Κρυμμένες μεταβλητές

Πολλές φορές έχει υποστηριχτεί ότι η τυχαιότητα και η πιθανοκρατία που παρατηρούμε στα κβαντομηχανικά φαινόμενα οφείλονται στο ότι υπάρχουν κάποιες κρυμμένες μεταβλητές οι οποίες καθορίζουν την εξέλιξη των φαινομένων αλλά δεν τις γνωρίζουμε. Υποστηρίζουν, δηλαδή, οι οπαδοί της θεωρίας των κρυμμένων μεταβλητών (ή του ρεαλισμού) πως αν γνωρίζαμε αυτές τις άγνωστες μεταβλητές των κβαντικών συστημάτων, τότε τα κβαντικά φαινόμενα θα φαίνονταν και αυτά ντετερμινιστικά και απολύτως προβλεπτά.

bits

Το 1969 όμως ο Ιρλανδός φυσικός John Bell απέδειξε ότι καμιά θεωρία κρυμμένων μεταβλητών που διατηρεί τις παραδοχές της τοπικότητας και του ντετερμινισμού δεν μπορεί να πετύχει τις προβλέψεις της κβαντικής φυσικής.

Αυτό είναι ένα θεωρητικό πόρισμα ζωτικής σημασίας και γι αυτό κα τα τελευταία 40 χρόνια αποτέλεσε την κύρια πηγή πολλών θεωρητικών και πειραματικών ερευνών.

Στο νοητικό πείραμα του Bell υπήρχε μια ανισότητα που αν παραβιαζόταν, τότε αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί να ισχύει καμιά θεωρία κρυμμένων μεταβλητών που διατηρεί την τοπικότητα. Τα πειράματα που έγιναν τα τελευταία χρόνια συμφωνούσαν με τις κβαντικές προβλέψεις και παραβίαζαν την ανισότητα Bell. Ένα από τα πιο αποφασιστικά πειράματα στον τομέα αυτό στάθηκε το πείραμα του Alain Aspect στη Γαλλία, το 1982.

Τέλος πρέπει να αναφέρουμε ότι υπάρχουν σοβαρές τεχνικές δυσκολίες που εμπόδιζαν την άμεση πειραματική επαλήθευση της ανισότητας Bell. Οι δυσκολίες οφείλονταν κυρίως στο ότι ούτε οι πολωτές, ούτε οι ανιχνευτές φωτονίων έχουν απόδοση 100% οπότε δεν ανιχνεύονται όλα τα φωτόνια που εκπέμπει η πηγή. Γι αυτό ελέγχθηκε μια πιο περίπλοκη μορφή της ανισότητας Bell η οποία αναφέρεται σε πείραμα όπου οι μετρήσεις γίνονται με 4 διαφορετικούς προσανατολισμούς των πολωτών.

Σήμερα στο πιο πάνω ζήτημα των κρυμμένων μεταβλητών και της τοπικότητας υπάρχουν δύο σχολές:

1. Η ρεαλιστική, υλιστική ερμηνεία (Δημόκριτος, Γαλιλαίος, Νεύτωνας, Planck, Einstein,  De Broglie, Bohm, Schroedinger, von Laue, Langevin, υλισμός κ.ά.) κατά την οποία :
  Α! Υπάρχει μια φυσική, αντικειμενική πραγματικότητα, ανεξάρτητη από το υποκείμενο και τα μέσα πειραματισμού. Ο πειραματιστής δηλαδή δεν επηρεάζει το αποτέλεσμα της μέτρησης.
  Β! Ισχύει επίσης η αρχή της αιτιοκρατίας, οι αιτίες δηλαδή καθορίζουν το αποτέλεσμα.
  Γ! Ορισμένοι από τους υποστηρικτές της υλιστικής ερμηνείας της φύσης, όπως ο Νεύτωνας, δέχονται ότι τα σώματα αλληλεπιδρούν ακαριαία όσο μακριά κι αν είναι (μη τοπικότητα). Η πεπερασμένη όμως ταχύτητα των φυσικών αλληλεπιδράσεων θεμελίωσε τον τοπικό χαρακτήρα των φαινομένων, που περιγράφονται από τις κλασικές πεδιακές θεωρίες (ηλεκτρομαγνητισμός και θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν). Δηλαδή οι εκπρόσωποι αυτοί δέχονται την αρχή της τοπικότητας. Τέλος με την εξίσωση του Schroedinger (1926) περιγράφεται η κίνηση των πραγματικών σωματιδίων που κινούνται στο χώρο και χρόνο θεωρώντας ότι τα σωματίδια  έχουν διπλή φύση όπως δέχεται ο De Broglie.

