Eνα συχνό «κόλπο» των ταχυδακτυλουργών είναι να κάνουν τα χρωματιστά μπαλάκια να «πηδάνε» με μαγικό τρόπο από το ένα αναποδογυρισμένο κύπελλο στο άλλο. Στα κβαντικά συστήματα, όπου οι ιδιότητες ενός αντικειμένου- συμπεριλαμβανομένης της θέσης τουμπορούν να ποικίλλουν ανάλογα με το πώς τα παρατηρεί κάποιος, τα «μαγικά» τέτοιου είδους θα πρέπει θεωρητικά να είναι δυνατά χωρίς να χρειάζεται ιδιαίτερη επιδεξιότητα στα δάχτυλα. Τώρα το εκπληκτικό αυτό χαρακτηριστικό αποδεικνύεται για πρώτη φορά πειραματικά με ένα πείραμα στο οποίο ένα μεμονωμένο φωτόνιο εμφανίζεται να υπάρχει σε τρεις θέσεις ταυτοχρόνως.
Παρά το γεγονός ότι η κβαντική θεωρία έχει το χάρισμα να προσφέρει ερμηνείες για πολλά πειραματικά αποτελέσματα, ορισμένοι φυσικοί βρίσκουν την παραδοξότητά της υπερβολικά «υπερβολική» για να είναι αληθινή. Ο Αλμπερτ Αϊνστάιν χλεύαζε τον κβαντικό συσχετισμό (ή αλλιώς κβαντική διεμπλοκή- quantum entanglement), μια έννοια η οποία βρίσκεται στην καρδιά της κβαντικής θεωρίας και πρεσβεύει ότι οι ιδιότητες ενός σωματιδίου μπορούν να επηρεάσουν άμεσα τις ιδιότητες ενός άλλου, ασχέτως της απόστασης που υπάρχει ανάμεσά τους. Ελεγε ότι κάποιες αόρατες επιδράσεις της κλασικής Φυσικής, γνωστές ως «θεωρίες της κρυφής μεταβλητής», θα πρέπει να δημιουργούν αυτή την οφθαλμαπάτη, την οποία αποκαλούσε «εξ αποστάσεως απόκοσμη επίδραση».
Μια σειρά από ενδελεχώς σχεδιασμένα πειράματα έχει δείξει έκτοτε ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος: ο κβαντικός συσχετισμός είναι αληθινός και καμία θεωρία της κρυφής μεταβλητής δεν μπορεί να εξηγήσει τις αλλόκοτες επιδράσεις του. Ο κβαντικός συσχετισμός δεν είναι όμως το μοναδικό φαινόμενο που χωρίζει το κβαντικό από το κλασικό. «Στην κβαντική πραγματικότητα υπάρχει ακόμη ένα σοκαριστικό γεγονός το οποίο συχνά παραβλέπεται» λέει ο Εφραίμ Στάινμπεργκ του Πανεπιστημίου του Τορόντο στον Καναδά.
Το 1967 ο Σάιμον Κόχεν και ο Ερνστ Σπέκερ απέδειξαν μαθηματικά ότι ακόμη και σε ένα μεμονωμένο κβαντικό αντικείμενο, στο οποίο ο συσχετισμός δεν είναι δυνατός, οι τιμές που παίρνει κάποιος όταν μετράει τις ιδιότητές του εξαρτώνται από το γενικότερο πλαίσιο. Ετσι η τιμή της ιδιότητας Α, ας πούμε, εξαρτάται από το αν επιλέγει κάποιος να τη μετρήσει με την ιδιότητα Β ή με την ιδιότητα Γ. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχει πραγματικότητα ανεξάρτητη από την επιλογή του τρόπου μέτρησης.
