Η κβαντική φυσική αποτελεί την απόλυτη πρόκληση για την κλασική διαίσθηση της ανθρωπότητας. Κατά τη διάρκεια μιας διάλεξης στο MIT το 1964, ο φυσικός Richard Feynman σχολίασε με τον περίφημο τρόπο: «Μπορώ να πω με σιγουριά ότι κανείς δεν καταλαβαίνει την κβαντομηχανική». Ακριβώς αυτή η ασυναίσθητη παραδοξότητα ώθησε τους φυσικούς κατά τη διάρκεια των δεκαετιών να βασίζονται σε εύχρηστες μεταφορές για να εξηγήσουν μια από τις βασικές αρχές της κβαντομηχανικής: την υπέρθεση.
Η Γάτα του Schrödinger
Η πιο διάσημη από αυτές τις μεταφορές είναι η Γάτα του Schrödinger, ένα νοητικό πείραμα που πρωτοπαρουσιάστηκε από τον Αυστριακό θεωρητικό φυσικό Erwin Schrödinger, στο οποίο μια γάτα, ένα ραδιενεργό ισότοπο με πιθανότητα 50/50 αποσύνθεσης, ένας μετρητής Geiger, μια φιάλη με δηλητήριο και ένας μηχανισμός ενεργοποίησης τοποθετούνται σε ένα σφραγισμένο κουτί. Εάν ο μετρητής Geiger ανιχνεύσει ραδιενεργό αποσύνθεση, η φιάλη σπάει, το δηλητήριο απελευθερώνεται και η γάτα πεθαίνει (αποποίηση ευθύνης: καμία γάτα δεν τραυματίστηκε στην πραγματικότητα κατά την εκτέλεση αυτού του νοητικού πειράματος). Εάν το ραδιενεργό ισότοπο δεν αποσυντεθεί, η γάτα ζει.
Η σημασία αυτής της μεταφορικής διάταξης είναι ότι είναι μαθηματικά παρόμοια με την ιδέα της κβαντικής υπέρθεσης και την κβαντική κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης. Μέχρι να ανοιχτεί το κουτί, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε αν το ραδιενεργό ισότοπο έχει αποσυντεθεί, επομένως η γάτα στο κουτί είναι και ζωντανή και νεκρή από την οπτική μας γωνία. Αλλά μόλις ένας παρατηρητής κάνει μια μέτρηση (δηλαδή ανοίξει το κουτί), η «κυματοσυνάρτηση» αυτής της υπέρθεσης καταστάσεων καταρρέει. Αφού ανοιχτεί το κουτί, η γάτα μπορεί να βρίσκεται μόνο στη μία ή την άλλη κατάσταση - είναι είτε νεκρή είτε ζωντανή.
Το παράδοξο με την γάτα
Το φαινομενικό παράδοξο της γάτας του Σρέντιγκερ που είναι και ζωντανή και νεκρή είναι ανάλογο με το πρόβλημα της υπέρθεσης σε υποατομικά σωματίδια, τα οποία μπορεί να φαίνονται ότι βρίσκονται σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα μέχρι να μετρηθούν. Για δεκαετίες, ωστόσο, οι επιστήμονες διατύπωσαν τη θεωρία ότι πιο σύνθετες παραλλαγές του διάσημου νοητικού πειράματος του Schrödinger μπορεί να υπάρχουν πέρα από το απλό σενάριο «ζωντανός ή νεκρός». Τώρα, μια μελέτη με επικεφαλής επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης απέδειξε με επιτυχία αυτές τις εξωτικές παραλλαγές στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας ένα μόνο ιόν στροντίου-88 περιορισμένο σε μια παγίδα ιόντων. Χειριζόμενοι τόσο την εσωτερική κβαντική κατάσταση του ιόντος (δηλαδή, το σπιν του) όσο και την κίνησή του - η τελευταία συμπεριφέρεται ως κβαντικός ταλαντωτής - οι ερευνητές δημιούργησαν υπερθέσεις που περιλαμβάνουν πολλαπλές κβαντικές ιδιότητες, όχι μόνο δύο αντίθετες καταστάσεις. Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Physical Review X.
Επιστήμονες μόλις εντόπισαν μια πραγματικά τεράστια γάτα του Schrödinger
«Αυτή η προσέγγιση μας έδωσε ένα εργαλείο για να σμιλεύσουμε κβαντικές υπερθέσεις σε σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα», δήλωσε σε δελτίο τύπου ο φυσικός της Οξφόρδης Sebastian Saner, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Οι καταστάσεις που παράγουμε παρουσιάζουν περιστροφικές συμμετρίες και σχηματίζουν εντυπωσιακά γεωμετρικά μοτίβα συμβολής».
Ο χρόνος υπάρχει μόνο όπου ο χωροχρόνος καμπυλώνεται αρκετά
Αυτές οι διαφορετικές καταστάσεις προκύπτουν κυρίως από τον τρόπο με τον οποίο κατανέμεται η αβεβαιότητα της κβαντικής δομής ή από τον τρόπο με τον οποίο τοποθετείται στον χώρο των φάσεων, σύμφωνα με το δελτίο τύπου. Με δύο βαθμούς ελευθερίας - που παρέχονται από την εσωτερική κβαντική κατάσταση και την κίνηση του ιόντος - οι ερευνητές θα μπορούσαν ουσιαστικά να σμιλεύσουν την κινητική κατάσταση του ιόντος. Οι συγγραφείς εξηγούν ότι αυτό τους επέτρεψε να συντονίσουν το μέγεθος, τη φάση και τον διαχωρισμό των μεταβαλλόμενων συστατικών, ενώ παράλληλα να κάνουν εναλλαγή μεταξύ άλλων μη κλασικών καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένων των συμπιεσμένων, τριπλά συμπιεσμένων ή τετραπλά συμπιεσμένων καταστάσεων σε μία μόνο υπέρθεση.
Δεν πρόκειται απλώς για μια ενδιαφέρουσα θεωρητική ανακάλυψη. Αυτές οι νέες κβαντικές καταστάσεις θα μπορούσαν να βελτιώσουν τα κβαντικά bits δύο επιπέδων που βρίσκονται στις τρέχουσες κβαντικές τεχνολογίες, βελτιώνοντας παράλληλα τις μεθόδους για τη διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων.
«Η εικόνα ενός κβαντικού συστήματος που βρίσκεται σε δύο μέρη ταυτόχρονα είναι μόνο η αρχή», δήλωσε ο Saner στο Gizmodo. «Υπάρχει ένα πολύ μεγαλύτερο τοπίο πιθανών κβαντικών καταστάσεων και εξακολουθούμε να μαθαίνουμε πώς να το προσπελάζουμε πειραματικά».
Η κβαντική φυσική συνεχίζει να αμφισβητεί την ικανότητα του ανθρώπινου νου να κατανοεί την εγγενή παραδοξότητα της πραγματικότητας. Αλλά όσο περισσότερα μαθαίνουμε, τόσο περισσότερο απελευθερώνουμε το τεράστιο δυναμικό ενός μέλλοντος που τροφοδοτείται από αυτές τις μη διαισθητικές ιδέες.
www.worldenergynews.gr