Μια αυτονόητη υπόθεση της κλασικής φυσικής είναι ότι υπάρχει δυνατότητα, με πολύ προσεκτικό σχεδιασμό των πειραμάτων,  να καταστήσουμε εντελώς αμελητέα τη διαταραχή που προκαλεί ο ερευνητής με την ανάμειξή του στην πορεία των φυσικών φαινομένων. Η υπόθεση αυτή είναι απόλυτα δικαιολογημένη για φαινόμενα μεγάλης κλίμακας, αλλά παύει να είναι για φαινόμενα του μικροκόσμου και για τα σωματίδια που συγκροτούν τα άτομα  (τουλάχιστο με τις σημερινές μεθόδους έρευνάς τους) .

2. Η θετικιστική ερμηνεία (Σχολή της Κοπεγχάγης, Bohr, von Newmann, Heisenberg, Jordan κ.ά.) αμφισβήτησε την ισχύ της ρεαλιστικής ερμηνείας για την αιτιότητα στο χώρο του μικρόκοσμου καθώς υποστήριξαν ότι δεν ισχύει στο μικρόκοσμο και αμφισβήτησε επίσης και την ισχύ της τοπικότητας.

Σύμφωνα δηλαδή με τον Bohr η κβαντική θεωρία δεν περιγράφει τον μικρόκοσμο καθ’ εαυτόν,   αλλά όπως αυτός εμφανίζεται κατά την παρατήρηση, δηλαδή μέσα από την αλληλεπίδραση του με τις συσκευές μέτρησης και τον παρατηρητή.

Ο David Bohm μαζί με τον  Bernard D’Espagnat πρότειναν ορισμένες θεωρίες για την ερμηνεία του φαινομένου EPR (ένα νοερό πείραμα των Einstein-Podolsky-Rosen), που να μην έρχονται σε αντίθεση με την Γενική Σχετικότητα. Επιπλέον, πρότειναν, για να εξηγήσουν τέτοια φαινόμενα μη-τοπικότητας, πως κάθε τι στο Σύμπαν είναι συνδεδεμένο με οτιδήποτε άλλο, από την στιγμή που στην απαρχή του Σύμπαντος, ότι υπάρχει μέσα στο Σύμπαν ήταν συνδεδεμένα.

Η κβαντική λοιπόν θεωρία, ίσως υπονοεί, πως υπάρχει ένα αόρατος ιστός όπου όλα τα σημεία είναι συζευγμένα σε κβαντικό επίπεδο. Θα μπορούσαν λοιπόν να εξηγηθούν φαινόμενα όπως η τηλεπάθεια, η εφαρμογή ψυχικών δυνάμεων, η άμεση επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις κλπ. Ίσως αποδειχθεί στο μέλλον η δυνατότητα του νου να ενισχύει και να ελέγχει ψυχικά φαινόμενα.

Υπάρχουν ενδείξεις πως κάποιες μορφές διανοητικής λειτουργίας έχουν σαν αποτέλεσμα να παραβιάζουν την ομαλή συνέχεια του χρόνου και ονομάζονται «προφητικά όνειρα», ψυχικές δυνάμεις κλπ. Γι’ αυτές υπάρχουν έργα μεγάλων ερευνητών, όπως του Αρθουρ Καίσλερ και του Κάρλ Γιουνγκ. Ίσως η Νέα Φυσική μπορεί να μας αποκαλύψει την ερμηνεία τους.