Mecanica cuantică ne spune că unda de probabilitate se schimba instantaneu în tot Universul, în urma unei măsurători. Aceasta chiar şi atunci când măsurătoarea a fost confirmată irevocabil, ne anunţă noi rezultate al unui grup din Geneva.
Unul dintre aspectele cele paradoxale ale teoriei mecanicii cuantice este non-localitatea ei. Non-localitatea mecanicii cuantice se manifestă în modificarea instantanee a undei de probabilitate a unei particule, în urma procesului de măsură. După cum se ştie, unda de probabilitate este o funcţie ce descrie probabilitatea de a găsi o particulă într-un loc sau altul, la Bucureşti sau în galaxia Andromeda. În urma unei măsurători însă, această undă de probabilitate se modifica instantaneu, în tot Universul, şi devine mult mai localizată în jurul poziţiei unde s-a detectat particula.
Problema non-localitaţii mecanicii cuantice rămâne ca un ghimpe pentru orice teoretician, şi este unul din motivele pentru care Einstein s-a opus puternic mecanicii cuantice, deşi practic el însuşi a contribuit esenţial la apariţia ei (să ne aducem aminte că a primit premiul Nobel tocmai pentru un efect cuantic, şi anume efectul fotoelectric). Desigur, s-au găsit nenumăraţi fizicieni care să testeze experimental caracterul acesta non-local al mecanicii cuantice. Teoria că teoria, dar este practic aşa?
În ultimii 20 de ani, mai multe experimente au fost efectuate, toate folosind doi fotoni (particula cuantică a luminii), într-o configuratie ce poartă numele fizicianului Bell. În cazul acesta, funcţia de undă a ansamblului format de cei doi fotoni este cea care se schimbă instantaneu în tot Universul. Practic, polarizaţia acestor doi fotoni este corelată, căci ei se obţin printr-o tehnică specială. Aici, lumina ultravioletă de la un laser intra într-un cristal neliniar. O parte din lumină este absorbită de cristal care apoi, cu energia câştigată, emite alţi doi fotoni în domeniul vizibil. Aceştia doi fotoni părăsesc cristalul în direcţii diferite, datorită birefringentei cristalului, sub formă a doua conuri de lumină.
O analiză atentă a sistemului arata că cei doi fotoni care ies au polarizările corelate cuantic. Practic, primul foton poate fi polarizat în orice direcţie, iar cel de-al doilea obligatoriu în direcţia perpendiculară. Funcţia de undă a celor doi fotoni este deci o superpoziţie cuantică a situaţiei clasice când primul foton este polarizat vertical şi al doilea orizontal, cu situaţia clasică când primul foton este polarizat orizontal şi al doilea vertical.
Să lăsăm acum cele două raze de lumină care ies din cele două puncte de contact ale conurilor de lumină să meargă mii de ani lumină, în direcţii opuse. Să măsurăm acum polarizarea luminii la unul dintre capete. Dacă fotonul detectat va avea polarizare verticală, atunci funcţia de undă colapsează în situaţia "primul foton polarizare verticală - al doilea foton polarizare orizontală". Dacă cineva acum ar măsura polarizarea fotonului de la celălalt capăt, ar trebuie să-l găsească în polarizarea opusă, adică orizontală. Şi invers, dacă măsoară primul foton în polarizarea orizontală, atunci cel de-al doilea trebuie să fie în polarizarea verticală.
Aşa după cum am discutat, prima măsurătoare influenţează probabilităţile celei de-a doua măsurători instantaneu, la mii de kilometri distanţă. În ambele cazuri, funcţia de undă a ansamblului celor doi fotoni s-a schimbat instantaneu în tot Universul. Asta este ceea ce prezice mecanica cuantică.
Aceste măsurători au fost făcute prima oară cu succes în anii '80 de către fizicianul Aspect, şi rafinate în anul 1998 de către A. Zeilinger. În primul caz, Aspect a reuşit să obţină o configuraţie care a confirmat caracterul non-local al mecanicii cuantice. Zeilinger a rafinat experimentul, având grijă ca distanţa dintre detectori să fie foarte mare, pentru ca cei doi detectori să nu se poată influenţa reciproc pe căi clasice necunoscute.
