Αρχίζουν να διαλύονται τα μυστήρια της κβαντομηχανικής;

Καμία από τις κυρίαρχες ερμηνείες της κβαντικής θεωρίας δεν είναι εντελώς πειστική. Για παράδειγμα, μας ζητούν να πιστέψουμε ότι ο κόσμος που βιώνουμε είναι θεμελιωδώς διαχωρισμένος από το υποατομικό βασίλειο από το οποίο είναι φτιαγμένος. Ή ότι υπάρχει ένας ανεξέλεγκτος πολλαπλασιασμός παράλληλων συμπάντων, ή ότι μια μυστηριώδης διαδικασία προκαλεί την αυθόρμητη «κατάρρευση» της κβαντικότητας. Δεν είναι απορίας άξιο που οι ειδικοί παραμένουν ακόμη διχασμένοι για το τι μας λέει η κβαντική θεωρία για την πραγματικότητα, έναν αιώνα μετά την ανάπτυξή της.

Το βιβλίο του φυσικού Wojciech Zurek «Decoherence and Quantum Darwinism», που κυκλοφόρησε πέρυσι, επιχειρεί να δώσει απάντηση σε όλες αυτές τις παράξενες ιδέες. Ο Zurek εργάζεται εδώ και δεκαετίες για να επιλύσει το εξής ερώτημα: πώς οι κβαντικοί κανόνες που διέπουν την συμπεριφορά των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων μεταπίπτουν σε εκείνους της κλασικής φυσικής – τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα κ.λπ.- που ισχύουν στις κλίμακες της καθημερινής ζωής.

Η βασική ιδέα του Zurek για το πώς συμβαίνει αυτή η μετάβαση, που ονομάζεται αποσυμφώνηση (decoherence), είναι αρκετά καλά εδραιωμένη. Αλλά στο βιβλίο του συγκεντρώνει για πρώτη φορά όλα τα στοιχεία που έχει αναπτύξει σε μια μεγάλη σύνθεση. Υποστηρίζει ότι τα παλιά μυστήρια της κβαντικής θεωρίας αρχίζουν να διαλύονται. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι Zurek επιχειρεί να τακτοποιήσει τις εκκρεμότητες που ταλαιπωρούν την φυσική εδώ και 100 χρόνια, χωρίς να κάνει νέες ή υποθετικές παραδοχές. Με αυτόν τον τρόπο, ισχυρίζεται ότι ενώνει όσα προηγουμένως φαίνονταν ασυμβίβαστα. Ας δούμε πόσο μακριά μας οδηγεί η προσέγγισή του και πού έγκειται το εναπομείναν μυστήριο.

Αν γνωρίζετε κάτι για την κβαντομηχανική, δικαιολογημένα μπορεί να πιστεύετε ότι το μεγάλο, παράξενο ζήτημα είναι το «κβαντικό» μέρος: η ιδέα ότι ο κόσμος στις πιο λεπτές κλίμακες είναι «κοκκώδης», ότι τα σωματίδια μπορούν να αλλάξουν την ενέργειά τους μόνο με απότομα κβαντικά άλματα, ανταλλάσσοντας μικρά πακέτα ενέργειας καθορισμένου μεγέθους. Όμως αυτό δεν είναι από μόνο του τόσο αινιγματικό. Ή μπορεί να φαντάζεστε ότι το πιο περίεργο πράγμα είναι η περίφημη αρχή της αβεβαιότητας του Werner Heisenberg, σύμφωνα με την οποία υπάρχουν ορισμένα ζεύγη μεγεθών – όπως η θέση και η ορμή ενός σωματιδίου – που δεν μπορούμε ποτέ να γνωρίζουμε ταυτόχρονα με ακρίβεια πέρα από ένα ορισμένο όριο. Αν μετρήσουμε με ακρίβεια πού βρίσκεται ένα σωματίδιο, τότε η ταχύτητά του γίνεται άγνωστη. Αλλά αυτή η αβεβαιότητα είναι απλώς σύμπτωμα ενός βαθύτερου προβλήματος. Οι διαφωνίες στην κβαντομηχανική σχετίζονται με το ερώτημα «τι είναι τελικά η πραγματικότητα;»

Το βασικό πρόβλημα είναι ότι η θεωρία μας λέει τι μπορούμε να περιμένουμε να παρατηρήσουμε αν κάνουμε μετρήσεις σε ένα κβαντικό σύστημα, όπως ένα άτομο ή ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό μπορεί να μην φαίνεται τόσο διαφορετικό από οποιαδήποτε άλλη επιστημονική θεωρία, αλλά είναι. Διότι αυτό που πραγματικά παρέχει η κβαντομηχανική είναι οι πιθανότητες των αποτελεσμάτων των μετρήσεων. Αυτό από μόνο του δεν μας επιτρέπει να συμπεράνουμε τίποτα για το πώς ήταν ο κόσμος πριν κάνουμε τη μέτρηση. Δεν μας λέει πώς είναι ο κόσμος, αλλά μόνο τι θα δούμε αν κοιτάξουμε.

Η κβαντική αβεβαιότητα, σύμφωνα με τον φυσικό και φιλόσοφο Jeffrey Bub, «δεν αντιπροσωπεύει απλώς άγνοια σχετικά με το ποιά είναι η πραγματικότητα, [αλλά] ένα νέο είδος άγνοιας για κάτι που δεν έχει ακόμη τιμή αλήθειας, κάτι που απλώς δεν είναι ούτε έτσι ούτε αλλιώς πριν το μετρήσουμε».

Στην διατύπωση της κβαντομηχανικής που παρουσίασε ο Erwin Schrödinger το 1926, η κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος αναπαρίσταται από μια μαθηματική οντότητα που ονομάζεται κυματοσυνάρτηση. Η κυματοσυνάρτηση είναι ένα αφηρημένο κατασκεύασμα που μας επιτρέπει να προβλέψουμε τις πιθανότητες των διαφόρων πιθανών αποτελεσμάτων μιας μέτρησης. Πριν μετρήσουμε μια από τις ιδιότητές του – ας πούμε την θέση ενός ηλεκτρονίου – όλες οι πιθανές θέσεις του αναπαρίστανται στην κυματοσυνάρτηση ως «υπέρθεση» (superposition), που σημαίνει ότι η καθεμία είναι δυνητικά παρατηρήσιμη με κάποια πιθανότητα. Οποιαδήποτε δεδομένη παρατήρηση ή μέτρηση θα δει μόνο ένα από αυτά τα αποτελέσματα. Η πράξη της μέτρησης φαίνεται να εξαφανίζει αυτή τη θολή κβαντικότητα, αντικαθιστώντας την με κάτι καθορισμένο και πιο συμβατό με την εμπειρία μας της κλασικής πραγματικότητας.

Έτσι, η κυματοσυνάρτηση δεν μπορεί να μας πει πώς είναι το κβαντικό σύστημα πριν το μετρήσουμε. Αντίθετα, στην μακροσκοπική, στην κλασική νευτώνεια φυσική, τα πράγματα έχουν σαφώς καθορισμένες ιδιότητες και θέσεις, ακόμη κι όταν κανείς δεν τα παρατηρεί. Ο κλασικός και ο κβαντικός κόσμος φαίνεται να χωρίζονται από αυτό που ο Heisenberg στα τέλη της δεκαετίας του 1920 αποκάλεσε «τομή» (Heisenbergscher Schnitt). Για εκείνον και τον Niels Bohr στην Κοπεγχάγη, η πραγματικότητα έπρεπε να περιγράφεται από την κλασική φυσική, ενώ η κβαντική μηχανική ήταν η θεωρία που εμείς, ως κλασικές οντότητες, χρειαζόμασταν για να περιγράψουμε όσα παρατηρούμε για τον μικροσκοπικό κόσμο. Τίποτε περισσότερο, τίποτε λιγότερο.

Αλλά γιατί να υπάρχουν δύο διακριτά είδη φυσικής – κλασική και κβαντική – για τα μεγάλα και τα μικρά πράγματα; Και πού και πώς η μία παίρνει τη σκυτάλη από την άλλη; Για τον Bohr και τους συνεργάτες του, η κλίμακα των ατόμων και εκείνη των ανθρώπων φαινόταν τόσο βαθιά διαφορετική που το ερώτημα δεν ήταν ιδιαίτερα σημαντικό. Σε κάθε περίπτωση έλεγαν, έχουμε ελευθερία επιλογής ως προς το πού θα τοποθετήσουμε την «τομή», ανάλογα με το τι αποφασίζουμε να συμπεριλάβουμε στις κβαντικές εξισώσεις μας. Σήμερα όμως μπορούμε να διερευνήσουμε τον κόσμο σε πολλές κλίμακες μήκους, συμπεριλαμβανομένης της ενδιάμεσης «μεσοκλίμακας», για παράδειγμα μερικών νανομέτρων, όπου δεν είναι σαφές αν θα πρέπει να εφαρμόζονται οι κβαντικοί ή οι κλασικοί κανόνες. Και μάλιστα, μπορούμε ακόμα, εφόσον τα πειράματα είναι αρκετά ελεγχόμενα και ευαίσθητα, να εντοπίσουμε κβαντική συμπεριφορά σε αντικείμενα αρκετά μεγάλα ώστε να είναι ορατά με ένα κοινό οπτικό μικροσκόπιο. Επομένως, δεν μπορούμε να αποφύγουμε το πρόβλημα του πώς θα εξηγήσουμε την μετάβαση από το κβαντικό στο κλασικό: αυτό το «γίγνεσθαι πραγματικό» που φαίνεται να συμβαίνει όταν απομακρύνουμε την εστίαση ή όταν πραγματοποιούμε μια μέτρηση.

Η ίδια η κβαντική μηχανική δεν φαινόταν να εξηγεί αυτή τη διαδικασία μέτρησης, κατά την οποία όλες οι κβαντικές πιθανότητες που αναπαρίστανται στην κυματοσυνάρτηση «καταρρέουν» σε μία και μοναδική παρατηρούμενη τιμή. Για τον Bohr και τους συνεργάτες του στην Κοπεγχάγη, η κατάρρευση ήταν απλώς μεταφορική: μια αντανάκλαση του κλασικού κόσμου που βιώνουμε. Άλλοι προσπάθησαν να εξηγήσουν την κατάρρευση ως ένα πραγματικό, αυθόρμητο, τυχαία χρονισμένο φυσικό γεγονός που επιλέγει ένα μοναδικό αποτέλεσμα ανάμεσα στις πολλές δυνατότητες – αν και το ποιοι παράγοντες θα προκαλούσαν μια τέτοια φυσική κατάρρευση παραμένουν ασαφείς. Άλλοι επικαλούνται την περιγραφή που πρότεινε ο Louis de Broglie και αργότερα ανέπτυξε ο David Bohm, σύμφωνα με την οποία το σωματίδιο έχει σαφώς καθορισμένες ιδιότητες, αλλά καθοδηγείται από ένα μυστηριώδες «κύμα-πιλότο» που παράγει την παράξενη κυματική συμπεριφορά των κβαντικών αντικειμένων, όπως η συμβολή. Και άλλοι έχουν υιοθετήσει την ερμηνεία του Hugh Everett από το 1957, που σήμερα ονομάζεται συνήθως «ερμηνεία των πολλών κόσμων», σύμφωνα με την οποία δεν υπάρχει κατάρρευση, αλλά όλα τα αποτελέσματα των μετρήσεων πραγματοποιούνται σε παράλληλα σύμπαντα, έτσι ώστε η πραγματικότητα να διακλαδίζεται διαρκώς σε πολλαπλές, αμοιβαία απρόσιτες εκδοχές του εαυτού της.

Όλα αυτά φαίνονται εντελώς εξωπραγματικά. Γιατί να μη δούμε απλώς πόσο μακριά μπορούμε να φτάσουμε με τη συμβατική κβαντική μηχανική; Αν μπορέσουμε να εξηγήσουμε πώς ένας μοναδικός κλασικός κόσμος αναδύεται από την κβαντική μηχανική χρησιμοποιώντας μόνο το τυπικό, μαθηματικό πλαίσιο της θεωρίας, τότε μπορούμε να απαλλαγούμε τόσο από τη μη ικανοποιητική και τεχνητή τομή της «ερμηνείας της Κοπεγχάγης» του Bohr όσο και από τα περίπλοκα παρελκόμενα των άλλων θεωριών.

Κι εδώ είναι που υπεισέρχεται το έργο του Zurek. Ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1970, εκείνος και ο φυσικός H. Dieter Zeh εξέτασαν προσεκτικά τι μας λέει η ίδια η κβαντική θεωρία για τις μετρήσεις. (Αυτό θα μπορούσε να είχε συμβεί πολύ νωρίτερα, αν οι ερευνητές δεν είχαν αποθαρρυνθεί επί δεκαετίες από το να θέτουν ερωτήματα για αυτά τα θεμελιώδη αλλά άλυτα ζητήματα της θεωρίας, με το επιχείρημα ότι ήταν απλώς άσκοπη φιλοσοφία.)

Το κεντρικό στοιχείο της προσέγγισης του Zurek είναι το φαινόμενο που ονομάζεται κβαντική σύμπλεξη (entanglement), ένα από τα μη διαισθητικά φαινόμενα που συμβαίνουν στις κβαντικές κλίμακες. Ο Schrödinger ονόμασε αυτό το φαινόμενο το 1935, υποστηρίζοντας ότι αποτελεί στην πραγματικότητα το βασικό χαρακτηριστικό της κβαντικής μηχανικής. Κατέληξε σε αυτό το όνομα αφού ο Albert Einstein και οι συνεργάτες του επεσήμαναν ότι, αφού δύο κβαντικά σωματίδια έρθουν σε επαφή μέσω φυσικών δυνάμεων, φαίνεται να συνδέονται παράξενα μεταξύ τους. Αν μετρήσεις το ένα, φαίνεται ότι επηρεάζεις ακαριαία τις ιδιότητες του άλλου, ακόμη κι αν δεν βρίσκονται πλέον κοντά. Το «φαίνεται» είναι ο ουσιώδης όρος εδώ: Στην πραγματικότητα, η κβαντική μηχανική λέει ότι η αλληλεπίδραση και η επακόλουθη σύμπλεξη καθιστούν πλέον τα σωματίδια μη ξεχωριστές οντότητες. Περιγράφονται από μία ενιαία κυματοσυνάρτηση που καθορίζει τις δυνατές καταστάσεις και των δύο. Για παράδειγμα, η κοινή κυματοσυνάρτηση μπορεί να λέει ότι όποια κατεύθυνση κι αν έχει ο μαγνητικός προσανατολισμός του ενός, το άλλο πρέπει να έχει τον αντίθετο.

Όταν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν, η σύμπλεξη είναι αναπόφευκτη. Αυτό έχει συνέπειες για τη διαδικασία της μέτρησης: Τα κβαντικά αντικείμενα υπό παρατήρηση συν-πλέκονται με τα άτομα του οργάνου μέτρησης. Η «μέτρηση» εδώ δεν συνεπάγεται απαραίτητα την εξέταση του αντικειμένου με κάποια περίπλοκη πειραματική διάταξη. Ισχύει για κάθε κβαντικό αντικείμενο που αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του. Τα μόρια σε ένα μήλο περιγράφονται από την κβαντομηχανική, και τα φωτόνια φωτός που ανακλώνται από τα επιφανειακά μόρια συμπλέκονται μαζί τους. Αυτά τα φωτόνια μεταφέρουν πληροφορίες για τα μόρια στα μάτια σας – για παράδειγμα για το κόκκινο χρώμα της φλούδας του μήλου, που προκύπτει από τις κβαντικές ενεργειακές καταστάσεις των μορίων που το αποτελούν.

