Κβαντικό Μπλέξιμο και Ξεμπλέξιμο

(Quantum Entanglement and Decoherence)

Εδώ και λίγες μέρες, και συγκεκριμένα στο βαρυσήμαντο άρθρο μου «Κβάντωση της Μπούρδας», σας είχα προειδοποιήσει να φυλάγετε τις κυματοσυναρτήσεις σας, σαν κόρη οφθαλμού και ακόμα παραπάνω, μη τυχόν και μπερδευτούν με τις κυματοσυναρτήσεις αλλονών, διότι τότε είναι σίγουρο ότι θα έχετε μπλεξίματα. Πέρα από το ότι θα τσαλακωθούν, κινδυνεύετε να δεθείτε με τον άλλον δια παντός, σ’ ένα αξεδιάλυτο σιαμαίο ζεύγος, από το έτερον ήμισυ του οποίου δεν θα είναι δυνατόν ν’ απαλλαγείτε ακόμα και αν δραπετεύατε στην άκρη του σύμπαντος.

Για όσους πιστεύουν ότι, όπου πάνε και όπου σταθούνε, κουβαλάνε, σαν φουρό, και την κυματοσυνάρτησή τους, το πράγμα είναι μάλλον σοβαρό και καλά θα κάνουν να ανησυχούν. Μια βόλτα σ’ ένα ψυχίατρο ίσως μπορέσει να τους καθησυχάσει.

Για όσους πάλι πιστεύουν ότι η κυματοσυνάρτηση είναι κάτι που ουδόλως τους αφορά, διότι παραείναι ογκώδεις σε σχέση με τα άτομα, τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια, τότε ας μείνουν να διαβάσουν και τα υπόλοιπα που αφορούν στο φαινόμενο του «Κβαντικού Μπλεξίματος» ή «Quantum Entanglement», όπως λέγεται στα ελληνικά.

Νομίζω ότι το θέμα παρααπασχόλησε τον κόσμο του paranormal μάλλον αδικαιολόγητα, και από άγνοια κυρίως, καθ’ ότι θεώρησαν με τον τρόπο αυτό ότι η Κβαντική Μηχανική, που τόσο καιρό μας τα πρήζει, εξυπονοούσε μετάδοση της πληροφορίας με ταχύτητες μεγαλύτερες της ταχύτητας του φωτός, ερχόμενη έτσι σε πλήρη διάσταση με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, (ΕΘΣ), του Αϊνστάιν η οποία ως γνωστόν έχει αποδείξει ότι στη φύση δεν υπάρχει ταχύτητα μεγαλύτερη αυτής. Και ως προς αυτό το τελευταίο δεν χωράει καμιά αντίρρηση, διότι η ΕΘΣ είναι μια απολύτως καρα-τσεκαρισμένη θεωρία, η οποία κατά καιρούς αμφισβητείται μόνον από κάποιους γραφικούς συνταξιούχους.

Πώς όμως μέσα σ’ αυτό το «Κβαντικό Μπλέξιμο» τρύπωσε και το Υπερφυσικό, κάνοντας αρκετούς να τρίβουν τα χέρια τους από χαρά που επί τέλους θα μπορούσαν να χωθούν στις εννοιολογικές τρύπες της Κβαντομηχανικής και να αντλήσουν «επιχειρήματα» για την επιστημονική βάση της τηλεπάθειας, ή της θεραπείας από απόσταση με την πίστη και μόνον;

Ας τα πάρουμε, όμως, τα πράγματα από την αρχή και ας προσπαθήσουμε να δούμε από κοντά το φαινόμενο, όχι της τηλεπάθειας ή τηλεθεραπείας, αλλά το άλλο, για να μην παρεξηγούμαστε.