Χρειάστηκε να φθάσουμε ωστόσο στο 2008 για να σχεδιαστεί ένα εφικτό τεστ για αυτή την πρόβλεψη από τον Αλεξάντερ Κλιάτσκο και τους συναδέλφους του στο Πανεπιστήμιο Μπίλκεντ της Αγκυρας. Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι αν μετρήσει κάποιος επανειλημμένως πέντε διαφορετικά ζεύγη ιδιοτήτων ενός κβαντικού σωματιδίου, το οποίο βρίσκεται σε υπέρθεση τριών καταστάσεων, τα αποτελέσματα θα είναι διαφορετικά για το κβαντικό σύστημα σε σχέση με αυτά που δίνει ένα κλασικό σύστημα με κρυφές μεταβλητές.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι κβαντικές ιδιότητες δεν είναι σταθερές, αλλά ποικίλλουν ανάλογα με την επιλογή των μέτρων, κάτι το οποίο στρεβλώνει τις στατιστικές. «Η ιδέα ήταν πολύ έξυπνη» λέει ο Αντον Τσέλινγκερ του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής, Κβαντικής Νανοφυσικής και Κβαντικής Πληροφορικής στη Βιέννη. «Το ερώτημα ήταν πώς μπορούσε αυτό να υλοποιηθεί σε ένα πείραμα». Τώρα ο κ. Τσέλινγκερ μαζί με τον Ράντε Λάπκιεβιτς και την ομάδα τους κατόρθωσαν να υλοποιήσουν την ιδέα πειραματικά. Χρησιμοποίησαν φωτόνια το καθένα εκ των οποίων βρισκόταν σε υπέρθεση στην οποία ακολουθούσε ταυτοχρόνως τρεις διαφορετικές διαδρομές. Στη συνέχεια επανέλαβαν μια σειρά από πέντε ζεύγη μετρήσεων των διαφόρων ιδιοτήτων των φωτονίων- όπως η πόλωσή τους- επί χιλιάδες φορές.
Ανακάλυψαν ότι η επακόλουθη στατιστική μπορούσε να ερμηνευθεί μόνο αν ο συνδυασμός των ιδιοτήτων που είχε δοκιμαστεί επηρέαζε την τιμή της αξίας που μετρείτο. «Δεν έχει νόημα να συμπεράνουμε ότι αυτό το οποίο δεν μετράμε σε ένα σύστημα έχει μια δική του,ανεξάρτητη πραγματικότητα» καταλήγει ο κ. Τσέλινγκερ. Ο κ. Στάινμπεργκ έχει εντυπωσιαστεί. «Αυτό είναι ένα όμορφο πείραμα» λέει. Αν τα προηγούμενα πειράματα που εξέτασαν τον κβαντικό συσχετισμό έκλειναν την πόρτα στις θεωρίες των κρυφών μεταβλητών, αυτή η τελευταία δουλειά τη σφραγίζει ερμητικά. «Κατόπιν αυτού φαίνεται ότι δεν μπορεί κανείς ούτε καν να συλλάβει μια θεωρία όπου συγκεκριμένες παρατηρήσιμες παράμετροι μπορούν να έχουν οριστικές τιμές οι οποίες είναι ανεξάρτητες από τα άλλα πράγματα που μετρούνται» δηλώνει ο κ. Στάινμπεργκ.
Ο κ. Κόχεν, ο οποίος σήμερα εργάζεται στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον στο Νιου Τζέρσεϊ, δηλώνει εξίσου ευτυχής. «Σχεδόν μισόν αιώνα αφότου ο Σπέκερ και εγώ αποδείξαμε το θεώρημά μας, το οποίο βασιζόταν σε ένα νοητικό πείραμα, πραγματικά πειράματα έρχονται πλέον να επιβεβαιώσουν τα αποτελέσματά μας» λέει.
Ο Νιλς Μπορ, ένας από τους γίγαντες της Κβαντικής Φυσικής, υπήρξε μεγάλος υπέρμαχος της ιδέας ότι η φύση της κβαντικής πραγματικότητας εξαρτάται από το τι επιλέγουμε να μετρήσουμεμια έννοια την οποία αποκαλούσε «Ερμηνεία της Κοπεγχάγης». «Το πείραμα αυτό παρέχει ακόμη μεγαλύτερη υποστήριξη στην Ερμηνεία της Κοπεγχάγης» επισημαίνει ο κ. Τσέλινγκερ.
© 2009 Νew Scientist Μagazine, Reed Βusiness Ιnformation Ltd.
ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ
