Πώς η αρχή της ισοδυναμίας λειτουργεί στην κβαντική πραγματικότητα

Εδώ και δεκαετίες οι φυσικοί αγωνίζονται να μάθουν για το πώς η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν λειτουργεί στην κβαντική σφαίρα. Τώρα δύο ερευνητές ίσως έχουν τελικά καταλάβει το κλειδί που θα μας επιτρέψει να λύσουμε αυτό το μυστήριο. Οι φυσικές θεωρίες του Αϊνστάιν έχουν δοκιμαστεί πλήρως στον μακρόκοσμο. Αλλά όταν κατεβαίνετε στις πολύ μικρότερες κλίμακες – στην κβαντική σφαίρα – τα πράγματα αρχίζουν να συμπεριφέρονται λίγο περίεργα.

Η κβαντομηχανική μπερδεύει τη μνήμη σας; Μπορούμε να ζούμε σε έναν κόσμο όπου ο κρύος καφές ζεσταίνεται αυθόρμητα, απλά δεν το θυμόμαστε. Η εξήγηση είναι η κβαντική διεμπλοκή

Η κβαντική διεμπλοκή, το μυστηριώδες φαινόμενο, σύμφωνα με το οποίο, κατά την κβαντομηχανική, δύο πράγματα σε απόσταση μεταξύ τους, μπορούν αυτόματα να αλληλεπιδρούν και να αλλάζουν ταυτόχρονα, ίσως πάει πολύ μακρύτερα – ή μάλλον πολύ πιο κοντά – από ό,τι φανταζόμαστε: στο ίδιο μας το κεφάλι, στη μνήμη και τη συνείδησή μας.

Μια παραξενιά της κβαντομηχανικής: στοιχειωμένη δράση από απόσταση

Ο Έρβιν Σρέντιγκερ απεκάλεσε την διεμπλοκή σαν το “καθοριστικό γνώρισμα» της κβαντικής θεωρίας. Ο Αϊνστάιν από την άλλη δεν ήθελε να πιστέψει σε αυτήν καθόλου, νομίζοντας ότι η κβαντική θεωρία είχε σοβαρά λάθη.

100.000 gamers δοκιμάζουν τη διεμπλοκή, ένα φαινόμενο της κβαντομηχανικής, παίζοντας ένα βιντεοπαιχνίδι

Μία νέα έρευνα (BIG Bell Test) στην οποία συμμετείχαν ως εθελοντές 100.000 gamers έδειξε πως το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής ή κβαντικός συσχετισμός – το φαινόμενο που επιτρέπει σε δύο σωματίδια να συμπεριφέρονται παρόμοια και ακαριαία, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται – λειτουργεί στην πράξη. Το συγκεκριμένο φαινόμενο επινοήθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, στην προσπάθειά του να καταρρίψει την κβαντομηχανική. Το πείραμα καθοδηγήθηκε από το Ινστιτούτο Φωτονικών Επιστημών ICFO, στη Βαρκελώνη.

Το φαινόμενο Ζήνωνα στην κβαντομηχανική επιβεβαιώνεται: τα άτομα δεν κινούνται όταν παρατηρούνται

Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Cornell έχουν αποδείξει ότι τα άτομα δεν θα μετακινηθούν όταν κάποιος τα παρατηρεί. Αυτό είναι επίσης γνωστό και ως φαινόμενο Ζήνωνα ή ως παράδοξο Turing. Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα αντικατοπτρίζει μία από τους πιο περίεργες προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας, αλλά τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν από τους φυσικούς στο υπέρψυχρο εργαστήριο, έχουν τώρα επιβεβαιώσει με επιτυχία. Στο πείραμα δημιουργήθηκε και ψύχθηκε ένα αέριο με, περίπου, ένα δισεκατομμύριο άτομα ρουβιδίου μέσα σε ένα θάλαμο κενού οπότε τα ακινητοποίησε μεταξύ ακτίνων λέιζερ

Max Born: Ο συνιδρυτής της Κβαντομηχανικής

Ο Max Born (11 Δεκεμβρίου 1882 – 1970) ήταν Γερμανός φυσικός κι ένας από τους τρεις πρωταγωνιστές -οι άλλοι δύο ήταν ο Bohr και ο Heisenberg- στη διαμόρφωση της πιθανοκρατικής ερμηνείας της Κβαντομηχανικής. Σύμφωνα με την ερμηνεία αυτή ο πιθανοκρατικός χαρακτήρας των νόμων της Κβαντομηχανικής δεν οφείλεται σε ατελή γνώση των παραγόντων, που προσδιορίζουν τις μικροσκοπικές κινήσεις αλλά είναι μια εγγενής ιδιότητα της φύσης στο ατομικό και υποατομικό επίπεδο. Η εργασία που δημοσίευσε το 1924 με τίτλο «Για την Κβαντομηχανική», θεωρείται ότι είναι η έναρξη της.

Το παράδοξο φαινόμενο EPR της κβαντομηχανικής

Η λεγόμενη «μη-τοπικότητα» μια από τις πιο παράξενες θεωρίες της κβαντικής θεωρίας, που μαζί με την γάτα του Schroedinger, ήταν άλλη μια διαμάχη του Einstein με τον υποστηρικτή και συνιδρυτή της κβαντικής θεωρίας τον Niels Bohr (ο άλλος ιδρυτής ήταν ο Einstein!). Με την θεωρία αυτή οι υποστηρικτές της, πιστεύουν πως γεγονότα που συμβαίνουν εδώ, μπορούν να επηρεάσουν γεγονότα σε άλλο σημείο που μπορεί να είναι πολύ απομακρυσμένο από το πρώτο. Το φαινόμενο αυτό ήταν η αιτία που έκανε τον Einstein να δηλώσει πως «ο Θεός δεν παίζει ζάρια με το Σύμπαν», στην διαμάχη του με τον Niels Bohr, με τον οποίο βέβαια ήταν πολύ φίλος.

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.

Οι δύο σχολές για τις κρυμμένες μεταβλητές και η τρίτη άποψη του D’Espagnat

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.

Νέα εξήγηση των κβαντικών φαινομένων «δείχνει» την ύπαρξη παράλληλων συμπάντων

Ένα πρακτικό πρόβλημα ήταν η αιτία για τη νέα περιγραφή της πραγματικότητας σε επίπεδο μικρόκοσμου, την οποία διατύπωσε ο καθηγητής χημείας και βιοχημείας Μπιλ Πουαριέ από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Τέξας.

Οι μαύρες τρύπες δεν σβήνουν τις πληροφορίες

Τη λύση σε ένα «μυστήριο» 40 ετών, το οποίο φέρνει σε αντίθεση θεμελιώδεις αρχές της κβαντικής φυσικής με τις ιδιότητες των μαύρων τρυπών, υποστηρίζουν πως ανακάλυψαν επιστήμονες από το πανεπιστήμιο του Μπάφαλο στις ΗΠΑ. Πιο συγκεκριμένα, οι Αμερικανοί επιστήμονες ανέπτυξαν μια νέα θεωρία που απαντά στο Παράδοξο της Χαμένης Πληροφορίας, έναν γρίφο που προσπαθούν να λύσουν οι φυσικοί εδώ και τέσσερις δεκαετίες, με σκοπό να αποδείξουν πως οι μαύρες τρύπες δεν παραβιάζουν την κβαντομηχανική.

Λυπούμαστε Αϊνστάιν αλλά το σύμπαν χρειάζεται την κβαντική αβεβαιότητα

Συγνώμη Αϊνστάιν, αλλά η κβαντομηχανική πάντα θα έχει μέσα της την αβεβαιότητα. Τα ευρήματα ανατρέπουν τις ελπίδες εκείνων που ψάχνουν για μια κβαντική θεωρία με λιγότερη περίεργη συμπεριφορά, η οποία έχει κάνει πολλούς φυσικούς να νιώθουν άβολα, συμπεριλαμβανομένου και του Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Θεωρητικοί λένε ότι η κβαντική κυματοσυνάρτηση δεν είναι απλώς ένα μαθηματικό εργαλείο αλλά πραγματική οντότητα

Η φιλοσοφική θέση της κυματοσυνάρτησης – η οντότητα που καθορίζει την πιθανότητα διαφορετικών εκβάσεων όταν γίνονται μετρήσεις σωματιδίων της κβαντομηχανικής – φαίνεται ότι δεν είναι ένα απλό στατιστικό εργαλείο, όπως πιστεύεται σήμερα ευρέως, αλλά υπάρχει ως αντικειμένική οντότητα. Αυτό υποστηρίζουν τρεις Βρετανοί θεωρητικοί φυσικοί σε μια νέα δημοσίευση στην οποία λένε ότι αποδεικνύεται μαθηματικά ότι η κυματοσυνάρτηση είναι πραγματική.

