Kvantumfizika érthetően 8.

Figyelem! Most elhagyjuk a kísérleti fizika biztonságos (már megismert) területét, és az elméleti fizika (vagy, ha valaki számára túl fantasztikusnak hangzanának ötleteink, akkor a sci-fi) területére merészkedünk, tetszés szerinti, egyéni értelmezéstől függően.

Mégis, amennyire csak lehetséges, a most következő - meglehetősen őrülten hangzó kísérletek és teóriák ismertetése (felvetése) során, megpróbálunk ragaszkodni a már megismert és megismételhető, bizonyíthatóan létező jelenségekhez (sőt, azokból vezetjük le képtelen javaslatainkat). Mindemellett megpróbáljuk megtartani az elméleti fizika egyik legfontosabb jellemzőjét, nevezetesen, hogy a kísérleteinkhez predikciókat is párosítunk - megpróbálván egyensúlyozni a tudomány és a fantasztikum, valamint a fizika, és a filozófia láthatóan egyre inkább összemosódó határvonalain.

Javasolt kísérlet 1.- Fénysebességnél gyorsabb szimplex információátvitel interferometrikus hullámfüggvény-összeomlás indukációval és vizsgálattal szimmetrikus, párkeltéses, késleltetett választásos kvantumradír segítségével

El kell, hogy ismerjük, az egyszerűsített elnevezés is kicsit ijesztően hangzik, de tulajdonképpen egyszerűbb, mint az előbbi elrendezés.

A kísérlet célja, hogy megpróbáljuk kivitelezni a "lehetetlent" -fénysebességnél gyorsabban információt továbbítani A pontból B pontba, két tudatos szemlélő (nevezzük őket Alíz-nak és Bob-nak) között, akik legyenek egymástól nagyon távol; a példa kevéért a Földön és a Marson.

Normál esetben kb. 10 percig tartana, amíg a fény elérne a Földről a Marsra és fordítva; ugyanez igaz a rádióhullámokra is, és az Einstein-i relativitáselmélet szerint ennél gyorsabban elvileg is tejességgel lehetetlen kommunikálni.

Megjegyzés - Annak idején, amikor a párkeltés és a non-lokalitás jelenségét felfedezték és elkezdték tanulmányozni, természetesen az elsők között merült fel, hogy nem lehetne-e ezt felhasználni fénysebességnél gyorsabb kommunikációra. Hiszen a szétválasztott ikerpárok közötti kényszer-kapcsolat azonnali és mind térbeli, mind időbeli távolságtól teljesen független; és ha ez igaz, joggal reménykedhetnénk abban, hogy ezt "végtelenül gyors" információ-átvitelre is fel lehet használni.

Sok-sok kísérletet végeztek, ám mindegyik kudarccal zárult; méghozzá pont azért, mert bármelyik oldalon próbálták is megmérni az összekapcsolódott részecskepárok tulajdonságait, az eredményből nem derült ki semmi. Bár maga a helyi mérés mindig adott valamilyen eredményt (pl. 1-est vagy 0-át, ami lehetett spin, polarizáció, vagy bármilyen más komplementer tulajdonság terén), ebből nem lehetett eldönteni, hogy a másik oldal "akarta-e ezt" nekünk küldeni, vagy pont mi, a mérésünkkel tettük azt "ilyenné". Később, amikor (hagyományos kommunikáció útján) az eredményeket összevetették a két oldalon, akkor persze bizonyíthatóvá vált, hogy bármelyik fél is végezte el a mérést, mindig abban a pillanatban megváltozott a távoli részecske-ikertestvér állapota is (és valóban azonnal, fénysebességnél gyorsabban), de ehhez hagyományos úton össze kellett a mért eredményeket vetni. Még egyszerűbben fogalmazva - a távolbahatás végtelenül gyorsan megtörtént, de hiába, mert az információt ebből nem lehetett kihámozni. Pontosan ezt fejezi ki az egyik legnevezetesebb matematikai bizonyítás, az ún. Bell-féle egyenlőtlenség.

