Το σύμπαν δεν είναι τοπικά πραγματικό και οι νομπελίστες φυσικής του 2022 το απέδειξαν

Μία από τις πιο ανησυχητικές ανακαλύψεις τον τελευταίο μισό αιώνα είναι ότι το σύμπαν δεν είναι “τοπικά πραγματικό”. «Πραγματικό», που σημαίνει ότι τα αντικείμενα έχουν συγκεκριμένες ιδιότητες ανεξάρτητες από τις παρατηρήσεις τους – ένα μήλο μπορεί να είναι κόκκινο ακόμα και όταν κανείς δεν το κοιτάζει. «Τοπικό» σημαίνει ότι τα αντικείμενα μπορούν να επηρεαστούν μόνο…

Υπάρχουν περισσότερες από μία πραγματικότητες στην Κβαντική Φυσική

Μπορούν δύο διαφορετικές όψεις της πραγματικότητας να υπάρχουν ταυτόχρονα; Οι φυσικοί λένε ότι μπορούν – στο κβαντικό όμως επίπεδο. Δηλαδή διαφορετικές παρατηρήσεις της ίδιας πραγματικότητας (σε φωτόνια) και οι δύο μπορεί να είναι σωστές. Ερευνητές διενήργησαν πρόσφατα πειράματα για να απαντήσουν σε μια πολυετή θεωρητική ερώτηση σχετικά με ανταγωνιστικές πραγματικότητες. Αυτό το πονηρό νοητικό πείραμα πρότεινε ότι δύο άτομα που παρατηρούν το ίδιο φωτόνιο θα μπορούσαν να καταλήξουν σε διαφορετικά συμπεράσματα σχετικά με την κατάσταση του φωτονίου – και όμως και οι δύο παρατηρήσεις τους θα ήταν σωστές.

Η διαμάχη για την ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής

Η διαμάχη για την ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής άρχισε την περίοδο 1924-26, σχεδόν αμέσως μετά την διατύπωση της. Ξεκίνησε στο 5o συνέδριο του Solvay (1927) και στο Συνέδριο του Como (1927) όπου ο De Broglie διατύπωσε τη θεωρία της διπλής λύσης. Η διαμάχη αυτή αφορά επιστημολογικά, φιλοσοφικά και φυσικά προβλήματα. Τα πιο κεντρικά προβλήματα είναι η φυσική σημασία του πιθανοκρατικού χαρακτήρα της κβαντικής μηχανικής, η φυσική σημασία της αρχής της επαλληλίας και της λεγόμενης αναγωγής της κυματοσυνάρτησης.

Η καταστροφή της υπέρθεσης των κβαντικών καταστάσεων και η ερμηνεία του Everett για την κβαντομηχανική

Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, και ειδικότερα σύμφωνα με την εικόνα του Schrodinger, κάθε σύστημα περιγράφεται από μια κυματοσυνάρτηση η οποία είναι συνάρτηση της θέσης των σωματιδίων του συστήματος και του χρόνου. Το τετράγωνο αυτής της συνάρτησης εκφράζει την πιθανότητα να βρεθεί το σύστημά μας στις συγκεκριμένες θέσεις την συγκεκριμένη χρονική στιγμή.

Τα μυστικά της κβαντικής διεμπλοκής και οι εξελίξεις της

Η κβαντομηχανική θεωρείται απόκοσμη σε σχέση με τη μηχανική της πραγματικότητας που αντιλαμβανόμαστε. Ένα αξιοσημείωτο κβαντικό φαινόμενο είναι αυτό της λεγόμενης “κβαντικής διεμπλοκής”. Η κβαντική διεμπλοκή είναι ένα παράδοξο κβαντικό φαινόμενο, το οποίο ο Αϊνστάιν είχε χαρακτηρίσει “στοιχειωμένο” αφού οι κινήσεις και γενικότερα οι ιδιότητες δύο σωματιδίων ή αντικειμένων αλληλοεπηρεάζονται ακαριαία.

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.

Ηλεκτρόνια περνούν πολύ γρήγορα μέσα από το φράγμα του ατόμου

Ηλεκτρόνια που είναι συνδεδεμένο σε ένα άτομο μπορεί μερικές φορές να ξεφύγουν, έστω και αν δεν διαθέτουν την απαιτούμενη ενέργεια, μέσω ενός φαινομένου γνωστό ως κβαντική διάνοιξη σήραγγας.

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.