John BellMecanica cuantică este o teorie de succes, chiar dacă ea a fost contestată chiar de unul dintre fondatorii acesteia, Albert Einstein. Dar mecanica cuantică este o teorie nelocală (vedeţi ce înseamnă acest lucru în textul articolului), ceea ce dă mari bătăi de cap, întrucât sfidează simţul realităţii. John Bell arată că mecanica cuantică este corectă.

 

Mecanica cuantică: o analogie cu Newton, partea a II-a

 

::::: TEOREMA LUI BELL ori SUDOKU CUANTIC

Al doilea tip de ciudăţenie a mecanicii cuantice a fost prima dată evidenţiată de Albert Einstein, Boris Podolsky şi Nathan Rosen în 1935. David Mermin a realizat o foarte bună prezentare a subiectului într-un articol din 1985, a cărui abordare o urmăm şi noi aici.

 

Caseta centrală în imaginea de mai jos este un dispozitiv care creează perechi de particule; particulele fiecărei perechi se deplasează pe traiectorii diferite, depărtându-se una de alta. Acestea se îndreaptă către detectoarele poziţionate în laterale, care sunt independente şi care pot fi oricât de departe unul faţă de celălalt. O anume proprietate a fiecărei particule declanşează unul din două răspunsuri posibile în detector, răspuns materializat într-o lumină roşie sau verde (R-red ori G-green, în imagine). Când o pereche de particule este creată prin apăsarea butonului negru din dispozitivul aflat în centrul imaginii, unul dintre cele două becuri aflate pe fiecare detector se aprinde.

 

 

Experiment

 

Fiecare detector poate fi configurat în trei feluri, fiecare dintre cele trei stări măsurând o proprietate diferită a particulei; aceste stări sunt schimbate la întâmplare şi în mod independent înainte de fiecare emisie de particule. Rezultatele unui experiment de acest tip arată ca tabelele de mai sus - o serie de stări şi lumini de la detectorul A şi o serie separată de la detectorul B.

Aşadar, de unde vine bizareria? Pentru a o vedea este de ajutor să prezentăm rezultatele într-o manieră diferită. Să luăm o matrice de trei câte trei pătrate în cadrul unui pătrat mai mare care include toate cele nouă combinaţii posibile ale stărilor detectoarelor (A pe 1, B pe 1; A pe 1, B pe 2 etc). Pentru fiecare "rundă" de emisie de particule, puneţi un semn distinctiv în pătratul potrivit: un cerc negru dacă becurile detectoarelor au afişat aceeaşi culoare şi o lumină albă dacă au fost afişate culori diferite. Figura de mai jos detaliază un experiment-exemplu în care primele nouă "runde" pentru fiecare dintre cele nouă  combinaţii posibile sunt înregistrate.

 

 

Experiment

 

Rezultatele de mai sus sunt imaginate, dar ele reprezintă ceea ce se întâmplă atunci când un experiment bine ales este efectuat în laborator. Ele arată ceva foarte ciudat, dar veţi fi iertaţi dacă nu observaţi. Modelul care se repetă atunci când acest experiment se repetă este următorul:  când stările detectoarelor sunt identice, becurile vor lumina mereu aceeaşi culoare; în celelalte cazuri becuri luminează culori identice doar într-un sfert din cazuri.

Ce face acest experiment într-adevăr ciudat este faptul că dacă faceţi presupuneri rezonabile privind rezultatele, v-aţi aştepta ca în jumătate din cazuri ori, să zicem, într-o treime cel puţin din cazuri să avem culori identice pentru stări diferite ale detectoarelor, dar nu într-un sfert din cazuri. John Bell  (teorema lui Bell) este cel care a arătat că există o diferenţă clară între rezultatele prezise de mecanica cuantică, confirmate de experimente şi rezultatele prezise de o minte rezonabilă, bazată pe bun-simţ, iar adevărul este de partea mecanicii cuantice.

Ar trebui să fim enervaţi de rezultatele înregistrate mai sus? Fiind enervaţi arată că suntem suficient de inteligenţi cât să înţelegem logica; dar ca şi în cazul experimentului cu două fante, dacă o observaţie făcută este imposibil de explicat, probabil că facem supoziţii greşite.

