Posted by აინშტაინისეული ეჭვების გაფანტვა კვანტური მექანიკის ძირითადი პოსტულატების მართებულობის შესახებ კიდევ ერთხელ შეიძლება მოხდეს, თუმცა, არა ბოლომდე(Ars Technica).
საიდუმლო არაა, რომ ალბერტ აინშტაინს აეჭვებდა მიღწევები კოლეგებისა, რომლებიც კვანტურ მექანიკაზე მუშაობდნენ. ჰაიზენბრგის განუსაზღვრელობის პრინციპი, შროდინგერის განტოლება – შთამბეჭდავია, თვლიდა იგი, თუმცა… მიკროსამყაროს სტაბილურობას არღვევს.
კონკრეტულად რა არ აწყობდა მას – ფოკუსირება ყველაზე უფრო მძაფრ მომენტებზე მოვახდინოთ. კვანტური მექანიკა(კმ – მოკლედ კვანტური მექანიკის შესახებ), როგორც მაშინაც ნათელი იყო, მიკროსამყაროს ტალღურსა და ალბათობების ტერმინებით აღწერს. ანუ, თუ გავამარტივებთ, ნაწილაკის კოორდინატი და სიჩქარე გარკვეულ ხარისხობრივ მაჩვენებლამდე შეიძლება იყოს ცნობილი, გარკვეული ალბათობით ის, ხან ერთ და ხან სხვა ადგილზა. ნაწილაკების მოძრაობის ზუსტი პარამეტრების დადგენა არარეალურია და ეს, აინშტაინის ვარაუდით, იმას არ ჰგავს, როგორიც უნდა იყოს ფიზიკა. კმ-ში ნაწილაკის სიჩქარისა და კოორდინატების დადგენისას, განუსაზღვრელობისა და ალბათობის პრონციპებით მიდგომა მიკროსამყაროს ”მცურავი” ბუნების შედეგი კიარა, არამედ კმ-ს მომხრეთა მიკროსამყაროს არასწორი გაგების შედეგია: ამ წარმოდგენებს რაღაც მნიშვნელოვანი დეტალები აკლია, რაღაცას ჯიუტად ვერ ვხედავთ.
კვაზარი 3C 186, ერთ-ერთი ყველაზე შორეული ცნობილთა შორის. კიდევ ერთი ასეთი ობიექტი ცის რადიკალურად საპირისპირო მხარეზე და ბელის თეორემის აქამდე არნახული სიზუტით შემოწმება მოხდება.
არ შეიძლება ითქვას, რომ მხოლოდ ის იყო მსგავსი შეხდულებების მომხრე. ჩნდებოდა შეკითხვა: მართლაც, რატომ არ შეგვიძლია ნაწილაკის ზუსტი სიჩქარისა და კოორდინატის ერთდროულად გნსაზღვრა? ავიღოთ კვანტური ობიექტი, მაგალითად, ისევ ელექტრონი. მისი პარამეტრების გასაზომად, სხვა კვანტურ ობიექტთან შეხვედრა უნდა მოვუწყოთ მას. კვანტური ბუნების ასეთ ობიექტთა ურთიერთქმედება გასაზომის მდგომარეობის უჭველ ცვლილებას გამოიწვევს(აქედან გამომდინარეობს განუსაზღვრელობის პრინციპი). თუ გაზომვების სხვა ხერხი არსებობს, პირობითი ელექტრონების გარეშე, რაღაც ინსტრუმენტების საშუალებით, რომლებიც, პირველ რიგში, ნაწილაკზე ”შეუხებლად” ელექტრონის პარამეტრების გაგებაში დაგვეხმარება?
ე.წ. ბელის თეორემა სამოციან წლებში გამოჩნდა. კითხვაზე პასუხის გასაცემად, არსებობენ თუ არა გაზომვის ”ჯადოსნური” მეთოდები ”ფარული პარამეტრისა”, რომელიც კვანტური ნაწილაკის ნებისმიერ ფიზიკურ მახასიათებელზე ზემოქმედებს, ჯონ სტიუარტ ბელმა შემდეგი ექსპერიმენტის ჩატარების იდეა წარმოადგინა. ნებისმიერი ბუნების გარე ზემოქმედებით ატომს ორი ნაწილაკის(ფოტონების) გამოსხივებას აიძულებენ. შემდეგ ამ ნაწილაკებს ”იჭერენ” და მათი სპინების მიმართულებებს ინსტრუმენტულად ადგენენ. საჭირო სტატისტიკის დასაგროვებლად ამის გაკეთება ძალიან ბევრჯერ უნდა მომხდარიყო, რაც მოხერხდა კიდეც, ამას კვანტური კრიპტოგრაფიის ჩასახვაც მოჰყვა, რადგან ამ შემთხვევაში ორივე ფოტონი კვანტურად დაკავშირებულია. სწორედ მაშინ გაირკვა, რომ ალბათობათა განაწილების კვანტური ფუნქცია, ნაწილაკის, წყაროდან დეტექტორამდე მოძრაობის მართლაც უშეცდომოდ აღწერის საშუალებას იძლევა. ანუ ტალღური კვანტური მექანიკის განტოლება ფარულ პარამეტრებს არ შეიცავს. ეს გამარჯვებაა?
არა საბოლოო. თეორეტიკოსებს ფანტაზიის დიდი უნარი გააჩნიათ, და იდეაში, ტალღური ფუნქციები მაშინაც შეიძლება შესრულდნენ, როცა არ არიან მართებულნი, თუ დეტექტორსა და ნაწილაკს შორის კავშირის რაიმე დაფარული მექანიზმი იარსებებს, რომელიც მათ შორის კლასიკურ კავშირებს ნიღბავს და არაკლასიკური ფიზიკის იქ დანახვას გვაიძულებს, სადაც არ არის.
ასე რომ ბელის თეორემის ექსპერიმენტული შემოწმების ეპიდემია ჯერ კიდევ არ დასრულებულა, როგორც ზოგადი ფარდობითობის თეორიის მრავალრიცხოვანი შემოწმებები სხვადასხვაგვარ ობიექტებზე(სინათლის სიჩქარე; LARES-ი აინშტაინის ფარდობითობას კიდევ ერთხელ გადაამოწმებს; აინშტაინის რგოლი; აინშტაინის თეორიების კიდევ ერთი მტკიცებულება; მეცნიერებმა დროის შენელება ლაბორატორიაში გაზომეს).
ამჯერად, მკვლევართა ჯგუფმა ჯეიმს გალიჩიოს მეთაურობით, ჩიკაგოს უნივერსიტეტიდან(ა.შ.შ.), ცაზე საპირისპირო მიმართულებებით მდებარე კვაზარების შუქის გამოყენება, ბელის თეორემის, ასე რომ ვთქვათ, განსაკუთრებულად დიდი ლაბორატოორიით შესამოწმებლად წარმოადგინა.
რას მოგვცემს ეს? თვითონ განსაჯეთ: ერთმანეთისგან მაქსიმალურად დაშორებული შავი ხვრელები, სამყაროს კიდეებიდან, რომლებიც მათთან მდებარე აკრეციული დისკოების ნათებასა და ახლო გარემოდან მატერიის გატყორცნას ახდენენ(ანუ კვაზრები), ისე შორს არიან, რომ ინფორმაცია ერთი მათგანიდან მეორემდე, კლასიკური საშუალებებით, სამყაროს არსებობის განმავლობაში, ვერასოდეს მივა. ანუ დროში მაგზაურობისა და მსგავსი ჯადოების გარეშე მათ შორის ვერანაირი კავშირი ვერ იქნება(დროში მოგზაურობა შესაძლებელია?). შორეული კვაზარების სინათლის გამოყენებით ჩვეულებრივი ლაბორატორიული დეტექტორების კალიბრირებისთვის, იმის გარანტირება შეიძლება, რომ თუ დეტექტროსა და ნაწილეკებს შორის რაიმე ფარული ურთიერთქმედებები არსებობენ, დეტექტორები, კონფიგურირებულნი სხვადახვა კვაზარებზე დაკვირვებებით, სხვა შედეგს მოგვცემენ, ხოლო სტანდარტული შემთხვევითობებით კონფიგურირებულნი – სხვას.
ბელის თეორემის შემოწმების ექსპერიმენტი საწინააღმდეგო პოლარიზაციის მქონე ორი ფოტონით ოპერირებს. ექსპერიმენტატორი მათ პოლარიზაციულ მდგომარეობას გაზომვების ჩატარების გარეშე ვერ გაიგებს, ხოლო გაიგებს თუ არა ერთი ფოტონის პოლარიზაციას, ეს, მეორე ფოტონის ნებისმიერ გაზომვებზე მაშინვე აისახება, თუნდაც მათ შორის მანძილი 90 მილიარდი სინათლის წელი იყოს. ორივე დეტექტორის შემთხვევითი კონფიგურაციებითაც კი, მათ შორის რაიმე კავშირის გამოსარიცხად, სამყაროს სხვადახვა კიდეებზე ორივე ფოტონის გაზომვებმა კორელირებადი შედეგი უნდა მოგვცეს.
ასეთი მიდგომის კრიტიკოსები გვიხსნიან, რომ ექსპერიმენტატორებს ეს ყველაფერი მხოლოდ ეჩვენებათ. ლოკალური რეალიზმის მომხრეები კი თვლიან, რომ თითქოსდა კვანტურად დაკავშირებული(entangled – გადახლართული) ფოტონები სწორედ იმ ”ფარული ცვლადით” არიან დაკავშირებულნი, რომელიც სივრცის სხვადასხვა რაიონებში თავიდანვე ერთნაირი არაა, თუმცა ექსპერიმენტის მსვლელობის განმავლობაში დეტექტორების საშაულებით შეიძლება გადაიცეს.
ორი კვაზარის შემთხვევაში ასეთი კორელაციის დრო მილიწამებში კიარ განისაზღვრება, როგორც ლაბორატორიულ პირობებში, არამედ მილიარდობით წლებს გაუტოლდება. იდეალაურ ვარიანტში, ამისათვის კვაზართა წყვილზე დაკვირვებაა საჭირო, რომელთა სინათლე დედამიწამდე 12 მლრდ. წლის განმავლობში მოდიოდა(კანდიდატების რაოდენობა ბევრია), ჩვენს ცაზე ერთმენთის მიმართ 180გრადუსიანი კუთხით გაყოფილნი. სამწუხაროდ, ეს ექსპერიმენტი კოსმოსში უნდა ჩატარდეს, რადგან დედამიწიდან ერთმანეთის საპირისპიროდ მდებარე წერტილების ერთდროულად დანახვა შეუძლებელია. ავტორთა გამოთვლებით, 1300-ც საკმარისი იქნება, რათა დეტექტორების დამოუკიდებელი კონფიგურაციის პრობლემა მოიხსნას.
თუ ორივე შორეული კვაზარის ნაწილაკებს ადრეული სამყაროს დროიდან ერთმანეთთან არანაირი კავშირი არ ჰქონიათ, ერთმანეთთან კვანტურად გადახლართული ნაწილაკების არსებობის ნებისმიერი შესაძლებლობა გამოირიცხება. ამით ფარული ცვლადი ორი დეტექტორის ჩვენებათა დაკავშირებას ვერ შეძლებს, რადგან ასეთ ლოკაციებში ის რადიკალურად განსხვავებული იქნება, ხოლო განსხვავება დროში – ძალიან დიდი.
ექსპერიმენტის მსვლელობისას, ერთი კვაზარის ფოტონები ერთი პოლარიზაციული ფილტრის ორიენტაციისთვის იქნება გამოყენებული, და ა.შ. თუ დაფარული ცვლადი არსებობს, მაშინ ორი ფილტრით მიღებული შედეგები განსხვაბეული იქნება, რაც კმ-ს წინასწარმეტყველებებს შეეწინააღმდეგება და მის არასრულფასოვნებაზე მიუთითებს.
ასეთ ექსპერიმენტში ცის საპირისპირო მხარეებიდან მოსული რელიქტური გამსოხივების ფოტონების გამოყენებაც შეიძლება(რომლებიც ნებიმსიერ კვაზარებზე შორიდან მოდიან) – პოლარიზაციული ფილტრების იგივენაირი კონფიგურირებისთვის, თუმცა ასეთ შემთხვევაში ფონურ ხარვეზებს გარკვეული პრობლემების შექმნა შეუძლიათ, რაც ექსპერიმენტის ორგანიზაციას გაართულებს.
წარმოდგენილი ექსპერიმენტის სქემა.
სამწუხაროდ, ექსპერიმენტის ჩატარების მერე ლოკალურ რეალიზმთან დაკავშირებული პრობლემები ბოლომდე ვერ მოიხსნება. წარმოვიდგინოთ, რომ კვანტურ გადახლართულობებთან დაკავშირებული ცდების შედეგები, ლოკალური ფარული ცვლადებით, დიდ აფეთქებამდე უკვე განსზღვრული იყო. ასეთ შემთხვევაში ექსპერიმენტი ერთნაირ შედეგებს მოგვცემს იმის მიუხედავად, არსებობენ ფარული ცვლადები თუ კვანტური მექანიკაა მართალი, ამიტომ ვერასოდეს გავიგებთ, როგორია სინამდვილე. ავტორები ასეთ შედეგს ”სუპერდეტერმინისტულ კოსმოსურ შეთქმულებას” ტყულიად არ უწოდებენ: ასეთი სახის წარმოდგენების შემოწმება, რბილად რომ ვთქვათ, რთულია, თუ არარაფერს ვიტყვით იმ დაშვებებზე, რომლებსაც ისინი მოითხოვენ.
მიუხედავად ამისა, წარმოდგენილი ექსპერიმენტის რეალიზაციის შემთხვევაში, პრინციპულად შეუმოწმებადი თეორიების საკითხი, რომელთა შემეცნებით დისკუსიებში განხილვა უაზრობაა – გამოირიცხება. რაც, უდავოდ, კვანტური მექანიკის მიღწევა იქნება(ობიექტივით კვანტურ სამყაროში; კვანტური არარეალობა: რაშია ჭეშმარიტება?; შროდინგერის კატა; რა იყო დიდ აფეთქებამდე?; იაპონელებმა ტელეპორტაცია შეძლეს).