Ciudata «imperechere» a particulelor cuantice

Adauga la playlist

Adaugat de Cozana

20.07.2018

Adauga la favorite

424 vizualizari

Nota film: 0 / 5 (0 voturi )

Trebuie sa fii autentificat
pentru a salva filmele favorite

Ciudata «imperechere» a particulelor cuantice la distanta nu depinde de modul in care alegem sa facem masuratorile

Testarea ipotezei realismului local prin alegerile umane aleatorii a aratat ca fenomenul de „imperechere cuantica", ce are loc la distante uriase si se produce instantaneu in afara timpului fizic, nu depinde de modul in care alegem sa facem masuratorile.

Un test Bell este un studiu randomizat care compara observatiile experimentale cu viziunea filosofica asupra realismului local, in care proprietatile lumii fizice sunt independente de observatia noastra si niciun semnal nu calatoreste mai repede decat lumina.

Un test Bell necesita „entanglement" distribuit spatial, detectare rapida si eficienta si setari de masurare imprevizibile. Desi tehnologia poate satisface primele doua dintre aceste cerinte, utilizarea dispozitivelor fizice pentru a alege setarile intr-un test Bell implica realizarea unor presupuneri despre realitatea fizica pe care intentionati sa o testati.

Bell insusi a remarcat aceasta slabiciune in utilizarea alegerilor fizice si a sustinut ca „vointa libera" a omului ar putea fi utilizata cu rigurozitate pentru a asigura imprevizibilitatea in testele Bell.

In cadrul unui nou studiu, ale carui rezultate au fost publicate in jurnalul de stiinta Nature, au fost facute o serie de teste asupra realismului local, in care au fost utilizate optiunile umane, ceea ce evita ipotezele privind predictibilitatea in fizica. S-a recurs la aproximativ 100.000 de participanti umani pentru a juca un joc video online care stimuleaza introducerea rapida, sustinuta a selectiilor imprevizibile si ilustreaza metodologia Bell-test.
Participantii au generat 97.347.490 alegeri binare, care au fost directionate printr-o platforma web scalabila catre 12 laboratoare pe cinci continente, unde 13 experimente au testat realismul local utilizand fotoni, atomi unici, ansambluri atomice si dispozitive superconductoare.

Pe o perioada de 12 ore, la data de 30 noiembrie 2016, participantii din intreaga lume au oferit un flux sustinut de date de peste 1000 de biti pe secunda la experimentele care au folosit diferite date generate de oameni pentru a alege fiecare setare de masurare.

Corelatiile observate contrazic puternic teoria „realismul local" si alte pozitii realiste in scenarii bipartite si tripartite.

Rezultatele proiectului includ inchiderea „lacunei libertatii de alegere" (posibilitatea ca alegerile de setare sa fie influentate de „variabilele ascunse" care sa se coreleze cu proprietatile particulelor), utilizarea metodelor de joc video pentru colectarea rapida a comportamentului uman – generate aleatoriu, si utilizarea tehnicilor de retea pentru participarea la nivel mondial in stiinta experimentala.

Modelul Holografic al Universului nu este „SF", ci este singurul model plauzibil care sta astazi in picioare.

Asadar, la fel ca in cazul aruncarii unei monede, cand numarul stemelor tinde sa devina tot mai mult egal cu numarul banilor pe masura ce numarul de aruncari creste, fara a exista nicio interactiune fizica care sa determine acest aspect, imperecherea cuantica a particulelor este un fenomen real, care insa nu este determinat de nicio interactiune fizica (cunoscuta sau nu), din lumea reala.

Magie curata?

Nu. Acest aspect ne arata ca dincolo de lumea reala exista o meta-lume. Iar pe baza legilor acestei meta-lumi se manifesta lucrurile ce apar in realitatea noastra. Ne aflam in fata unor legi ale posibilului. Mai exact, ne aflam in fata unor legi ale intruparii posibilului in realitate. Iar acest posibil vedem ca exista, pentru ca genereaza realitati, si ca este in afara timpului, adica nu are nevoie de timp pentru a se manifesta absolut instantaneu, uneori in moduri complet predictibile (ex. „entanglement-ul cuantic"), la distante uriase.

Luand act de toate aceste legi care nu-si au originea in realitatea fizica, dar care determina, in mod fundamental, modul in care aceasta se manifesta, ideea unui Creator care sa fi creat acest univers holografic − despre care incepem sa ne dam seama ca este generat de legi ce-l transcend − apare din nou cu putere.

Daca ateii progresisti (care se-nchina „la nimic" sau „la nisip si la vant", ca fiind cauza fondatoare a Lumii) au alta explicatie, in afara de a sustine in continuare ca „trebuie sa exista o cauza materiala" care sa determine entanglement-ul cuantic, atunci cand testul Bell arata ca nu exista nicio cauza materiala, sa vina si sa spuna care este aceea.

Pentru a va reprezenta intuitiv ce este „imperecherea particulelor", imaginati-va un ecran cu leduri care se aprind si se sting la o anumita frecventa. Cand se aprind, inseamna ca apar in realitate. Acum imaginati-va ca intotdeauna cand un led se aprinde avand culoarea rosie intr-o parte, un altul se aprinde intotdeauna avand culoarea verde in cu totul alta parte a ecranului urias. De ce? Pentru ca asa este facut programul care aprinde ledurile, ca sa creeze o imagine TV sau cine stie ce alta realitate virtuala. Dar cuiva care poate vedea doar ecranul, fara sa poata vedea ce se afla in spate, i se pare miraculos ca intotdeauna cand se aprinde un led verde pe Luna, pe Pamant se aprinde unul rosu, sau invers. Testele Bell arata ca nu aprinderea ledului rosu determina aprinderea ledului verde. Ceea ce este evident daca ne raportam la modelul intuitiv (dar sigur primitiv), cu ecranul TV. Nu ledurile se influenteaza intre ele, ci programul din spate determina aprinderea ambelor leduri corelate si a tuturor celorlalte.

Doar ca acest program nu face parte din realitatea noastra. Noi suntem doar una din imaginile generate ce are constiinta de a se auto-analiza. Iar „imaginea cu constiinta" constata ca este formata din miliarde si miliarde de leduri care se aprind si se sting in moduri apropiate dar nu identice, din acest motiv facand sa para ca grupuri de leduri sunt simultan in locuri diferite. Mai mult, unele leduri sau grupuri de leduri sunt „imperecheate" in mod ciudat si se aprind intotdeauna cu aceeasi culoare, atunci cand perechea lor se aprinde cu o alta culoare (fenomen ce a primit numele de quantum entanglement).

Context

„Imperecherea cuantica" nu tine de o interactiune fizica din realitatea locala

Ideea ca particulele se pot influenta reciproc atunci cand nu sunt deloc conectate, chiar si pe distante mari, ne scoate practic din taramul fizicii clasice si chiar al explicatiilor mecanicii cuantice, care observa doar ca acest fenomen magic se petrece. Fenomenul se numeste „imperechere cuantica" („quantum entanglement").

Einstein nu a fost complet de acord cu ideea de „imperechere cuantica" din mecanica cuantica si a sugerat ca altceva se petrece in spatele scenei pentru a provoca aceasta actiune pe care el a numit-o „infricosatoarea actiune la distanta".

Testul Bell isi are originile in dezbaterea dintre Einstein si alti pionieri ai fizicii cuantice, in principal Niels Bohr. O caracteristica a teoriei mecanicii cuantice in dezbatere a fost semnificatia principiului incertitudinii al lui Heisenberg. Acest principiu afirma ca este imposibil sa avem o particula cu un impuls si o pozitie arbitrar de bine definite simultan, cu alte cuvinte, daca putem determina foarte precis impulsul unei particule, atunci nu putem masura precis pozitia acesteia, si invers. Principiul este susceptibil de generalizare la multe alte perechi de marimi, inafara de pozitie si impuls.

In 1935, Einstein, Boris Podolsky si Nathan Rosen au publicat o reactie cu privire la faptul ca mecanica cuantica prezice ca daca mai multe informatii despre o particula dintr-o pereche de particule „imperecheate cuantic" pot fi observate, atunci stim cu precizie si anumite proprietati ale particulei pereche. Einstein si ceilalti au spus ca aceasta ar fi posibil numai daca informatia ar calatori instantaneu intre cele doua particule.

Acest aspect produce un paradox care a devenit cunoscut ca „paradoxul EPR", numit dupa cei trei autori. Se produce un efect ce este simtit intr-o singura locatie din spatiu, care nu este rezultatul unei cauze care a avut loc in trecut, si care se afla in raport cu ce exista intr-o alta locatie din spatiu.
Aceasta actiune la distanta, daca ar tine de o interactiune fizica, ar incalca teoria relativitatii, permitand informatiilor intre cele doua locatii sa circule mai repede decat viteza luminii.

Bazandu-se pe aceasta, autorii au ajuns la concluzia ca modelul undelor cuantice nu ofera o descriere completa a realitatii. Ei au sugerat ca trebuie sa existe anumite „variabile locale ascunse" (interactiuni locale necunoscute), pentru a explica comportamentul particulelor „imperecheate".

Intr-o teorie a „variabilelor ascunse", asa cum a prevazut-o Einstein, caracterul aleatoriu si indeterminarea observate in comportamentul particulelor cuantice ar fi doar aparente. De exemplu, daca cineva ar cunoaste detaliile tuturor variabilelor ascunse asociate cu o particula, atunci se pot anticipa atat pozitia, cat si impulsul. Incertitudinea care a fost cuantificata de principiul lui Heisenberg ar fi pur si simplu consecinta faptului de a nu avea informatii complete despre „variabilele ascunse".

Mai mult, Einstein a sustinut ca variabilele ascunse ar trebui sa respecte starea locala: oricare ar fi variabilele ascunse, comportamentul acestora pentru o particula nu ar trebui sa poata afecta instantaneu comportamentul altor particule aflate la distanta. Aceasta idee, numita „principiul localitatii", isi are radacinile in intuitia din fizica clasica conform careia interactiunile fizice nu se propaga instantaneu in spatiu.

Iata ca „imperecherea cuantica" contrazice acest principiul care sta la baza modelului nostru despre lumea reala.

Aceste idei au facut obiectul unei dezbateri continue intre suporterii lor. In special, Einstein insusi nu a aprobat modul in care Podolski a formulat problema despre EPR.

In 1964, John Stewart Bell a propus faimoasa sa teorema care afirma ca nicio teorie fizica a variabilelor locale ascunse nu poate reproduce vreodata toate predictiile mecanicii cuantice. Implicit in teorema este propunerea ca determinismul fizicii clasice este fundamental incapabil sa descrie mecanica cuantica. Bell a extins teorema pentru a oferi ceea ce va deveni fundamentul conceptual al experimentelor de tip „teste Bell".

Un experiment tipic implica observarea particulelor, adesea a fotonilor, intr-un aparat proiectat sa produca particule „imperecheate" si sa permita masurarea unor caracteristici ale fiecarui foton, cum ar fi spinul lor. Rezultatele experimentului vor putea fi apoi comparate cu ceea ce a fost prezis de realismul local si cu cele prognozate de „mecanica cuantica". Teoretic, rezultatele ar putea fi in concordanta cu ambele teorii (dar s-a dovedit ca nu sunt).

Pentru a rezolva aceasta problema, Bell a propus o descriere matematica a realismului local care a plasat o limita statistica a probabilitatii acestei eventualitati. Daca rezultatele unui experiment incalca inegalitatea lui Bell, variabilele locale ascunse pot fi excluse ca fiind cauza „imperecherii ciudate".

Mai tarziu, cercetatorii au construit, bazandu-se pe munca lui Bell, noi inegalitati care servesc aceluiasi scop si au perfectionat ideea de baza intr-un fel sau altul. Prin urmare, termenul de „inegalitate Bell" poate insemna oricare dintre o serie de inegalitati satisfacute de teoriile locale ale variabilelor ascunse; in practica, multe dintre experimentele actuale folosesc inegalitatea CHSH. Toate aceste inegalitati, ca si originalul conceput de Bell, exprima ideea ca asumarea realismului local plaseaza restrictii asupra rezultatelor statistice ale experimentelor pe seturi de particule care au luat parte la o interactiune si apoi au fost separate.

Pana in prezent, toate testele Bell au sustinut teoria fizicii cuantice, si nu ipoteza variabilelor locale ascunse. Am vazut deja nenumarate demonstratii de entanglement cuantic, chiar la nivel de atomi, dar este dificil pentru oamenii de stiinta sa dovedeasca exact ce se petrece – exista posibilitatea ca variabilele necunoscute ascunse sa provoace aceste efecte, asa cum a crezut Einstein. Bell a fost cel care l-a contrazis pe Einstein aratand ca daca ar exista variabile (interactiuni) fizice ascunse, atunci o anumita inegalitate ar trebui sa fie indeplinita.

Un experiment de testare Bell (sau experiment al inegalitatii lui Bell, un test Bell) este un experiment de fizica din lumea reala conceput pentru a testa teoria mecanicii cuantice in raport cu alte doua concepte: principiul localitatii si conceptul lui Einstein de realism local (de interactiuni – variabile locale – ascunse, adica necunoscute).

Experimentele testeaza daca lumea reala satisface realismul local sau nu, ceea ce presupune prezenta unor variabile locale suplimentare (numite „ascunse" deoarece nu sunt o caracteristica a teoriei cuantice) pentru a explica comportamentul particulelor cum ar fi fotonii si electronii.

Conform Teoremei lui Bell, daca natura functioneaza in conformitate cu orice teorie a variabilelor locale ascunse (cu interactiuni fizice locale necunoscute inca), atunci rezultatele unui test Bell vor fi constranse intr-un mod particular, cuantificabil. Daca un test Bell este efectuat intr-un laborator si rezultatele nu sunt astfel constranse, ele sunt inconsistente cu ipoteza ca exista variabile locale ascunse.

Astfel de rezultate ar sustine pozitia ca nu exista nicio modalitate de a explica fenomenele mecanicii cuantice in termeni de a da o descriere mai elaborata a naturii reale care sa fie in conformitate cu regulile fizicii clasice.

Multe tipuri de teste Bell au fost efectuate in laboratoarele de fizica, adesea cu scopul de a ameliora problemele de proiectare experimentala sau de configurare care ar putea, in principiu, sa afecteze valabilitatea rezultatelor testelor Bell anterioare. Aceasta problema este cunoscuta sub denumirea de „lacunele de inchidere in experimentele testului Bell".

Pana in prezent, testele Bell au constatat ca ipoteza variabilelor locale ascunse este incompatibila cu modul in care se comporta sistemele fizice cuantice.

Noul experiment ale carui rezultate au fost publicate in luna mai in jurnalul de stiinta Nature, a inchis pentru prima data una dintre cele mai cunoscute lacune din testul Bell, si anume ca numerele utilizate sunt cu adevarat imprevizibile. In aceste conditii, testele au aratat ca particulele continua sa se „imperecheze" in mod ciudat in ceea ce se numeste „quantum entanglement", sau ceea ce Einstein numea „actiunea infricosatoare la distanta", evidentiind urmele misterioase ale unei realitati inteligente ce transcende lumea fizica.

Ciudata «imperechere» a particulelor cuantice

Semnaleaza o problema