Τι είναι η κβαντική διαπλοκή;
Η κβαντική εμπλοκή είναι ένα περίεργο φαινόμενο του σύμπαντος στο οποίο δύο υποατομικά σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους έτσι ώστε όταν αλλάζει το ένα σωματίδιο, αλλάζει και το άλλο σωματίδιο, ακόμα κι αν τα δύο σωματίδια χωρίζονται από μεγάλες αποστάσεις. Αυτό το ανεξήγητο φαινόμενο έγινε γνωστό ως «Quantum enanglement», ένας όρος που επινοήθηκε αρχικά από τον Erwin Schrödinger, έναν άλλο πρώιμο υιοθετητή και θεωρητικό του κβαντικού κόσμου.
Προσπαθήσατε ποτέ να λύσετε ένα μυστήριο του σύμπαντος; Το έργο φαίνεται μάλλον τρομακτικό, αλλά υπάρχουν πολλοί επιστήμονες και ερευνητές που έχουν περάσει τη ζωή τους προσπαθώντας να βρουν απαντήσεις στα πιο παράδοξα ερωτήματα της ύπαρξης.
Ο Αϊνστάιν πιστώνεται με την αποκάλυψη μερικών από αυτά τα φανταστικά μυστήρια, αλλά υπάρχει ένα παράξενο φαινόμενο του κόσμου που ακόμη και ο μεγάλος Άλμπερτ Αϊνστάιν ένιωσε να παραπλανηθεί. Ήταν τόσο μπερδεμένος που του έδωσε ένα αναμφισβήτητα αντιεπιστημονικό όνομα - "απόκοσμη δράση από απόσταση".
Αν ο Αϊνστάιν δεν μπορούσε να το καταλάβει, δεν ξέρω πόση τύχη θα έχουμε προσπαθώντας να το εξηγήσουμε, αλλά αυτό το παράξενο φαινόμενο του σύμπαντος, που συνήθως ονομάζεται "κβαντική εμπλοκή" είναι πολύ ενδιαφέρον για να αγνοηθεί.
Ο μικροσκοπικός κόσμος γύρω μας
Προσπαθήστε να φανταστείτε το πιο μικρό πράγμα που μπορείτε να κρατήσετε στο χέρι σας και να δείτε ακόμα με τα μάτια σας. Ένας κόκκος άμμου λειτουργεί καλά για αυτό το παράδειγμα. Τώρα, μπορεί να είναι ένας μόνο κόκκος άμμου, αλλά πιθανότατα περιέχει περίπου 50 εκατομμύριο άτομα (ναι, 50 εκατομμύρια εκατομμύρια εκατομμύρια άτομα). Η ικανότητα του εγκεφάλου να κατανοήσει την ατομική κλίμακα είναι αρκετά περιορισμένη, αλλά θα σκάψουμε ακόμα πιο βαθιά.
Φωτογραφία:Agsandrew / Shutterstock
Μέσα σε αυτά τα 50 πενήντα εκατομμύρια άτομα, υπάρχει ένα βαθύτερο επίπεδο υποατομικών σωματιδίων που δεν ανακαλύφθηκαν καν μέχρι το 1897, όταν ονομάστηκαν για πρώτη φορά τα ηλεκτρόνια. Μέσα στον αιώνα περίπου από τότε, έχουμε ανακαλύψει περισσότερους από δώδεκα άλλους τύπους υποατομικών σωματιδίων, όπως κουάρκ, μεσόνια, γκραβιτόνια, νετρίνα και άλλα ονόματα που φαίνονται βγαλμένα από τις σελίδες ενός βιβλίου επιστημονικής φαντασίας.
Μερικά από αυτά τα υποατομικά σωματίδια είναι «στοιχειώδη», που σημαίνει ότι δεν μπορούν να διασπαστούν περαιτέρω, ενώ άλλα είναι σύνθετα, που σημαίνει ότι αποτελούνται από πολλαπλά υποατομικά σωματίδια. Αυτή η τελευταία κατηγορία είναι που γοητεύει τους φυσικούς των σωματιδίων και τους χειριστές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC).
Αυτά τα σωματίδια μελετήθηκαν με ανυπομονησία από ερευνητές σε όλο τον κόσμο, αλλά φάνηκε ότι οι παραδοσιακοί νόμοι της Νευτώνειας φυσικής δεν ίσχυαν πάντα στον υποατομικό κόσμο, οπότε χρειαζόταν μια νέα σχολή σκέψης. Ένας εντελώς νέος κλάδος της φυσικής (Quantum physics) αναπτύχθηκε για να δημιουργήσει ένα πλαίσιο στο οποίο θα μπορούσαν να γίνουν κατανοητά αυτά τα υποατομικά σωματίδια.
Το παράδοξο των υποατομικών σωματιδίων
Τώρα, μπορούμε να μετρήσουμε τα υποατομικά σωματίδια με βάση ορισμένες πληροφορίες σχετικά με τη θέση τους στο χωροχρόνο. Η πιο χρήσιμη πληροφορία είναι η «σπιν», η οποία ορίζεται από τη γωνιακή ορμή του σωματιδίου. Αυτό το σπιν δεν είναι «παρατηρήσιμο» από μόνο του, επειδή αυτά τα δεδομένα αποκτώνται μόνο μέσω πακέτων υποατομικής ενέργειας που μπορούν να μετρηθούν (και έτσι εκχωρείται ένας κβαντικός αριθμός). Τώρα, ένα υποατομικό σωματίδιο δεν μπορεί να αλλάξει την ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται,αλλά μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση.
Ο κβαντικός κόσμος λειτουργεί με βάση την ιδέα των καταστάσεων πιθανότητας, κοινώς γνωστές ως υπέρθεση, που σημαίνει ότι αυτά τα σωματίδια υπάρχουν σε κάθε κατάσταση την ίδια στιγμή, τουλάχιστον έως ότου ένας ερευνητής προσπαθήσει να τη μετρήσει. Κατά ειρωνικό τρόπο, όταν μετριέται, η κυματομορφή καταρρέει και το σπιν μπορεί να μετρηθεί.
Τώρα, ας εξετάσουμε ένα απλό υποατομικό σωματίδιο:ένα φωτόνιο . Πριν μετρηθεί αυτό το φωτόνιο, βρίσκεται σε υπέρθεση περιστρέφεται προς όλες τις κατευθύνσεις ταυτόχρονα (θυμηθείτε, η κβαντική φυσική είναι περίεργη….). Είναι δυνατό να διαιρέσετε ένα φωτόνιο σε δύο φωτόνια ρίχνοντας ένα φως μέσω του κατάλληλου μέσου και σε αυτό το σημείο, θα έχετε δύο φωτόνια σε υπέρθεση. Όταν μετράτε ένα από αυτά τα δύο σωματίδια, συμβαίνει το πιο περίεργο… πέφτουν και τα δύο από την κυματομορφή, όπως η Αλίκη και ο Μπομπ παρακάτω.
Φωτογραφία:physicsoftheuniverse.com
Τώρα, θυμάστε αυτόν τον κβαντικό αριθμό που αναφέρθηκε νωρίτερα; Ας υποθέσουμε ότι το αρχικό φωτόνιο έχει τιμή σπιν μηδέν. Όταν το χωρίζετε σε δύο φωτόνια, τα δύο θα περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις, διατηρώντας την ουδέτερη κατάσταση του μηδέν. Αν αντιστρέψετε το σπιν ενός φωτονίου, θα αντιστραφεί και το άλλο.
Φωτογραφία:Informationphilosopher.com
Το παράδοξο που παραπλανούσε τον Αϊνστάιν είναι ότι αυτή η αλλαγή συμβαίνει ακαριαία. Ακόμη και σε αυτή την απίστευτα μικρή κλίμακα, οι πληροφορίες πρέπει να μεταφέρονται, είτε μέσω φωτός, ενέργειας, κυμάτων κ.λπ., αλλά αυτό δεν συνέβη. Τα δύο υποατομικά σωματίδια ήταν συνδεδεμένα με κάποιο τρόπο και η αλλαγή του ενός θα άλλαζε στιγμιαία το άλλο, ακόμα κι αν τα δύο σωματίδια χωρίζονταν από μεγάλες αποστάσεις.
Αυτό το ανεξήγητο φαινόμενο έγινε γνωστό ως "Κβαντική εμπλοκή" , ένας όρος που επινοήθηκε αρχικά από τον Erwin Schrödinger, έναν άλλο πρώιμο υιοθετητή και θεωρητικό του κβαντικού κόσμου.
Δεδομένου ότι τίποτα στο σύμπαν δεν μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός, και αυτή η «στιγμιαία» αλλαγή των καταστάσεων περιστροφής αποκάλυψε μια μεταφορά πληροφοριών χιλιάδες φορές πιο γρήγορα από το «καθολικό όριο ταχύτητας», τα μεγαλύτερα μυαλά του αιώνα ήταν πραγματικά μπερδεμένα. .
Υπάρχει κάποια εξήγηση για την κβαντική εμπλοκή;
Θεωρητικά, ακόμα κι αν αυτά τα σωματίδια χωρίζονταν από εκατομμύρια έτη φωτός, θα εξακολουθούσαν να αντιτίθενται στιγμιαία το ένα στις κινήσεις του άλλου, κλειδωμένες στην αιώνια σύνδεσή τους σε όλο το σύμπαν. Μέχρι στιγμής, η πιο απομακρυσμένη απόσταση που έχουν υπάρξει δύο μπερδεμένα σωματίδια είναι περίπου 1,5 μίλια, αλλά υπάρχουν συναρπαστικά σχέδια για την εκτόξευση ενός εμπλεκόμενου σωματιδίου στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (περίπου 220 μίλια) και για να καθοριστεί εάν ο συνεργάτης του εμπλεκόμενου σωματιδίου πίσω στη Γη θα συνεχίσει αυτό». τρομακτική δράση από απόσταση».
Ολόκληρη η ιδέα λυγίζει τα μυαλά εδώ και δεκαετίες, επειδή παραβιάζει έναν από τους πιο θεμελιώδεις νόμους του σύμπαντος. Η μεταφορά πληροφοριών μεταξύ των δύο σωματιδίων δεν μπορεί να γίνει ταχύτερη από την ταχύτητα του φωτός, και όμως συμβαίνει.
Αυτά τα μπερδεμένα σωματίδια δεν περιορίζονται ούτε σε ζεύγη. μια μελέτη το 2014 μπλέχτηκε τεχνητά περίπου 500.000 σωματίδια, υποδηλώνοντας έναν «ομαδικό εγκέφαλο» από σύννεφο σωματιδίων που αντιδρά ακαριαία όταν μετράται ή τροποποιείται οποιοδήποτε μεμονωμένο συστατικό.
Κάνοντας αυτό ένα βήμα παραπέρα, στη μακροκοσμική κλίμακα, ας μιλήσουμε για τη Μεγάλη Έκρηξη, η οποία ήταν ουσιαστικά η στιγμή που ολόκληρο το σύμπαν εξερράγη από ένα μόνο σωματίδιο και άρχισε να διαστέλλεται (και δεν έχει σταματήσει από τότε!). Δεδομένων των όσων μόλις μάθαμε για την παράξενη φύση των μπλεγμένων σωματιδίων, θα μπορούσαν να υπάρχουν μπερδεμένα σωματίδια διασκορπισμένα σε όλο το σύμπαν. Κάθε σωματίδιο θα μπορούσε να μπλέξει με ένα άλλο ή μια μεγάλη ομάδα!
Φωτογραφία:Mindsplurge.net
Θα μπορούσαν να υπάρχουν δισεκατομμύρια σωματίδια που συνδέονται εγγενώς μέσω της κβαντικής εμπλοκής, πράγμα που σημαίνει ότι κάποια ασήμαντη μετατόπιση περιστροφής που διεγείρουμε στη Γη μπορεί να έχει ένα υποατομικό αποτέλεσμα στη σκοτεινή πλευρά της Σελήνης ή στην άλλη άκρη του γαλαξία!
Πικραμένοι εγκεφαλικοί
Στους επιστήμονες δεν αρέσουν τα παράδοξα που δεν μπορούν να λύσουν, έτσι ως απάντηση στην κβαντική εμπλοκή, ο Αϊνστάιν και οι φίλοι του δήλωσαν ότι η κβαντική θεωρία ήταν «ατελής» και ότι κάποια εγγενής έννοια ή υλικό έλειπε. Τα επόμενα «παραθυράκια» που προσπάθησαν να εξηγήσουν τα περίεργα γεγονότα της κβαντικής εμπλοκής αναπτύχθηκαν από τους Schrodinger, Einstein και άλλους θεωρητικούς φυσικούς, σαν να μην μπορούσαν απλώς να παραδεχτούν ότι δεν γνώριζαν την απάντηση. Αυτά τα κενά έχουν απορριφθεί περισσότερο τις τελευταίες έξι δεκαετίες, αλλά αυτή η "απόκοσμη δράση εξ αποστάσεως" εξακολουθεί να παραμένει.
Φωτογραφία:Agsandrew / Shutterstock
Μέχρι σήμερα, δεν κατανοούμε πλήρως την κβαντική εμπλοκή, ούτε τα κρυμμένα μυστήρια του κβαντικού κόσμου, αλλά με πιθανές εφαρμογές όπως ο κβαντικός υπολογισμός και ένα ενοποιημένο Διαδίκτυο εμπλεκόμενων σωματιδίων (και τα δύο θα μπορούσαν να αλλάξουν τον κόσμο όπως τον ξέρουμε). Οι ερευνητές δεν τα παρατάνε σύντομα.