ΜΙΑ ΣΤΑΓΟΝΑ ΘΕΩΡΙΑΣ

Στον κβαντικό κόσμο, που είναι ο κόσμος σε ατομικό και μόνον επίπεδο, κάθε μοναχικό σωματίδιο, ένα ηλεκτρόνιο, ποζιτρόνιο, πρωτόνιο, άτομο, μόριο κ.λ.π., περιγράφεται από μια και μοναδική κυματοσυνάρτηση, η οποία και προσδιορίζει την ενεργειακή του κατάσταση, την στροφορμή του, το spin του, την συμμετρία του, κ.λ.π., με τη βοήθεια μιας αρμαθιάς αριθμών, των επονομαζόμενων (πολύ πρωτότυπο!) και κβαντικών. Αυτοί, εν είδη bar-code, προσδιορίζουν και την ταυτότητα του σωματιδίου. Η κυματοσυνάρτηση προκύπτει από την επίλυση της εξίσωσης του Schroendinger η οποία δεν είναι τίποτε άλλο, παρά το κβαντικό ανάλογο της κλασικής κυματικής εξίσωσης, με τη διαφορά ότι η πρώτη είναι πρώτης τάξεως ως προς το χρόνο, ενώ η δεύτερη, δεύτερης. Αυτό δεν μας νοιάζει για ό,τι θα πούμε στην συνέχεια αλλά το αναφέρω για λόγους τάξης.

Πιστεύω ότι πολλές από τις παρερμηνείες της Κβαντικής Θεωρίας προέρχονται από τον ρόλο που αποδίδεται στην κυματοσυνάρτηση. Εφ’ όσον το σωματίδιο περιγράφεται από την κυματοσυνάρτηση και η κυματοσυνάρτηση σαν κύμα επεκτείνεται παντού στον χώρο, γιατί και το σωματίδιο να μην μπορεί να βρεθεί παντού; Δικαιολογημένη απορία.

Για να ξεκαθαρίσουμε όμως τα πράγματα μια και καλή, η κυματοσυνάρτηση είναι ΜΙΓΑΔΙΚΗ ποσότητα και ως εκ τούτου δεν έχει ΚΑΜΙΑ ΣΧΕΣΗ με την φυσική ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ. Οποιαδήποτε ερμηνεία και αν της δοθεί, θα είναι αυθαίρετη. Οι ποσότητες που μετράμε στη φύση είναι ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ, εκτός και αν με γελούν οι αισθήσεις μου. Αυτό που έχει, όμως, φυσική σημασία είναι το τετράγωνο της απολύτου τιμής της, το οποίο είναι ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ και παριστάνει την πυκνότητα πιθανότητας να βρεθεί το σωμάτιο σε κάποια θέση, σε κάποια χρονική στιγμή. Όλες οι άλλες συνδέσεις της κυματοσυνάρτησης με την πραγματικότητα είναι εκ του πονηρού.

Με τι μοιάζει η κυματοσυνάρτηση αν σε κάποια στιγμή το σωματίδιο αποκτήσει παρέα και το ένα γίνουν δύο; Στην προκειμένη περίπτωση το αποτέλεσμα εξαρτάται από το αν μπορείς να τα ξεχωρίσεις ή όχι. Αν ναι, τότε η ολική κυματοσυνάρτηση του συστήματος, (Φολ), θα είναι ίση με το γινόμενο των κυματοσυναρτήσεων, (φ1 και φ2), που έχουν τα σωματίδια όταν είναι μόνα τους. Λογικό μου φαίνεται. Σχηματικά τότε,

Φολ ~ φ1(1)*φ2(2)

Όπου φ1(1) σημαίνει ότι το σωμάτιο 1 κατέχει την κυματοσυνάρτηση φ1 και φ2(2), ότι το σωμάτιο 2 κατέχει την κυματοσυνάρτηση φ2.

Αν τώρα, που είναι και το πιο συνηθισμένο, δεν μπορούμε να ξεχωρίσουμε ποιο σωματίδιο είναι ποιό, (τα έχει αυτά η κβαντική), η ολική κυματοσυνάρτηση του συστήματος (που, όπως είπαμε είναι κάτι σαν την αστυνομική του ταυτότητα), θα ισούται με ένα ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΓΙΝΟΜΕΝΩΝ του τύπου

Φολ ~ φ1(1)*φ2(2)+/-φ1(2)*φ2(1)

Στην περίπτωση αυτή λέμε ότι τα σωματίδια αποτελούν ένα «πεπλεγμένο ζεύγος» (entangled pair) και η κατάστασή τους μια entangled state. Αυτό που έχει νόημα είναι η συνολική κατάσταση του συστήματος, χωρίς να μπορούμε να γνωρίζουμε κατ’ ανάγκη τι καπνό φουμάρει το καθένα απ’ αυτά. Ήταν ανέκαθεν γνωστό σ’ αυτούς που ασχολούνται με ατομική φασματοσκοπία, ότι η κατάσταση ενός ατόμου με δυο και περισσότερα ηλεκτρόνια ορίζεται από ένα σύνολο κβαντικών αριθμών οι οποίοι δείχνουν τη συνισταμένη γωνιακή στροφορμή και spin όλων των ηλεκτρονίων του ατόμου, καθώς και την συνολική τους στροφορμή. Τα ηλεκτρόνια στην προκειμένη περίπτωση είναι συσχετισμένα, και ποσώς μας ενδιαφέρει, αλλά ούτε και γνωρίζουμε τι κάνει το καθένα από αυτά.

Ας υποθέσουμε τώρα, ότι σε κάποιο πείραμα δημιουργείται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων με συνολικό spin ίσο με το μηδέν, τα οποία ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές και τα οποία για λόγους διατήρησης θα πρέπει να έχουν ίσες και αντίθετες προβολές του spin, σε κάποιον άξονα, τον ίδιο όμως και για τα δυο. Αν το ένα είναι spin-up, το άλλο, αναγκαστικά, θα είναι spin-down. Αν ορίσουμε την κατάσταση φ1 να αντιστοιχεί στο spin-up και την κατάσταση φ2 στο spin-down, και επειδή δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ποιο από τα δυο ηλεκτρόνια είναι spin-up και ποιο spin-down, τότε εύκολα προκύπτει η παραπάνω σχέση για την ολική κυματοσυνάρτη και το σύστημα των δύο αυτών ηλεκτρονίων αποτελεί ένα πεπλεγμένο ζεύγος. Η άμεση συνέπεια είναι ότι αν μετρήσουμε την προβολή του spin στο ένα, την ΙΔΙΑ ΣΤΙΓΜΗ θα "γνωρίζουμε" και την τιμή της προβολής του spin στο άλλο ηλεκτρόνιο χωρίς να χρειαστεί να κάνουμε καμιά άλλη μέτρηση.

Το ερώτημα που γεννάται λοιπόν είναι "πώς είναι δυνατόν το δεύτερο ηλεκτρόνιο να ξέρει τι θα κάνει την ίδια ακριβώς στιγμή που γίνεται η μέτρηση στο πρώτο;" Αν τα δυο ηλεκτρόνια βρίσκονται σε δυο αντιδιαμετρικές (λέμε τώρα) θέσεις στο σύμπαν, πότε πρόλαβαν να επικοινωνήσουν, αν δεχτούμε ότι ανώτερη ταχύτητα στον κόσμο είναι αυτή του φωτός; Αυτό βρίσκεται στη βάση του λεγόμενου EPR (Einstein-Podοlsky-Rosen) παράδοξου που κόντεψε να τρελάνει τον Einstein, με συνέπεια να απορρίψει την Κβαντική θεωρία σαν πολύ παράξενη. Είπε και κείνο το περίφημο «spooky action at a distance» όπου spooky σημαίνει φάντασμα και το πράγμα ήρθε και έδεσε!

Τί τάθελε ο χριστιανός; Στην αναμπουμπούλα, πλακώσανε και οι μεταφυσικοί για να επωφεληθούν, (χάνονται τέτοιες ευκαιρίες;) και να ψωνίσουν εξηγήσεις, με πρώτη και καλύτερη για την τηλεπάθεια. Μια πολύ ενδιαφέρουσα «εξήγηση» που την ψάρεψα κάπου στο διαδίκτυο, σας την μεταφέρω πάραυτα, ελπίζοντας ότι θα σας διασκεδάσει.

......«Για το φαινόμενο της τηλεπάθειας υπάρχουν σε λειτουργία αρκετοί οικουμενικοί Νόμοι, όπως αυτοί του “Mentalism” και “Correspondence”. Γνωρίζουμε ήδη από τον Νόμο του Mentalism ότι το σύμπαν είναι πνευματικό από τη φύση του, δηλαδή μια τεράστια διάνοια και συνείδηση, με τον καθένα να αποτελεί αδιάσπαστο μέρος του όλου. Με έναν άπειρο αριθμό απευθείας γραμμών επικοινωνίας, επί πλέον. Θα πρέπει να διασαφηνιστεί ότι η μεταφορά σκέψης είναι μια πνευματική διαδικασία, η οποία λαμβάνει χώρα ανάμεσα στις διάνοιες δυο ή περισσότερων ανθρώπων πάνω στο «Πνευματικό Επίπεδο». Από εκεί μια σκέψη μεταφέρεται στο «Αστρικό Σώμα» διαμέσου της «Πνευματικής Μήτρας» και τελικά στον ανθρώπινο εγκέφαλο δια μέσου της «Αστρικής Μήτρας». Αυτές οι επικοινωνίες είναι μόνον ενέργεια που πάλλεται, μεταφέρεται και προσλαμβάνεται από ανθρώπους οι οποίοι τυχαίνει να είναι συντονισμένοι στις ενεργειακές αυτές δονήσεις....».

Όπερ, έδει, δείξαι, που λέγαμε και στο σχολείο.

Μετά απ’ αυτό το διάλειμμα ας δούμε από πιο κοντά τί συμβαίνει.

Στην πραγματικότητα συμβαίνουν δύο πράγματα. Πρώτον, στην περίπτωση των δυο ηλεκτρονίων, καμιά πληροφορία δεν μεταφέρεται και δεύτερον, το φαινόμενο «Quantum Entaglement» απαντάται μόνο σε υποατομικά σωματίδια εξ αιτίας ενός άλλου φαινομένου, το οποίον ονομάζεται «Decoherence», (αποσυσχέτιση). Επομένως ξεχάστε οποιοδήποτε άλλο «σώμα» με διαστάσεις έχετε στο μυαλό σας.

Τί σημαίνει ότι καμιά πληροφορία δεν μεταφέρεται; Έστω ότι ένας παρατηρητής, (Alice), αποφασίζει να κάνει την μέτρηση στο ένα από τα δυο πεπλεγμένα ηλεκτρόνια, αλλά δεν γνωρίζει εξ αρχής σε ποια κατάσταση θα κάτσει το σύστημα, ούτε φυσικά το αποτέλεσμα, αν δηλαδή το ηλεκτρόνιο που θα μετρήσει θα βγει με το spin επάνω ή κάτω. Οπότε, δεν υπάρχει και πληροφορία να μεταφέρει, γιατί αν μπορούσε να τη στείλει με κάποιο τρόπο έστω και με την ταχύτητα του φωτός, ο άλλος παρατηρητής, (Bob), θα γνώριζε ήδη το αποτέλεσμα για το δικό του σωματίδιο. Δηλαδή θα ήταν σαν το μήνυμα που έστελνε να παραλαμβανόταν από τον άλλον στο παρελθόν. Όλα αυτά υπό την προϋπόθεση ότι ο Bob θα έκανε τη μέτρηση στον ίδιο άξονα. Επειδή όμως δεν γνωρίζει σε ποιόν άξονα έκανε τη μέτρηση η Alice, τα αποτελέσματα που θα πάρει θα είναι τελείως ασυσχέτιστα με αυτά της Alice.

DECOHERENCE (Αποσυσχέτιση)

Είναι μια νέα σχετικά θεωρία, (Zeh H. D. 1970, “On the Interpretation of Measurement in Quantum Theory”, Foundations of Physics 1, pp. 69-76 και μετά), η οποία προσπαθεί να εξηγήσει το πέρασμα ενός συστήματος από την κβαντική κατάσταση στην οποία αρχικά βρίσκεται, στην κλασσική. Ο κυριότερος τρόπος που το πέρασμα αυτό γίνεται αντιληπτό είναι η απώλεια της ικανότητας του αρχικού μας συστήματος, εξ αιτίας της επίδρασης κάποιου εξωτερικού περιβάλλοντος, να παράγει πλέον φαινόμενα συμβολής. Με άλλα λόγια, η εν λόγω θεωρία θέτει τον μαθηματικό φορμαλισμό για να εξηγήσει ποσοτικά πια, την κατάρρευση (collapse) της κυματοσυνάρτησης ενός κβαντικού συστήματος που αποτελείται, ως γνωστόν, από μια υπέρθεση δυνητικών καταστάσεών του, σε μια και μόνο κατάσταση, αυτή που τελικά μετράμε.

Ας θυμηθούμε το γνωστό πείραμα των «δυο σχισμών». Τα ηλεκτρόνια περνούν από ένα πέτασμα με δυο λεπτές σχισμές και στην οθόνη που βρίσκεται ακριβώς πίσω τους σχηματίζονται κροσσοί συμβολής, δηλαδή μια σειρά από εναλλασσόμενες σκοτεινές και φωτεινές ταινίες, όπως σαν να είχαμε συμβολή δυο κυμάτων. Αν τώρα στο παράθυρο της μιας σχισμής τοποθετήσουμε κάμερα για να παρακολουθούμε αν το ηλεκτρόνιο πέρασε από το σημείο αυτό ή όχι, τότε τα ηλεκτρόνια θυμώνουν για την παρενόχληση και οι κροσσοί συμβολής εξαφανίζονται. Περίεργο έ; Όχι, μας λέει η Decoherence, για τον λόγο ότι η κάμερα δεν είναι κάτι το άυλο, αλλά τα κβαντικά σωματίδια (ηλεκτρόνια εν προκειμένω), γίνονται entangled με το κλασικό περιβάλλον (την κάμερα) και χάνουν τις κβαντικές τους ιδιότητες. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και αν κάποια αρκετά κοσμικά σωματίδια παρεμβληθούν τυχαία ανάμεσα στο πέτασμα των σχισμών και την οθόνη καταγραφής και περιπλεχθούν, (γίνουν entangled) με τα ηλεκτρόνια του πειράματος. Η γρήγορη εξήγηση στην περίπτωση αυτή είναι ότι χάνεται η σχέση των φάσεων ανάμεσα στα ηλεκτρόνια που ήταν υπεύθυνη για την εμφάνιση των κυματικών ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων, έτσι ώστε, με την απώλεια αυτή, λόγω εξωτερικού περιβάλλοντος να συμπεριφέρονται μόνον σαν κλασικά σωματίδια. Η coherence χάνεται ευκολότερα για τα μεγάλα σωματίδια και αυτό δίνει την εξήγηση γιατί ο κόσμος που βλέπoυμε είναι κλασσικός και το φαινόμενο entanglement παρατηρείται μόνο στον ατομικό μικρόκοσμο.

Περισσότερα στο "ΕΔΩ"

Εξ αιτίας δε, του φαινομένου της decoherence ο κβαντικός υπολογιστής βρίσκεται ακόμα στη σφαίρα της φαντασίας. Παρά ταύτα οι επιστήμονες προσπαθούν και ολοένα καινούργιες ανακοινώσεις έρχονται σχετικά με το πόσο μακριά μπορούν να πάνε δυο πεπλεγμένα φωτόνια και με το τί μπορεί να συσχετιστεί με ποιο.

Περί αυτού και άλλων σχετικών κατορθωμάτων θα αναφερθώ σε προσεχές κείμενο το οποίο ακόμα ψήνεται. Για το λόγο αυτό stay tuned!