωση0330

Εικόνα από το βιβλίο «ΠΕΡΙ ΧΡΟΝΟΥ», εκδόσεων ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ

Τα δίδυμα φωτόνια φτάνουν συγχρόνως στον διαχωριστή (_ _ _ _ b) και τότε αρχίζουν τα παράδοξα. Οι επιστήμονες παρατηρούν ότι τα δύο φωτόνια «συνεργάζονται» (το ένα φωτόνιο ανακλάται και το άλλο διαπερνά τον διαχωριστή) ώστε να ακολουθήσουν την ίδια πορεία (προκαλώντας το φαινόμενο που ονομάζεται συμβολή) και να καταλήξουν μαζί στον ίδιο ανιχνευτή d1 ή d2 (εδώ οι πιθανότητες είναι πάντα 50-50).

Οι ερευνητές δε γνωρίζουν ποια πορεία ακολούθησε το κάθε φωτόνιο, δηλαδή ποιο ακολούθησε την πάνω πορεία και ποιο την κάτω και φυσικά δε γνωρίζουν ποιο φωτόνιο ανακλάστηκε και ποιο διαπέρασε τον διαχωριστή. Το μόνο που διαπιστώνουν ότι μετά τον διαχωριστή (_ _ _ _ b) τα δύο φωτόνια ακολουθούν κοινή πορεία. Όταν οι ερευνητές προσπαθούν να διαπιστώσουν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με την πορεία των φωτονίων αρχίζουν να εμφανίζονται ακόμα πιο παράδοξα φαινόμενα. Ας δούμε το δεύτερο πείραμα:

Στην προηγούμενη διάταξη οι επιστήμονες εισάγουν μια συσκευή Ρ που αλλάζει την πόλωση του κάτω φωτονίου κατά 90 μοίρες. Έτσι το κάτω φωτόνιο είναι πλέον αναγνωρισμένο από τους ερευνητές. Αμέσως όμως τα δύο φωτόνια σταματούν να «συνεργάζονται», δρουν ανεξάρτητα και ανάβουν την ένδειξη και στους δύο ανιχνευτές d1 και d2. Δεν συμπεριφέρονται δηλαδή ως κύμα αλλά συμπεριφέρονται σα να είναι φτιαγμένα από σωματίδια. Λες και τα δύο φωτόνια αντιλαμβάνονται ότι κάποιος τα παρακολουθεί και αλλάζουν τη συμπεριφορά τους. Αν αυτό σας φαίνεται παράξενο πού να δείτε και το επόμενο στάδιο του πειράματος.

σάρωση0331

Εικόνα από το βιβλίο «ΠΕΡΙ ΧΡΟΝΟΥ», εκδόσεων ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ

Οι ερευνητές τοποθετούν δύο αντιστροφείς πόλωσης, (τους πολωτές S) με σκοπό να εξαλείψουν την αρχική πόλωση. Τότε τα δίδυμα φωτόνια αρχίζουν και πάλι να «συνεργάζονται», συμπεριφέρονται ως κύμα και καταλήγουν στον ίδιο ανιχνευτή, d1 ή d2. Αυτό όμως είναι παράλογο! Παρατηρήστε καλά το σχήμα και θα δείτε πως οι δύο πολωτές S έχουν τοποθετηθεί μετά τον διαχωριστή b. Πώς λοιπόν τα δίδυμα φωτόνια που φτάνουν στον διαχωριστή b γνωρίζουν ότι λίγο πιο μετά στην πορεία τους θα συναντήσουν τους πολωτές S  και συμπεριφέρονται ανάλογα; Είναι σα να ξέρουν τα φωτόνια ότι οι αντιστροφείς της πόλωσης τους περιμένουν. Το φαινόμενο αυτό που ονομάζεται κβαντική αναίρεση έκανε πολλούς επιστήμονες να αναρωτηθούν για την πραγματική φύση του χρόνου.

Με το πείραμα αυτό αναδεικνύεται ο «κυματοσωματιδιακός δυϊσμός» του φωτός. Όταν απουσιάζουν πληροφορίες για την πορεία το φως συμπεριφέρεται ως κύμα παράγοντας συμβολή. Όταν οι ερευνητές προσπαθούν να καθορίσουν την πορεία του τότε το φως συμπεριφέρεται σα να είναι φτιαγμένο από σωματίδια. Το πείραμα όμως δείχνει και κάτι άλλο. Δεν είναι μόνο η γνώση μας που αλλάζει τη συμπεριφορά των φωτονίων. Ακόμα και η απειλή της απόκτησης τέτοιων πληροφοριών αρκεί για να αλλάξει συμπεριφορά ένα κβαντικό σύστημα.

Υπάρχει όμως και ένα τρίτο πείραμα που μας κάνει να απορούμε και συγχρόνως να θαυμάζουμε τα μυστήρια της κβαντικής φυσικής. Εδώ οι ερευνητές δεν επεμβαίνουν καθόλου στην πορεία των φωτονίων σήματος αλλά μόνο στην πορεία των «άσκοπων» φωτονίων που φεύγουν από τους κρυστάλλους Α και Β. Απλώς «ανακρίνοντας» τα άσκοπα φωτόνια, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι σε ένα άλλο μέρος του εργαστηρίου τα φωτόνια σήματος προσάρμοσαν τη συμπεριφορά τους! Τι συμβαίνει αλήθεια; Μήπως τα άσκοπα φωτόνια στέλνουν κάποιο μήνυμα στα δίδυμά τους φωτόνια σήματος; Και αν στέλνουν τέτοιο μήνυμα με τι ταχύτητα φτάνει; Με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός;