Mi ennek a "megkerülését" javasoljuk, kihasználva azt a tényt, hogy egy összefonódott fotonpárokat használó apparátusokban mindkét oldalon összeomlik a hullámfüggvény, ha kinyerjük a "melyik-út" információt, méghozzá térbeli és időbeli távolságtól függetlenül.

Vagyis, nem a részecskepárok tulajdonságaiból próbáljuk meg méréssel kitalálni, hogy mit akar nekünk küldeni a távoli fél, hanem éppen ellenkezőleg - a mérést éppen csak arra használjuk, hogy összeomlasszuk vele a hullámfüggvény interferenciáját a másik oldalon.

Az általunk javasolt kísérlet sematikus elrendezését az alábbi ábra szemlélteti -

összefonódott részecskepárokat kelti egy kétrés-apparátus közbeiktatásával, majd a szignál és idler (másoló) párokat kvázi párhuzamos pályán a két távoli szemlélő (Alíz és Bo) felé küldi. Példánkban egyirányú kommunikációs csatornát alakítunk így ki, amelyben Bob elméletileg csak passzív szemlélő, Alíz viszont szabadon dönthet arról, hogy miként viselkedjen a hullámfüggvény mindkét oldalon.

Alíz tudja, amit mi is (mármint, hogy semmilyen információt nem fog tudni kinyerni ha detektálja a "melyik-rés" információt; mégis úgy építi meg adóberendezését, hogy az képes legyen erre a mérésre. Nem azért, hogy a mért eredményekből következtessen, hanem azért, hogy ha akarja, össze tudja omlasztani a hullámfüggvényt (és az interferencia-képet) Bob oldalán, aki ezt látja.

Így végső soron Alíz 1-bites információt tud küldeni Bob-nak a következőképpen - Ha az elforgatható tükröket úgy állítja be, hogy a fotonpárok nála is interferáljanak, akkor Bob oldalán is interferálni fognak, és egyezményesen ez jelentheti például a 0-át. Ha viszont Alíz úgy állítja be az elforgatható tükröket, hogy minden egyes fotonpár útvonal-információját detektálni tudja, (sőt, ezt akár még meg is jeleníti saját maga számára, hogy tudatos szemlélőként ismerhesse azt minden egyes fotonnál), akkor az interferencia-képnek Bob oldalán is össze kell omlania egyetlen unalmas "fénykúppá". Ez jelentené az 1-es bit elküldését.

Fontos látnunk, hogy - bár az interferencia-kép kialakulása vagy összeomlása időt vesz igénybe - tekintve hogy csak több tíz, száz vagy ezer egyedi foton egymásutánisága alakítja ki az interferencia-képet (vagy nem), mégis - az ennek értelmezéséhez szükséges idő teljessen független a távolságtól.

Alíz és Bob lehetne akár egy másik naprendszeben, galaxisban vagy a világegyetem két peremén, milliárd fényévnyire, ez a távolság ebben az esestben teljesen lényegtelen.

A következtetésünk a következő - ha a fizikai törvényei működnek, és a világegyetem objektív realitás, akkor Alíznak képesnek kell lennie ezen a módon 1-bites információt (vagy 1-bites információs csomagok egymásutániságát, tehát gyakorlatilag bármit) fénysebességnél gyorsabban küldeni.

A kísérlet másik lehetséges kimenetele

Tegyük fel, hogy a nem túl távoli jövőben - akár 10-15 év múlva -képesek leszünk megépíteni ezt a kommunikációs kísérleti eszközt, de nem járunk sikerrel. Alíz hiába méri meg a foton-ikerpárok paramétereit, ezzel valamiért mégsem omlasztja össze Bob oldalán az interferencia-képet.

Nos, a negatív eredmény ezt jelenti, hogy nem tudunk fénysebességnél gyorsabban kommunikálni. Helyette viszont kísérleti bizonyítékot kapunk egy legalább ilyen furcsa és ijesztő felvetésre - hogy a világegyetem nem objektív valóság.

Ha a hullámfüggvény nem omlik össze Alíz megfigyeléseitől Bob oldalán, ez azt jelenti, hogy a hullámfüggvény összeomlása nem egy objektív, fizikai folyamat. Ilyen esetben azt kell, hogy feltételezzük, hogy maga a megfigyelő képes csak összeomlasztani a hullámfüggvényt, vagyis a megfigyelő szubjektív világegyeteme független a másik megfigyelőétől.

Ebből az következne, (kísérletileg igazoltan!) hogy nincs objektív valóság.

Másképp - minden szemlélő a saját szubjektív világegyetemében él, amelyet saját maga, saját magának alakít ki, vagy él meg - és csak a saját megfigyeléseitől (esetleg hitétől) függ, hogy abban összeomlik-e egy hullámfüggvény, visszapattan-e egy labda a sarokról, leesik-e egy váza, lezuhan-e egy repülő, és hogy léteznek-e valójában tündérek, boszorkányok, szörnyek, lidércek és sárkányok.

Ez nyilván sokkolóan nagy ugrásnak és hirtelen váltásnak tűnik az elektronok, fotonok és egyéb, felfoghatatlanul kicsiny részecskék és a számunkra lényeges "megfoghatónak tűnő" világegyetem tárgyai és élőlényei között, de ha valaki jobban végiggondolja, nem az.

Ha a kvantumok szintjén szubjektív a világegyetem, akkor magasabb szinteken is az. Ilyen egyszerű, bármilyen döbbenetesen hangzik is mindez.

Ha viszont a hullámfüggvény összeomlik, amint Alíz elkezdi megfigyelni a "melyik-út" információt, akkor az objektív realitás értelmében "csupán" az Einsteini relativitáselmélet dől meg, és egyben képesek kell, hogy legyünk egy nagyon különleges távérzékelési eszköz létrehozására, amelyet "kvantum-radarnak" neveztünk el.

Javasolt kísérlet 2.- Kvantum-radar a jelen idejű hipertér síkjának és a jövőidejű fénykúp felszínének és 1-bites irányszkennelésére nemlokális, asszimetrikus, összefonódott részecskék interferencia-képének fluktuációs vizsgálatával

Érdeklődő olvasóink számtalan ismeretterjesztő könyvben, filmben és műsorban találkozhattak már a "fénykúp" (light cone) fogalmával, amely szemléletesen ábrázolja a téridő általunk belátható, illetve elvben meg nem ismerhető régióit.

A vizuális megjelenítésben a függőleges tengely az időt, a vízszintes pedig a teret szimbolizálja; a jelen pillanat és a szemlélőtérben elfoglalt helyzete az, ahol a múlt és a jövő kúpjainak csúcsai találkoznak. Mindez a fénysebességre, illetve arra az elvre épül, hogy a fénynél semmilyen hatás (információ, energia és anyag, de még a gravitáció sem) haladhat gyorsabban (a kúp fénysebességgel szélesedik a térben a jövő irányába, illetve ugyanúgy szűkül a múltból a jelen felé haladva).

Így bármi is történik a jelenben, az - legalábbis a relativitás elmélete szerint - kizárólag olyan téridőben értelmezett pontokra lehet hatással, amelyek a jövő irányú időnek azon térrészébe esnek, amelyek belül vannak a táguló fénykúpon, és fordítva - a középponti szemlélőre csak olyan múltbéli események lehetnek hatással, amely a szűkülő kúp terében találhatóak.

Vagyis amikor kitekintünk például a világűrbe, akkor - minél távolabbi égitestet, csillagokat vagy galaxisokat nézünk - annál régebbi állapotukban láthatjuk csak őket (mivel a fénynek idő kell, hogy ideérjen hozzánk, a szemlélőhöz). Vagyis, a "tényleges" jelenben ezek a csillagrendszerek már vélhetően teljesen máshol vannak, és másmilyenek, mint amilyennek tűnnek; talán már nem is léteznek. De mi a téridőnek ezt a részét (a tényleges jelent) elvben nem láthatjuk, mivel kívül esnek a fénykúpon. Bár a távoli galaxisok esetében évmilliókról, vagy évmilliárdos "késleltetésről" van szó, bizonyos szempontból még érdekesebb belegondolni, hogy mindez közvetlen környezetünkre is igaz. A Napot például olyannak érzékeljük, amilyen 8 perccel ezelőtt volt; a Hold utolsó egy másodperce esik kívül a megfigyelhető téridőn; egy távoli lecsapó villámot pedig néhány ezred másodperccel később látunk felvillanni, mint ahogy az ténylegesen megtörténik. Ha tovább haladunk az egyre apróbb méretek felé, idővel eljuthatunk saját magunkig, és kiderül, hogy még egy kezünkben tartott üdítős poharat sem valós időben látunk, sőt - bármilyen ijesztőnek hangzik, eszerint még önmagunkat, saját öntudatunkat sem a jelenben érzékeljük.

A kvantum-radar, amelynek megépítése elvben már ma is lehetséges volna, talán képes lehetne bepillantani a jelen hipertér síkjába, sőt - valószínűségi hullámának feltételezett időbeli fluktuációival együtt - akár a jövő speciális, fénykúp felszínére esőrészére is.

Megjegyzés - azzal kapcsolatban, hogy ezen, egyaránt fantasztikus lehetőségek közül melyik és milyen feltételek mellett valósulhatna meg, azt érdeklődő olvasóink nemzetközi megjelenésre szánt, angol nyelvű írásunkból tájékozódhatnak részletesebben.

A kvantum-radar megépítésekor tulajdonképpen kombináljuk a korábban ismertetett, fénysebességnél gyorsabb információ-átvitelre javasolt kommunikációs apparátust a késleltetett választásos kvantumradír-kísérlettel oly módon, hogy egyszerűen kivesszük belőle a "küldő" felet (tehát, aki eldönti, hogy interferálhatnak-e a szemlélőoldalán az összekapcsolódott ikerpárok), és a végtelenre fókuszált kvázi-párhuzamos valószínűségi hullámokat egyszerűen "szabadjára" engedjük a világűr tetszőlegesen kiválasztott tér-iránya felé.

Másképp fogalmazva, a késleltetett választásos kvantumradír-kísérletből kivesszük a videóban ábrázolt apparátus teljes alsó részét, az összes prizmát, tükröt és detektort - így a berendezés másik végpontja,illetve annak térbeli mélysége hirtelen általunk meghatározatlanná válik, pontosabban - a kvázi-párhuzamos fotonsugarakat eltérítő tükrökkel kilőjük a világűr mélységébe, a időjövője felé, általunk tetszőlegesen kiválasztott térirányokban.

A kvantum-radar szemléletes, elvi vázlata a következőképpen ábrázolható -

De akkor ilyen esetben mi dönti el, hogy mit fogunk látni a helyi interferencia-ernyőn?

Amennyiben a valószínűségi hullám összeomlása objektív, fizikai folyamat, és a késleltetett választásos kvantumradír-kísérlet kiterjeszthető az egybeesési számláló nélkül,akkor a helyi interferencia-ernyőn kialakuló mintázat attól fog függeni, hogy milyen jellegű lesz majd az első kölcsönhatás a kiválasztott térirányban szabadon repülő részecske-ikerpárok és a világegyetem egy (tetszőlegesen távoli) objektuma között. Pontosabban, attól függ, hogy ez a kölcsönhatás olyan jellegű-e, hogy "eltörli", vagy elkülöníti és "felhasználja" (a további evolúció szempotjából elkülönítve) a melyik-rés információt.

Rendkívül fontos újra kiemelnünk, hogy az eredmény (tehát a távoli térbeli és /vagy időbeli távolságban bekövetkező kölcsönhatás)megfigyelése azonnali lehet (a céltárgy ilyen értelemben vett távolságától függetlenül).

Ha a késleltetett-választásos kvantumradír kísérletének elképesztőeredményeiből indulunk ki, akkor elképzelhető, hogy a hipertér teljes síkjának, és/vagy a fénykúp palástján értelmezett jövőnek ezt a részét már a jelenben megfigyelhetjük, és mégsem okozhatunk paradaxont. Miért? Azért, mert ha a foton valószínűségi hulláma a fénykúp palástja mentén halad, tehát hiába szezünk tudomást a jövőkvantumállapotáról, (éppen a távolság miatt) már nem tehetünk semmit, hogy paradox módon megváltoztassuk azt. Ha pedig a hipertér jelen síkjából szerzünk információt, akkor nagyon elegáns módon hozzájárulunk ugyan annak evolúciójához, mégsem keletkezik paradaxon, csupán mert pont a mérésünkkel tettük azt olyanná.

Végső soron úgy is fogalmazhatunk, hogy megfordultak a szerepek - a helyi interferencia-ernyőn azt láthatjuk, hogy a világegyetem kiválasztott térirányú része "megmér-e" minket; bármi is van abban az irányban, és bármilyen távol; azaz hogy a kölcsönhatás összeomlasztja, vagy szabadon hagyja létezni a helyileg megfigyelt valószínűségi hullámot.

Ezzel egy 1-bites információhoz juthatunk minden térirány jövőjének kvantumjellemzőiről, tehát készíthetünk egy tetszőleges felbontású "képet", ha minden térirányt végigpróbálunk. De hogy a kép pontosan mit mutat, mennyire lesz változatos, még nem tudhatjuk.

Még egyszerűbben, létrehozhatjuk a jövő fénykúpjának hiperpalástján megjelenő, és/vagy a hipertér síkjának optikailag elérhetetlen kvantumállapot-térképét - most, a jelenben.

Javasolt kísérlet 3. - Multidimenzionális valószínűségi hiperhullámok teóriája

 

 

Felvetjük, hogy a kétrés-kísérletekben az egyenként, egymás után kibocsájtott, látszólag függetlenül repülő fotonok és elektronok azért tudnak idővel interferencia-képet kialakítani, mert a forrás és az interferencia-ernyő között valószínűségi hullámaik nem csak térben, de időben is szabadon oszcillálnak, és így találkozhatnak mind a jövőbéli, mind a múltbéli társaikkal (vagyis amiket előttük, és utánunk lövünk ki), mielőtt visszatérnének a jelenbe, hogy érzékelhetővé váljanak a referencia ernyőn. Felvetjük a lehetőségét, hogy az interakció (vagyis a "röppályájukat" befolyásoló kölcsönhatás) a hipertérben megy végbe.

Ez (a cikk szerzőjének tudomása szerint) egy teljesen új megközelítés, amelyet még nem vizsgált senki kísérletileg, pedig talán ez volna a legkönnyebben kivitelezhető (nem kell hozzá a világűrbe helyeznünk a kísérleti apparátust). Elképzelhető, hogy a kilövések gyakoriságának finom változtatásai (sűrítés vagy ritkítás) hatással lennének az interferenciakép tisztaságára, ezzel majdhogynem bizonyítanánk is az elképzelést.

Sőt, még az is lehetséges, hogy egy (még el nem nevezett konstans) segítségével összefüggést lehetne kimutatni a térdimenziók, és az idő dimenziójának mérésére használt mértékegységeink között (hiszen az interferenciakép változása a rések távolságának függvényében könnyedén vizsgálható; ha az interferenciakép tényleg változik az emissziós idők függvényében is, akkor például a méter, és a másodperc hipertérben értelmezett relációját is ki lehetne mutatni).

A felvetett elméletet "Multidimenzionális hiperhullám-elméletnek" neveztük el, utalva arra, hogy a részecskék vagy fotonok valószínűségi hullámai (amelyeket a szekvenciális kétrés-kísérletekben egymás után, függetlenül lőnek ki az interferencia-ernyő felé), nem csak a tér, hanem az idő dimenziójában (sőt, talán magasab dimenziókban) is képesek egymással kölcsönhatásba lépni, mielőtt a megfigyelő jelenébe visszatérve manifesztálódnának.

Ez az egyetlen felvetésünk a három javasolt kísérlet közül, amelyet már most is el lehetne végezni itt, a Földön (egy jól felszerelt kvantum-optikai laborban).