Pare paradoxal, dar nici chiar experimentele lui Zeilinger nu au convins toţi fizicienii. La urma urmei, au spus ei, chiar dacă distanţa dintre detectori a fost suficient de mare, poate că informaţia referitoare la polarizarea fotonilor a circulat clasic, pe un canal necunoscut, după ce fotonii au fost absorbiţi de detector şi până ca datele să fie scrise pe hard-diskul computerelor ce au făcut măsurătorile... Polarizările celor doi fotoni ar fi fost corelate nu datorită mecanicii cuantice, ci pentru că un detector i-ar fi "spus" celuilalt cât să măsoare, pe căi clasice ascunse privirii noastre.
Într-o încercare de a elimina şi această posibilitate îndepărtată, un grup de oameni de ştiinţă de la Universitatea din Geneva a venit cu noi măsurători, care pun condiţii şi mai stricte asupra măsurătorii, ne anunţă portalul physorg.com. Astfel, ei au urmărit ideile fizicianului Roger Penrose, care a încercat să definească sfârşitul unei măsurători cuantice. Căci când se sfârşeşte o măsurătoare cuantică? Când fotonul a fost absorbit de detector? Când bitul de informaţie a fost scris pe hard-disk? Când creierul nostru a luat cunoştinţă de faptul că fotonul a fost absorbit?
Răspunsul lui Penrose este: atunci când măsurătoarea cuantică determina schimbări macroscopice, ireversibile, cum ar fi de exemplu căderea unui bloc de o tonă de la o înălţime mare. Dacă acesta este sfârşitul măsurătorii cuantice, atunci trebuie să ne asigurăm că nici un semnal clasic, care circulă cu o viteză mai mică decât viteza luminii, nu poate ajunge de la detector la altul până când blocul de o tonă cade. Dacă ajunge după, nici o problemă, căci nu mai poate influenţa măsurătoarea ireversibilă, blocul de o tonă este deja căzut.
Urmărind aceste idei, grupul de la Geneva a construit un experiment cu fotoni corelaţi, între trei oraşe elveţiene: Geneva, Satigny şi Jussy, situate fiecare la o distanţă cam de 20 de Km faţă de celelalte două. Cei doi fotoni corelaţi au fost generaţi în laboratorul din Geneva. Un foton a fost captat de un detector aflat în Satigny şi celălalt foton de un detector aflat în Jussy. Măsurătoarea polarizării fotonilor însă nu se sfârşeşte odată ce fotonii sunt absorbiţi. Aceasta creează numai un voltaj ce este aplicat unui cristal piezoelectric. Aflat sub tensiune, cristalul piezoelectric se dilată, mişcând la rândul lui o mică oglindă aurită. În final, absorbţia fotonului este confirmată odată ce oglinda şi-a schimbat poziţia macroscopic şi ireversibil, măsurătoare ce se poate face cu ajutorul unei raze de laser adiţionale.
De remarcat că tot acest proces de reacţie în lanţ, terminat cu schimbarea poziţiei macroscopice a oglinzii, este extrem de rapid, de ordinul a 7 microsecunde. Aceasta asigură că cele două oglinzi, câte una pentru fiecare foton, se vor mişca rapid şi sincron, în aşa fel încât nici o informaţie clasică (căreia îi ia 60 de microsecunde între cele două oraşe) să nu poată circula între timp între oraşele unde se află detectorii.
Rezultatele noilor cercetări confirmă chiar şi în acest caz non-localitatea luminii: unda de probabilitate a ansamblului celor doi fotoni se schimbă instantaneu în ambele oraşe. Mecanică cuantică îşi afirmă din nou personalitatea ei rebelă, iar teoreticienii rămân în continuare cu această întrebare crucială la care nu au răspuns: cum este posibil ca unda de probabilitate să se schimbe instantaneu în tot Universul?
Sursa: www.stiinta.info
Trimiteți un comentariu
Trimiteți un comentariu