σάρωση0332

Εικόνα από το βιβλίο «ΠΕΡΙ ΧΡΟΝΟΥ», εκδόσεων ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ

Το φαινόμενο που περιγράψαμε στα προηγούμενα πειράματα ονομάζεται κβαντική διεμπλοκή ή κβαντικός εναγκαλισμός. Σύμφωνα με αυτό δύο σωματίδια (π.χ. ηλεκτρόνια ή φωτόνια) που δημιουργήθηκαν μαζί παραμένουν σε κατάσταση διεμπλοκής ή εναγκαλισμού (αντίθετη ιδιοστροφορμή για σωματίδια ή ίδια κατάσταση πόλωσης για φωτόνια) ασχέτως του χώρου που μεσολαβεί πλέον από το ένα μέχρι το άλλο. Το πολύ ενδιαφέρον εύρημα τελευταίων πειραμάτων είναι ότι παρατηρήθηκε το ίδιο φαινόμενο και σε μεγαλύτερα σωματίδια, όπως σωματίδια αποτελούμενα από 60 ή 70 άτομα άνθρακα.

Quantum-Entanglement-06-goog

Γράφει ο Αμίρ Αξέλ για τον κβαντικό εναγκαλισμό:

Τι σημαίνει ο εναγκαλισμός; Τι μας λέει για τον κόσμο και τη φύση του χώρου και του χρόνου; Αυτές πιθανώς είναι οι πιο δύσκολες ερωτήσεις σε όλη τη φυσική.
Ο εναγκαλισμός καταλύει όλες τις αντιλήψεις μας για τον κόσμο, οι οποίες έχουν αναπτυχθεί μέσω της συνηθισμένης μας αισθητηριακής εμπειρίας.

Και όμως ένα ηλεκτρόνιο, ένα νετρόνιο, ή ακόμη και ένα άτομο, όταν έρχεται αντιμέτωπο με ένα εμπόδιο το οποίο έχει δύο σχισμές, θα περάσει ταυτοχρόνως μέσα και από τις δύο. Οι έννοιες της αιτιότητας και της αδυναμίας ύπαρξης σε πολλές τοποθεσίες την ίδια στιγμή καταλύονται από τη κβαντική θεωρία.

Δύο συστήματα που μπορεί να βρίσκονται χιλιόμετρα ή έτη φωτός μακριά, ίσως να συμπεριφέρονται με έναν συντονισμένο τρόπο: αυτό που συμβαίνει στο ένα από αυτά, συμβαίνει και στο άλλο ενστικτωδώς, ανεξαρτήτως της μεταξύ τους απόστασης.

ΑΜΙΡ ΑΞΕΛ «ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΕΝΑΓΚΑΛΙΣΜΟΣ»
Εκδόσεις ΕΝΑΛΙΟΣ

fotonia

Κι όμως όλα ξεκίνησαν πάλι από τον Αϊνστάιν που σκέφτηκε στα 1935 ένα νοητικό πείραμα που θα καταδείκνυε τις αδυναμίες της κβαντικής φυσικής. Το νοητικό αυτό πείραμα πρόβλεπε την ταυτόχρονη παραγωγή ενός ζεύγους φωτονίων τα οποία στη συνέχεια θα αφήνονταν να ταξιδέψουν πολύ μακριά το ένα από το άλλο. Σύμφωνα με την κβαντική φυσική αυτά τα δύο φωτόνια θα εξακολουθούσαν να αλληλεπιδρούν ακαριαία, ακόμα και αν βρίσκονταν εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν αυτό δεν μπορούσε να γίνει -η ακαριαία δηλαδή αλληλεπίδραση- γιατί οποιαδήποτε μεταφορά πληροφορίας μεταξύ των δύο φωτονίων, ακόμα και αν μεταδιδόταν με την ταχύτητα του φωτός, θα απαιτούσε κάποιο χρόνο.
Το πείραμα τελικά πραγματοποιήθηκε τη δεκαετία του 1980 από τον Γάλλο επιστήμονα Ασπέ και επιβεβαίωσε τη θεωρία της κβαντικής φυσικής. Κάθε αλλαγή της πόλωσης στο ένα φωτόνιο επηρέαζε αμέσως και το άλλο. Το ζεύγος δηλαδή των φωτονίων παρέμενε μυστηριωδώς συνδεδεμένο, καθώς το κάθε φωτόνιο έμοιαζε να ξέρει πάντοτε τι συνέβαινε στο άλλο χωρίς να υπάρχει καμία δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ τους.

Εννοείται πως το πείραμα είχε εντυπωσιακές επιστημονικές αλλά και φιλοσοφικές προεκτάσεις. Γράφει ο Γιώργος Γραμματικάκης:

Διότι αν υπάρχει μια μυστηριώδης -στιγμιαία αλλά και ταχύτερη από το φως- εξ αποστάσεως δράση των φωτονίων που συνδέονται αρχικά, μήπως αυτή επεκτείνεται και σε όλα τα γνωστά μας σωματίδια; Όπως πάντως, υποθέτει η σύγχρονη θεωρία για τη γένεση του Σύμπαντος, όλα τα σωματίδια ύλης και ενέργειας που ανιχνεύονται σήμερα είχαν μια κοινή αρχή. Και ξεκίνησαν τη χωριστή πορεία τους με τη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε το ίδιο το Σύμπαν. Μήπως αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια κρυφή σχέση ανάμεσα σε όλα τα σωματίδια του Σύμπαντος; Ή μήπως δύο κβαντικά σωματίδια, ενώ βρίσκονται σε αρκετά απομακρυσμένες περιοχές του, συναποτελούν μία και μοναδική φυσική οντότητα;

ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «Η ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s


Αρέσει σε %d bloggers: