Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

Caracterul paradoxal al mecanicii cuantice, confirmat inca o data

Autor: Presura Cristian

Unul dintre aspectele cele paradoxale ale teoriei mecanicii cuantice este non-localitatea ei. Non-localitatea mecanicii cuantice se manifesta in modificarea instantanee a undei de probabilitate a unei particule, in urma procesului de masura. Dupa cum se stie, unda de probabilitate este o functie ce descrie probabilitatea de a gasi o particula intr-un loc sau altul, la Bucuresti sau in galaxia Andromeda. In urma unei masuratori insa, aceasta unda de probabilitate se modifica instantaneu, in tot Universul, si devine mult mai localizata in jurul pozitiei unde s-a detectat particula.

Problema non-localitatii mecanicii cuantice ramane ca un ghimpe pentru orice teoretician, si este unul din motivele pentru care Einstein s-a opus puternic mecanicii cuantice, desi practic el insusi a contribuit esential la aparitia ei (sa ne aducem aminte ca a primit premiul Nobel tocmai pentru un efect cuantic, si anume efectul fotoelectric). Desigur, s-au gasit nenumarati fizicieni care sa testeze experimental caracterul acesta non-local al mecanicii cuantice. Teoria ca teoria, dar este practic asa?

In ultimii 20 de ani, mai multe experimente au fost efectuate, toate folosind doi fotoni (particula cuantica a luminii), intr-o configuratie ce poarta numele fizicianului Bell. In cazul acesta, functia de unda a ansamblului format de cei doi fotoni este cea care se schimba instantaneu in tot Universul. Practic, polarizatia acestor doi fotoni este corelata, caci ei se obtin printr-o tehnica speciala. Aici, lumina ultravioleta de la un laser intra intr-un cristal neliniar. O parte din lumina este absorbita de cristal care apoi, cu energia castigata, emite alti doi fotoni in domeniul vizibil. Acestia doi fotoni parasesc cristalul in directii diferite, datorita birefringentei cristalului, sub forma a doua conuri de lumina.

O analiza atenta a sistemului arata ca cei doi fotoni care ies au polarizarile corelate cuantic. Practic, primul foton poate fi polarizat in orice directie, iar cel de-al doilea obligatoriu in directia perpendiculara. Functia de unda a celor doi fotoni este deci o superpozitie cuantica a situatiei clasice cand primul foton este polarizat vertical si al doilea orizontal, cu situatia clasica cand primul foton este polarizat orizontal si al doilea vertical.

Sa lasam acum cele doua raze de lumina care ies din cele doua puncte de contact ale conurilor de lumina sa mearga mii de ani lumina, in directii opuse. Sa masuram acum polarizarea luminii la unul dintre capete. Daca fotonul detectat va avea polarizare verticala, atunci functia de unda colapseaza in situatia ‘primul foton polarizare verticala – al doilea foton polarizare orizontala’. Daca cineva acum ar masura polarizarea fotonului de la celalalt capat, ar trebuie sa-l gaseasca in polarizarea opusa, adica orizontala. Si invers, daca masoara primul foton in polarizarea orizontala, atunci cel de-al doilea trebuie sa fie in polarizarea verticala.

Asa dupa cum am discutat, prima masuratoare influenteaza probabilitatile celei de-a doua masuratori instantaneu, la mii de kilometri distanta. In ambele cazuri, functia de unda a ansamblului celor doi fotoni s-a schimbat instantaneu in tot Universul. Asta este ceea ce prezice mecanica cuantica.

Aceste masuratori au fost facute prima oara cu succes in anii ”80 de catre fizicianul Aspect, si rafinate in anul 1998 de catre A. Zeilinger. In primul caz, Aspect a reusit sa obtina o configuratie care a confirmat caracterul non-local al mecanicii cuantice. Zeilinger a rafinat experimentul, avand grija ca distanta dintre detectori sa fie foarte mare, pentru ca cei doi detectori sa nu se poata influenta reciproc pe cai clasice necunoscute.

Pare paradoxal, dar nici chiar experimentele lui Zeilinger nu au convins toti fizicienii. La urma urmei, au spus ei, chiar daca distanta dintre detectori a fost suficient de mare, poate ca informatia referitoare la polarizarea fotonilor a circulat clasic, pe un canal necunoscut, dupa ce fotonii au fost absorbiti de detector si pana ca datele sa fie scrise pe hard-diskul computerelor ce au facut masuratorile… Polarizarile celor doi fotoni ar fi fost corelate nu datorita mecanicii cuantice, ci pentru ca un detector i-ar fi ‘spus’ celuilalt cat sa masoare, pe cai clasice ascunse privirii noastre.

Intr-o incercare de a elimina si aceasta posibilitate indepartata, un grup de oameni de stiinta de la Universitatea din Geneva a venit cu noi masuratori, care pun conditii si mai stricte asupra masuratorii, ne anunta portalul physorg.com. Astfel, ei au urmarit ideile fizicianului Roger Penrose, care a incercat sa defineasca sfarsitul unei masuratori cuantice. Caci cand se sfarseste o masuratoare cuantica? Cand fotonul a fost absorbit de detector? Cand bitul de informatie a fost scris pe hard-disk? Cand creierul nostru a luat cunostinta de faptul ca fotonul a fost absorbit?

Raspunsul lui Penrose este: atunci cand masuratoarea cuantica determina schimbari macroscopice, ireversibile, cum ar fi de exemplu caderea unui bloc de o tona de la o inaltime mare. Daca acesta este sfarsitul masuratorii cuantice, atunci trebuie sa ne asiguram ca nici un semnal clasic, care circula cu o viteza mai mica decat viteza luminii, nu poate ajunge de la detector la altul pana cand blocul de o tona cade. Daca ajunge dupa, nici o problema, caci nu mai poate influenta masuratoarea ireversibila, blocul de o tona este deja cazut.

Urmarind aceste idei, grupul de la Geneva a construit un experiment cu fotoni corelati, intre trei orase elvetiene: Geneva, Satigny si Jussy, situate fiecare la o distanta cam de 20 de Km fata de celelalte doua. Cei doi fotoni corelati au fost generati in laboratorul din Geneva. Un foton a fost captat de un detector aflat in Satigny si celalalt foton de un detector aflat in Jussy. Masuratoarea polarizarii fotonilor insa nu se sfarseste odata ce fotonii sunt absorbiti. Aceasta creeaza numai un voltaj ce este aplicat unui cristal piezoelectric. Aflat sub tensiune, cristalul piezoelectric se dilata, miscand la randul lui o mica oglinda aurita. In final, absorbtia fotonului este confirmata odata ce oglinda si-a schimbat pozitia macroscopic si ireversibil, masuratoare ce se poate face cu ajutorul unei raze de laser aditionale.

De remarcat ca tot acest proces de reactie in lant, terminat cu schimbarea pozitiei macroscopice a oglinzii, este extrem de rapid, de ordinul a 7 microsecunde. Aceasta asigura ca cele doua oglinzi, cate una pentru fiecare foton, se vor misca rapid si sincron, in asa fel incat nici o informatie clasica (careia ii ia 60 de microsecunde intre cele doua orase) sa nu poata circula intre timp intre orasele unde se afla detectorii.

Rezultatele noilor cercetari confirma chiar si in acest caz non-localitatea luminii: unda de probabilitate a ansamblului celor doi fotoni se schimba instantaneu in ambele orase. Mecanica cuantica isi afirma din nou personalitatea ei rebela, iar teoreticienii raman in continuare cu aceasta intrebare cruciala la care nu au raspuns: cum este posibil ca unda de probabilitate sa se schimbe instantaneu in tot Universul?

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger