Πείραμα δείχνει πως «ο Θεός παίζει ζάρια»

Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων υποστηρίζει πως επιβεβαίωσε πειραματικά ένα από τα πλέον θεμελιώδη φαινόμενα της κβαντικής φυσικής, δηλαδή ότι δύο υποατομικά σωματίδια μπορούν να αλληλεπιδρούν από απόσταση, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι αυτή, μεταβάλλοντας έτσι ακαριαία τις ιδιότητές τους.

Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με επικεφαλής ερευνητές του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας του Ντελφτ και είναι ορόσημο στην ιστορία της φυσικής, αφού αποτελεί την πιο βάσιμη μέχρι σήμερα ένδειξη ότι δεν ισχύει η «τοπικότητα», μία θεμελιώδης αρχή της κλασικής φυσικής.

Σύμφωνα με την κλασική φυσική, καμία αλληλεπίδραση δεν μπορεί να διαδοθεί ταχύτερα από το φως, ενώ όταν δύο συστήµατα που αλληλεπιδρούν µεταξύ τους αποµακρυνθούν πάρα πολύ, τότε διαχωρίζονται και δεν υπάρχει καµία αλληλεπίδραση µεταξύ τους.

Στην αρχή της τοπικότητας είχε βασισθεί ο Άλμπερτ Αϊνστάιν για να υποστηρίξει πως η κβαντική φυσική δεν είναι μία πλήρης θεωρία που καταφέρνει να περιγράψει την πραγματικότητα. Ο Αϊνστάιν δεν αποδεχόταν ότι η αβεβαιότητα είναι μία εγγενής ιδιότητα της φύσης, όπως πρεσβεύει η κβαντική, λέγοντας χαρακτηριστικά «πως ο Θεός δεν παίζει ζάρια με τον κόσμο».

Ένα από τα επιχειρήματά του ήταν η «μυστηριώδης δράση από απόσταση», δηλαδή ένα φαινόμενο που θα έπρεπε να προκύπτει από την παραβίαση της αρχής της τοπικότητας, αν όντως ισχύει η κβαντική φυσική.

Η «μυστηριώδης δράση από απόσταση» ονομάστηκε στην πορεία κβαντική διεμπλοκή ή κβαντικός συσχετισμός (quantum entanglement). Τώρα, όπως αναφέρουν οι επιστήμονες από το Ντελφτ, αυτό που κατάφεραν ήταν να παρατηρήσουν πειραματικά την κβαντική διεμπλοκή «σε δράση», και μάλιστα με τέτοιο τρόπο που να αποκλείει οποιαδήποτε εναλλακτική ερμηνεία, η οποία να παρακάμπτει την κβαντική.

Επομένως, το πείραμά τους δείχνει πως η πραγματικότητα δεν είναι ντετερμινιστική, όπως πρεσβεύει κλασική φυσική. Με άλλα λόγια, ότι τελικά «ο Θεός παίζει ζάρια με τον κόσμο», αντίθετα απ’ ό,τι πίστευε ο διάσημος φυσικός.

Ένα παράδειγμα που χρησιμοποιείται για να περιγραφεί η κβαντική διεμπλοκή είναι όταν π.χ. από την αποδιέγερση ενός σωματιδίου παράγονται δύο ηλεκτρόνια, τα οποία έχουν αντίθετα spin και κινούνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Με βάση την κβαντική φυσική, το spin κάθε ηλεκτρονίου βρίσκεται σε μία υπέρθεση καταστάσεων, κάτι που σημαίνει πως αποκτά δεδομένη τιμή μόνο όταν μετρηθεί.

Ο τρόπος που παράχθηκαν τα ηλεκτρόνια σημαίνει όμως πως είναι «συσχετισμένα». Συνεπώς, αν μετρηθεί το spin του ενός ηλεκτρονίου, και πάρει συγκεκριμένη τιμή, θα πρέπει το άθροισμα των spin των δύο σωμάτων να συνεχίσει να είναι μηδενικό. Κάτι που σημαίνει πως το δεύτερο ηλεκτρόνιο θα επηρεασθεί ακαριαία, όσο μακριά κι αν βρίσκεται, αποκτώντας αντίθετο spin.

Η αλήθεια είναι πως, από τη δεκαετία του ’70, αρκετά πειράματα έχουν δείξει ότι η «μυστηριώδης δράση από απόσταση» όντως ισχύει. Η διαφορά του νέου πειράματος, στο οποίο πήραν μέρος επίσης φυσικοί από την Ισπανία και την Αγγλία, είναι πως «κλείνει την πόρτα» σε εναλλακτικές ερμηνείες, όπως π.χ. την ύπαρξη τοπικά κρυμμένων μεταβλητών, δείχνοντας πως η μοναδική εξήγηση είναι η πιθανοκρατική φύση της πραγματικότητας και η κβαντική.

Το πείραμα έγινε στις εγκαταστάσεις του Ντελφτ, με τους επιστήμονες να χρησιμοποιούν ζεύγη «συσχετισμένων» ηλεκτρονίων, τα οποία «επικοινωνούσαν» μεταξύ τους από απόσταση 1,3 χιλιομέτρων. Σε κάθε άκρο της διάταξης είχε τοποθετηθεί από ένα διαμάντι με μια «παγίδα» για τα ηλεκτρόνια, ενώ με τη βοήθεια παλμών από μικροκύματα και λέιζερ γινόταν ο «συσχετισμός» των ηλεκτρονίων και η μέτρηση του spin τους.

Η μεγάλη απόσταση των δύο διαμαντιών εξασφάλιζε πως τα ηλεκτρόνια δεν μπορούσαν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους με συμβατικό τρόπο, πριν μετρηθεί το spin τους.

Πάντως, ορισμένοι ειδικοί που δεν συμμετείχαν το πείραμα, με τα σχόλιά τους στα μίντια υποστήριξαν πως παρόλο που όντως αποκλείονται οι περισσότερες εναλλακτικές ερμηνείες, και το αποτέλεσμά του έχει επομένως ιστορική σημασία, δεν αποτελεί τελεσίδικη «απάντηση» στον Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Ενδεικτικά, ο Ντέιβιντ Κάιζερ από το ΜΙΤ ανέφερε στο σάιτ του περιοδικού The World Weekly πως αφήνει ανοικτό το ενδεχόμενο το ηλεκτρονικό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε για να γίνουν τυχαίες οι μετρήσεις να είναι προκαθορισμένο, με κάποιον τρόπο ο οποίος δεν είναι εύκολα ανιχνεύσιμος.

Ο Κάιζερ είναι επικεφαλής ενός φιλόδοξου πειράματος που χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ και, μέσα στην επόμενη τριετία, θα προσπαθήσει να αποδείξει την κβαντική διεμπλοκή χρησιμοποιώντας φωτόνια από κβάζαρ που βρίσκονται στις παρυφές του σύμπαντος και σε αντιδιαμετρικά σημεία.

naftemporiki.gr