Με άλλα λόγια, ο Zurek και ο Zeh συνειδητοποίησαν ότι η κβαντική σύμπλεξη είναι πανταχού παρούσα και αποτελεί τον αγωγό πληροφορίας μεταξύ του κβαντικού και του κλασικού κόσμου. Καθώς ένα κβαντικό αντικείμενο αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του, συμπλέκεται με αυτό. Χρησιμοποιώντας αποκλειστικά τα συνήθη κβαντικά μαθηματικά, ο Zeh και ο Zurek έδειξαν ότι αυτή η σύμπλεξη «αραιώνει» την κβαντικότητα του αντικειμένου, επειδή γίνεται κοινή ιδιότητα με το συμπλεκόμενο περιβάλλον, με αποτέλεσμα τα κβαντικά φαινόμενα να καθίστανται γρήγορα μη παρατηρήσιμα στο ίδιο το αντικείμενο. Ονομάζουν αυτή τη διαδικασία αποσυμφώνηση (decoherence). Για παράδειγμα, μια υπέρθεση του κβαντικού αντικειμένου διαχέεται σε όλες τις περιβαλλοντικές συμπλέξεις του, έτσι ώστε για να συμπεράνουμε την υπέρθεση θα έπρεπε να εξετάσουμε όλες τις (ταχέως πολλαπλασιαζόμενες) καταστάσεις με τις οποίες έχει συμπλεχτεί. Δεν υπάρχει περισσότερη ελπίδα να το καταφέρουμε αυτό, από όση υπάρχει να ανασυνθέσουμε μια κηλίδα μελάνης αφού αυτή έχει διασκορπιστεί στον ωκεανό.

Η αποσυμφώνηση συμβαίνει απίστευτα γρήγορα. Για έναν κόκκο σκόνης που αιωρείται στον αέρα, οι συγκρούσεις με φωτόνια και τα γύρω μόρια αερίου θα προκαλέσουν αποσυμφώνηση σε περίπου 10^-31 δευτερόλεπτα – περίπου το ένα εκατομμυριοστό του χρόνου που χρειάζεται το φως για να διασχίσει απόσταση όσο το εύρος του πρωτονίου! Στην πράξη, η αποσυμφώνηση καταστρέφει σχεδόν ακαριαία τα ευαίσθητα κβαντικά φαινόμενα μόλις αυτά έρθουν σε επαφή με ένα περιβάλλον.

Όμως η μέτρηση δεν αφορά μόνο την αποσυμφώνηση. Είναι η σύμπλεξη με το περιβάλλον που αποτυπώνει πληροφορίες για το αντικείμενο σε αυτό το περιβάλλον – για παράδειγμα σε μια συσκευή μέτρησης. Τα τελευταία περίπου είκοσι χρόνια, ο Zurek εργάζεται για να κατανοήσει πώς συμβαίνει αυτό. Αποδεικνύεται ότι ορισμένες κβαντικές καταστάσεις έχουν μαθηματικά χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να δημιουργούν πολλαπλά αποτυπώματα στο περιβάλλον χωρίς να θολώνουν μέχρι να γίνουν αόρατες μέχρι εξαφάνισης από την αποσυμφώνηση. Επομένως, αυτές οι καταστάσεις αντιστοιχούν σε ιδιότητες που «επιβιώνουν» στον παρατηρήσιμο, αποσυζευγμένο κλασικό κόσμο.

Αυτό είναι εφικτό επειδή οι αλληλεπιδράσεις που δημιουργούν το κάθε αποτύπωμα διατηρούν το κβαντικό σύστημα στην κατάσταση που βρισκόταν πριν από την αλληλεπίδραση, αντί να το εξωθούν σε μια διαφορετική κατάσταση ή να το αναμιγνύουν με άλλες. Τα φωτόνια, για παράδειγμα, μπορούν να προσκρούσουν σε ένα άτομο και να μεταφέρουν πληροφορίες για την θέση του χωρίς να μεταβάλουν την κβαντική κατάσταση του συστήματος.

Ο Zurek ονομάζει αυτές τις ανθεκτικές καταστάσεις «καταστάσεις δείκτη» (pointer states), επειδή είναι εκείνες που μπορούν να κάνουν την βελόνα μιας μετρητικής συσκευής να δείξει ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Οι καταστάσεις δείκτη αντιστοιχούν σε ιδιότητες που είναι κλασικά παρατηρήσιμες, όπως η θέση ή το φορτίο. Οι κβαντικές υπερθέσεις, αντίθετα, δεν έχουν αυτή την ιδιότητα· δεν μπορούν να δημιουργήσουν αντίγραφα με ανθεκτικό τρόπο, και έτσι δεν μπορούμε να τις παρατηρήσουμε άμεσα. Με άλλα λόγια, δεν είναι καταστάσεις δείκτη.

Ο Zurek δείχνει ότι οι καταστάσεις δείκτη μπορούν να αποτυπώνονται αποτελεσματικά και ανθεκτικά ξανά και ξανά στο περιβάλλον. Σύμφωνα με τον ίδιο, τέτοιες καταστάσεις είναι οι «καταλληλότερες»: μπορούν να επιβιώσουν της διαδικασίας αντιγραφής, και έτσι η πληροφορία για αυτές μπορεί να πολλαπλασιαστεί. Κατά αναλογία με τη δαρβινική εξέλιξη, «επιλέγονται» για μετάβαση στον κλασικό κόσμο επειδή είναι ικανές να ενισχύονται – να αναπαράγονται, θα μπορούσαμε να πούμε – με αυτόν τον τρόπο. Αυτός είναι ο «Κβαντικός Δαρβινισμός» στον οποίο αναφέρεται ο τίτλος του βιβλίου του Zurek.

Αυτά τα αποτυπώματα πολλαπλασιάζονται εξαιρετικά γρήγορα. Το 2010, ο Zurek και ο συνεργάτης του Jess Riedel υπολόγισαν ότι μέσα σε ένα μικροδευτερόλεπτο, φωτόνια από τον ήλιο θα αποτυπώσουν τη θέση ενός κόκκου σκόνης περίπου 10 εκατομμύρια φορές.

Η θεωρία του Zurek για τον Κβαντικό Δαρβινισμό – η οποία υπενθυμίζουμε ότι δεν χρησιμοποιεί τίποτα περισσότερο από τις καθιερωμένες εξισώσεις της κβαντομηχανικής εφαρμοσμένες στην αλληλεπίδραση του κβαντικού συστήματος με το περιβάλλον του – διατυπώνει προβλέψεις που πλέον ελέγχονται πειραματικά. Για παράδειγμα, προβλέπει ότι το μεγαλύτερο μέρος της πληροφορίας για το κβαντικό σύστημα μπορεί να αντληθεί από ελάχιστα μόνο αποτυπώματα στο περιβάλλον. Ο «κορεσμός» του πληροφοριακού περιεχομένου επέρχεται γρήγορα. Προκαταρκτικά πειράματα το επιβεβαιώνουν, αλλά απομένουν ακόμη πολλά να γίνουν.

Κάθε αποτύπωμα, όπως είδαμε, αντιστοιχεί σε μια κλασική παρατήρηση: κάτι που μπορούμε να θεωρήσουμε στοιχείο της πραγματικότητάς μας. Το ηλεκτρόνιο έχει, ας πούμε, μαγνητικό προσανατολισμό προς τα πάνω σε αυτό το αποτύπωμα. Δεν είναι όμως αντιληπτό, επειδή η αρχική κβαντική κατάσταση περιέχει πιθανότητες για διαφορετικά αποτελέσματα, ένα αποτύπωμα να αντιστοιχεί στο «πάνω» και ένα άλλο στο «κάτω», έτσι ώστε διαφορετικοί παρατηρητές να βλέπουν διαφορετικές πραγματικότητες – όχι ακριβώς μια υπέρθεση, αλλά μια σαφή συνέπειά της με την μορφή πολλαπλών εκδοχών της κλασικής πραγματικότητας;

Αυτό μας οδηγεί σε μια ακόμη αποκάλυψη της θεωρίας της αποσυμφώνησης, εκείνη που ολοκληρώνει την περιγραφή της θεωρίας του Zurek. Προβλέπει ότι όλα τα αποτυπώματα πρέπει να είναι πανομοιότυπα. Έτσι, ο Κβαντικός Δαρβινισμός επιμένει ότι ένας μοναδικός κλασικός κόσμος μπορεί και πρέπει να αναδυθεί από τις κβαντικές πιθανότητες. Αυτή η επιβολή συναίνεσης καθιστά περιττή τη μάλλον μυστηριώδη και ad hoc διαδικασία της κατάρρευσης, υπέρ κάτι πιο αυστηρού. Το αντικείμενο που παρατηρείται, περιβαλλόμενο από ένα νέφος πανομοιότυπων, παρατηρήσιμων αποτυπωμάτων του στο μακροσκοπικό του περιβάλλον, σχηματίζει ένα στοιχείο «σχετικά αντικειμενικής ύπαρξης», όπως το θέτει ο Zurek. Γίνεται μέρος της απτής κλασικής μας πραγματικότητας, την οποία αποκαλεί extanton.

Εδώ είναι το σημείο όπου η θεωρία υπόσχεται να διαλύσει τις διαμάχες σχετικά με την ερμηνεία. Ο Zurek λέει ότι επιτυγχάνει κάτι που ίσως φαινόταν αδύνατο: μια συμφιλίωση της ερμηνείας της Κοπεγχάγης με την ερμηνεία των πολλών κόσμων. Στην πρώτη, η κυματοσυνάρτηση θεωρείται επιστημική: περιγράφει όσα μπορούμε να γνωρίζουμε για τον κβαντικό κόσμο. Στη δεύτερη, η κυματοσυνάρτηση είναι οντική: αποτελεί την έσχατη πραγματικότητα – μια περιγραφή όλων των κλάδων της πραγματικότητας ταυτόχρονα – παρόλο που μπορούμε να βιώσουμε μόνο έναν κλάδο αυτού του κβαντικού πολυσύμπαντος. Ο Zurek υποστηρίζει ότι η κυματοσυνάρτηση είναι στην πραγματικότητα και τα δύο. Αντί να είναι είτε επιστημική είτε οντική, είναι «επι-οντική» (epiontic). Δηλαδή, πριν λάβει χώρα η αποσυμφώνηση, όλες οι κβαντικές δυνατότητες είναι κατά κάποιον τρόπο παρούσες. Αλλά η αποσυμφώνηση και ο Κβαντικός Δαρβινισμός επιλέγουν μόνο μία από αυτές ως στοιχείο της παρατηρήσιμης πραγματικότητάς μας, χωρίς να χρειάζεται να αποδοθεί σε όλες τις υπόλοιπες μια κλασική πραγματικότητα σε κάποιον άλλο κόσμο. Οι άλλες καταστάσεις υπάρχουν σε έναν αφηρημένο χώρο δυνατοτήτων, αλλά παραμένουν εκεί, χωρίς ποτέ να αποκτήσουν την ευκαιρία να αναπτυχθούν μέσω της σύμπλεξης σε παρατηρήσιμες πραγματικότητες.

Δεν μπορεί κανείς να ισχυριστεί ότι η εικόνα του Zurek ξεκαθαρίζει οριστικά την κβαντομηχανική. Γιατί, για παράδειγμα, επιλέγεται ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα σε μια δεδομένη μέτρηση και όχι κάποιο άλλο; Πρέπει (όπως επέμεναν οι Bohr και Heisenberg) απλώς να αποδεχτούμε ότι αυτό συμβαίνει τυχαία, χωρίς καμία αιτία; Και σε ποιο ακριβώς σημείο ο κβαντικός κόσμος δεσμεύεται αμετάκλητα σε ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα μέτρησης, έτσι ώστε να μην μπορούμε πλέον να «συλλέξουμε» μια υπέρθεση από τον συμπλεκόμενο ιστό αλληλεπιδράσεων μεταξύ αντικειμένου και περιβάλλοντος; Και το σημαντικότερο: Πώς μπορούμε να ελέγξουμε τη θεωρία πιο αυστηρά;

Ορισμένοι ειδικοί εκφράζουν συγκρατημένο ενθουσιασμό για την θεωρία του Zurek. Η Sally Shrapnel, για παράδειγμα, λέει ότι το πρόγραμμα του Zurek «αντιπροσωπεύει μια κομψή προσέγγιση για την εξήγηση της ανάδυσης της κλασικότητας από τα βασικά αξιώματα της κβαντικής θεωρίας», αλλά ότι εξακολουθεί να μην αντιμετωπίζει «το δύσκολο ερώτημα του τι είναι στην πραγματικότητα το υποκείμενο “κβαντικό υπόστρωμα”». Πώς, για παράδειγμα, πρέπει να σκεφτόμαστε το πεδίο στο οποίο όλες οι δυνατότητες εξακολουθούν να συνυπάρχουν πριν από την αποσυμφώνηση; Πόσο «πραγματικό» είναι αυτό;

Ο Renato Renner δεν πείθεται ότι η επίλυση της σύγκρουσης μεταξύ της ερμηνείας της Κοπεγχάγης και των πολλών κόσμων λύνει όλα τα προβλήματα. Επισημαίνει ότι είναι δυνατό να κατασκευαστούν παράξενα αλλά πειραματικά εφικτά σενάρια στα οποία διαφορετικοί παρατηρητές δεν μπορούν να συμφωνήσουν για το αποτέλεσμα. Ακόμη κι αν τέτοιες εξαιρέσεις φαίνονται επιτηδευμένες, θεωρεί ότι δείχνουν πως δεν έχουμε ακόμη βρει μια ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας που να λειτουργεί πραγματικά.

Παρά ταύτα, η φιλοσοφία της προσέγγισης του Zurek σε κάποιους φαίνεται ορθή. Αντί να επινοούμε περίπλοκες ιστορίες για να επιλύσουμε το πρόβλημα της μέτρησης στην κβαντική μηχανική, γιατί να μην εξετάσουμε υπομονετικά και προσεκτικά τι μπορεί να μας πει η ίδια η τυπική κβαντική μηχανική για το πώς η πληροφορία σχετικά με ένα κβαντικό αντικείμενο διαχέεται στον παρατηρήσιμο κόσμο; Σε αυτό το σημείο, οι πρωτοπόροι της κβαντικής θεωρίας άφησαν πολλή δουλειά ανολοκλήρωτη στην επανάσταση που ξεκίνησαν πριν από έναν αιώνα, κλείνοντας πρόωρα το ζήτημα (συνήθως επιμένοντας στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης ή απλώς αποδεχόμενοι αυτήν χωρίς καμία αμφισβήτηση). Τώρα μπορούμε τουλάχιστον να ελπίζουμε ότι θα ολοκληρώσουμε αυτό το έργο.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Philip Ball, «Are the Mysteries of Quantum Mechanics Beginning To Dissolve?» – https://www.quantamagazine.org/are-the-mysteries-of-quantum-mechanics-beginning-to-dissolve-20260213/

Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ, ΦΥΣΙΚΗ

Ετικέτες: ΤΟ ΒΙΒΛΙΟ ΤΗΣ ΕΒΔΟΜΑΔΑΣ, PHYSICS, Wojciech Zurek