Κβαντικό φαινόμενο σήραγγος

To κβαντικό φαινόμενο σήραγγος θα μπορούσαμε να το πούμε και σαν πέρασμα μέσα από ένα φράγμα δυναμικού, είναι άλλο ένα παράξενο φαινόμενο που συμβαίνει στον κβαντικό κόσμο. Είναι μια κατεξοχήν κβαντική διαδικασία, η οποία επιτρέπει στα σωματίδια του μικρόκοσμου να «διεισδύουν» διαμέσου φραγμάτων δυναμικής ενέργειας, που είναι ενεργειακά απαγορευμένες για τα κλασικά σωματίδια. Εξηγήθηκε για πρώτη φορά από τον Gamow το 1927.

Ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά κβαντικές δονήσεις σε στερεό αντικείμενο

Κανένα σωματίδιο δεν παραμένει ακίνητο. Ακόμα και στο απόλυτο μηδέν, όταν η θερμική διαταραχή της ύλης κανονικά παγώνει, η κβαντομηχανική επιτρέπει στα σωματίδια να διατηρούν μια απειροελάχιστη δόνηση (διαταραχή). Τώρα αυτή η λεπτή διαταραχή έχει εντοπιστεί σε ένα μικρό κομμάτι πυριτίου, το πρώτο στερεό αντικείμενο στο οποίο έχουμε αποκαλύψει τις κβαντικές ταλαντώσεις του.

Κβαντική πληροφορία: Οι κανόνες για ένα πολύπλοκο κβαντικό κόσμο

Κατά τις προηγούμενες δεκαετίες οι φυσικοί έμαθαν ότι απλοί σχετικά κανόνες μπορούν να γεννήσουν μια πολύ πλούσια συμπεριφορά. Πάρτε για παράδειγμα το σκάκι. Οι κανόνες του είναι σχετικά απλοί, αλλά αποκλείεται μόνο μ’ αυτούς να μπορέσετε να κερδίσετε έναν έμπειρο παίκτη. Υπάρχουν άλλοι κανόνες στρατηγικής που ανήκουν σε μια ανώτερη δομή από τους κανόνες του παιχνιδιού. Αυτοί είναι εκείνοι που γεννούν και την πολυπλοκότητα και την ομορφιά του παιγνιδιού.

Κβαντική φυσική και φιλοσοφία

Κατά την παραδοσιακή ή νευτώνεια φυσική, κάθε φαινόμενο της φύσης πρέπει να εξηγείται κατά τρόπο μηχανιστικό, δηλαδή ως αποτέλεσμα μιας αιτίας. H αιτιοκρατική και μηχανιστική αυτή αντίληψη της παραδοσιακής φυσικής κορυφώθηκε με τον ισχυρισμό του Laplace, σύμφωνα με τον οποίο όχι μόνο μπορούμε να γνωρίσομε την παρούσα φάση του σύμπαντος, αλλά, βάσει των κατάλληλων μετρήσεων, είμαστε σε θέση να γνωρίζομε και τη μελλοντική του κατάσταση (αιτιοκρατία).

Δεν υπάρχει περίπτωση να δούμε ποτέ ένα παράλληλο σύμπαν

Μήπως υπάρχουν παράλληλα σύμπαντα; Και πώς θα μάθουμε; Ερευνητές από τα πανεπιστήμια του Calgary και Waterloo στον Καναδά και το Πανεπιστήμιο της Γενεύης έχουν δημοσιεύσει μία μελέτη στο Physical Review Letters εξηγώντας γιατί δεν βλέπουμε συνήθως τις φυσικές συνέπειες της κβαντομηχανικής και γιατί μπορεί να είναι αδύνατο να ανιχνεύσουμε ποτέ κάποιο παράλληλο σύμπαν (με τα σημερινά επίπεδα της επιστημονικής γνώσης).

Τα άτομα βρίσκουν κβαντική παρηγοριά στη βαθιά ψύξη του διαστήματος

Το διάστημα είναι ψυχρό, πολύ ψυχρό. Αυτό θα έπρεπε να σημαίνει ότι θα συνέβαιναν πολύ λίγα πράγματα, και όμως υπάρχουν αστέρια, πλανήτες και άνθρωποι. Τώρα ένα υπέρψυχρο πείραμα θα μπορούσε να εξηγήσει πώς ξεκίνησαν οι χημικές αντιδράσεις στο βαθύ παγωμένο σχεδόν κενό του διαστρικού διαστήματος.