 

Cele două supoziţii care fac rezultatele misterioase se numesc în mod uzual "localitate"  (eng.locality - se referă la faptul că nu există acţiune de la distanţă n.n.) şi "realitate". Primul concept, principiul localităţii, spune că lucrurile nu pot "conspira" fără a avea posibilitatea de a-şi trimite semnale unul altuia. Al doilea concept, cel al realităţii, afirmă că proprietăţile particulelor, ca cele măsurate în experimentul de mai sus, există în orice moment, chiar şi atunci când ele nu sunt măsurate. Einstein a considerat presupunerea realităţii ca fiind sigură, iar acest lucru l-a condus la neîncrederea în "localitate". El a numit fenomenul "acţiune bizară la distanţă".

"Cel mai faimos fizician care a pus la îndoială completitudinea teoriei cuantice a fost Albert Einstein. În 1935, în colaborare cu N. Rosen şi B. Podolsky, el a propus următoarele criterii de bază ale oricărei teorii acceptabile:

1. mărimile implicate în teorie ar trebui să fie "fizic reale", realitatea fizică fiind definită astfel: "Dacă, fără a perturba în vreun fel un sistem, putem prezice cu certitudine valoarea unei mărimi fizice, atunci există un element al realităţii fizice corespunzător acestei mărimi fizice".

2. Teoria trebuie să fie locală, adică în natură nu există nicio acţiune la distanţă."

Extras din Introducere în mecanica cuantică, B.H.Bransden şi C.J.Joachain

Privind retrospectiv, observăm că ideea restrictivă privind realitatea reprezintă cauza problemei. Reluând o idee enunţată mai sus, dacă acceptăm că există diferite versiuni ale viitorului, orice proprietăţi ale particulelor vor exista în viitor doar ca un amestec de probabilităţi. Aşadar, înainte de a fi măsurate, proprietăţile sunt într-adevăr nedefinite şi, iată, nu există nici o realitate în sensul în care acesta ar produce rezultate bizare. Putem, dacă vreţi, să vedem rezultatele testelor teoremei lui Bell ca fiind  o confirmare experimentală a ceea ce noi simţim: că viitorul este nesigur până ce el se întâmplă efectiv. Alegerea pe care o avem de analizat nu este între o conspiraţie şi o realitate care se fărâmiţează atunci când vrem să-i observăm soliditatea - este între o conspiraţie şi o realitate care se creează, bucată cu bucată, odată cu evoluţia timpului. Lumea poate că nu este atât de reală pe cât ne-ar plăcea nouă să fie, dar este atât de reală pe cât trebuie să fie.

Acest argument poate fi folosit doar pentru a transfera orice bizarerie într-un proces magic ce transformă o sumă de probabilităţi într-un singur rezultat în momentul pe care îl numit prezent. Acest lucru este într-adevăr magic, dar este un tip de magie pe care o experimentăm zi de zi. Putem să o facem să arate mai exotic înveşmântând-o în ceea ce se numeşte mecanica cuantică, dar magia fundamentală rămâne.

 

::::: Un ultim cuvânt postum de la Newton

Pentru a ne întoarce de la "acţiunea bizară la distanţă" la variaţiunea ne-bizară, poate că Newton ar fi avut ceva de spus care să fie relevant pentru dificultăţile conceptuale create de mecanica cuantică. În Principia ultimele cuvinte ale lui Newton referitoare la acţiunea la distanţă au fost: "Este suficient faptul că gravitaţia există, că aceasta acţionează conform legilor pe care le-am explicat şi că explică mişcările tuturor corpurilor cereşti şi ale mării".

Am putea folosi aproximativ aceleaşi cuvinte despre mecanica cuantică: "Este suficient faptul că mecanica cuantică există, că acţionează conform legilor pe care le-am enunţat şi că explică observaţiile făcute asupra particulelor elementare şi asupra lumii".

Sfârşit

 


Skeptical InquirerTextul de mai sus reprezintă traducerea articolului Quantum Weirdness: An Analogy from the Time of Newton de Paul Quincey, traducere realizată cu acordul revistei Skeptical Inquirer.