მყისიერი კავშირი

 კვანტური მექანიკის პროგნოზები, კლასიკური სამყაროს შესახებ წარმოდგენებს ძნელად შეესაბამება. თუ კლასიკური ნაწილაკის მდებარეობისა და იმპულსის ერთდროულად გაზომვა შესაძლებელია, კვანტურის შემთხვევაში, ნაწილაკის მხოლოდ ამა თუ იმ მდგომარეობაში ყოფნის ალაბთობის გაგებაა შესაძლებელი. უფრო მეტიც, კვანტური თეორია ამტკიცებს, რომ როცა ორი სისტემა კვანტურად გადახლართულია, ერთ-ერთის მდგომარეობის გაზომვა, მყისიერად აისახება მეორეზე. 2015 წელს, მეცნიერთა სამმა ჯგუფმა კვანტური გადახლართულობებისა და ტელეპორტაციის ბუნების გაუგებრობის გაგების საქმეში არსებით პროგრესს მიაღწია (მოკლედ კვანტური მექანიკის შესახებ).

 ალბერტ აინშტაინი, კვანტური მექანიკის ალბათურ ინტერპრეტაციას არ ეთანხმებოდა. ის, სწორედ ამასთან დაკავშირებით ამბობდა – ”ღმერთი კამათლით არ ითამაშებსო” (დანიელმა ფიზკოსმა ნილს ბორმა, მოგვიანებით, ასეთი პასუხი გასცა მას  – ”აინშატინის გადასწაყვეტი არ არის, რითი იქნება დაკავებული ღმერთი”-ო (ერთი ამას უყურეთ 🙂 ). გერმანელი მეცნიერისთვის მიუღებელი იყო მიკროსამყაროსეული განუსაზღვრელობები, მხოლოდ კლასიკურ დეტერმინიზმს თვლიდა მართებულად. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის შემქმნელი თვლიდა (ფარდობითობის ზოგადი თეორია – შავი ხვრელები და თხუნელას ორმოები), რომ მიკროსამყაროს აღწერისას, კვანტური მექანიკა ზოგიერთ ფარულ ცვლადებს ვერ ამჩნევს, რომელთა გარეშეც ეს თეორია არასრულფასოვანია. მეცნიერი, ფარული პარამეტრების ძებნას, კვანტური მდგომარეობების გაზომვისას, კლასიკური ინსტრუმენტებით თავაზობდა: ეს პროცესი, მეორეს მდგომარეობის შეცვლას გულისხმობდა, პირველის ცვლილებით. აინშტაინი თვლიდა, რომ შესაძლებელია ექსპერიმენტი, რომელშიც ეს ცვლილება არ მოხდება.

 მას მერე, მეცნიერები ცდილობდნენ დაედგინათ, მართლაც არსებობს ფარული პარამეტრები კვანტურ მექანიკაში თუ ეს ყველაფერი აინშტაინმა მოიგონა. ფარული პარამეტრების ფორმალიზება 1964 წელს, ამერიკელმა ფიზიკოს-თეორეტიკოსმა, ჯონ ბელმა მოახერხა. მის მიერ წარმოდგენილ ექსპერიმენტში, სისტემაში არსებული რაიმე ფარული პარამეტრის აღმოჩენა შესაძლებელი იქნება, თუ სპეციალური ცდების სერიათა სტატისტიკურ ანალიზს ჩავატარებთ. მაგნიტურ ველში მოთავსებული ატომი, ფოტონთა წყვილს ასხივებს, რომლებიც საწინააღმდეგო მიმართულებებით მოძრაობენ. ესქპერიმენტატორების ამოცანაა, ფოტონების სპინების მიმართულების მრავალჯერადი გაზომვა.

 ეს, საჭირო სტატისტიკის დაგროვების საშაულებას მოგვცემს და ბელის უტოლობების გამოყენებით, რომლებიც კვანტური მექანიკის ფარული პარამეტრების მათემატიკური აღწერის საშაულებას წარმოადგენს, აინშტაინის თვალსაზრისის შემოწმებას შევძლებთ. მთავარი სირთულე ექსპერიმენტის პრაქტიკულ რეალიზებაში იყო, რომლის გადალახვა ფიზიკოსებმა მაინც მოახერხეს. მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ კვანტურ მექანიკაში ფარული პარამეტრები არ უნდა იყოს. ამასთან ერთად, თეორიაში ორი ხვრელი რჩებოდა (ადგილმდებარეობა და აღმოჩენა), რომლებსაც აინშტაინის ვარაუდი შეიძლებოდა დაემტკიცებინა. საერთოდ, ხვრელები ორზე მეტია. 2015 წელს ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა ეს ხვრელები ამოქოლა და დაამტკიცა, რომ მიკროსამყაროში ლოკალური რეალიზმი, ალბათ, არ არის (კვანტურ სამყაროში რეალიზმის ადგილი არ არის?).

 საუბარია მეცნიერთა სამი ჯგუფის შესახებ: დელფტის უნივერსიტეტიდან (ნიდერლანდები), ა.შ.შ-ს სტადნარტებისა და ტექნოლოგიების ნაციონალური ინსტიტუტიდან და ვენის უნივერსიტეტიდან (ავსტრია). მეცნიერთა მიერ ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა არა მარტო კვანტური მექანიკის სრულფასოვნება და მასში ფარული პარამეტრების არ არსებობა დაამტკიცა, არამედ კვანტური კრიპტოგრაფიის ახალი შესაძლებლობებიც გამოავლინა – ინფორმაციის დაშიფვრა და მისი დაცვა კვანტური გადახლართულობით. შესაძლებელი გახდა გაუტეხავი ალგორითმების, ჯერჯერობით, შექმნა შემთხვევითი რიცხვების გენერაციისთვის.

 კვანტური გადახლართულობა არის მოვლენა, რომლის დროსაც, ერთამნეთისაგან დაშორებული ნაწილაკების კვანტური მდგომარეობების (მაგალითად, ელექტრონის სპინი ან ფოტონის პოლარიზაცია) აღწერა, ურთიერთდამოკიდებულების გარეშე შეუძლებელია. ერთი ნაწილაკის მდგომარეობის აღწერის პროცედურა, მეორეს მდგომარეობის ცვლილებას იწვევს.

 ნაწილაკები, რაღაცნაირად, ერთმანეთის შესახებ ინფორმაციას იმახსოვრებენ, ერთმანეთს არ უცვლიან მას, მაგალითად, სინათლის სიჩქარით ან აქამდე უცნობი რომელიღაც ფუნდამენტური ურთიერთქმედებით. აინშტაინმა ამას ”შემზარავი შორ მანძილზე ქმედება” უწოდა. კვანტურად გადახლართული ნაწილაკები ლოკალურობის პრინციპს არღვევს, რომლის მიხედვითაც, ობიექტზე ზემოქმდება, მხოლოდ მის ახლო გარემოს შეუძლია. ეს, აინშტაინ-პოდოლსკი-როზენის პარადოქსს ეწინააღმდეგება (რომელიც ზემოთ ხსენებულ არასრულფასოვნებასა და ფარული პარამეტრების არსებობას გულისხმობს) და კვანტური მექანიკის ერთ-ერთ ძირითად კონცეპტუალურ სირთულეს (აღარ ითვლება პარადოქსად) წარმოადგენს (ყოველ შემთხვევაში, მისი კოპენჰაგენური ინტერპრეტაციით (შროდინგერის კატა).

 ლოკალური რეალიზმის მომხრეები ამტკიცებენ, რომ ნაწილაკებზე ზემოქმდება მხოლოდ ლოკალურ ცვლადებს შეუძლია, ხოლო მათ შორის კორელაციები, მეცნიერთათვის აქამდე უცნობი საშაულებით ხდება. მეცნიერთა ამოცანა, ამ შესაძლებლობის გამორიცხვა იყო, კერძოდ, არ დაეშვათ ერთი ნაწილაკიდან მეორემდე ფარული სიგნალის გავრცელება და ამით დაემტკიცებინათ, რომ მეორე ნაწილაკის კვანტური მდგომარეობის ცვლილება იქამდე მოხდა, სანამ პირველიდან გავრცელებული ფარული სიგნალი მივიდოდა.

 ექსპერიმენტში გამოყენებული იქნა ალმასის დეტექტორთა წყვილი, სიგნალის გამყოფით მათ შორის. გადხლართულობის არ მქონე ფოტონების წყვილი ერთმანეთს დააშორეს. შემდეგ, ელექტრონთა წყვილი მოიყვანეს კვანტურ გადახლართულობაში ფოტონების წყვილთან, რომლებიც შემდეგ, სხვა, მესამე სივრცეში გადაიტანეს. ექსპერიმენტის მსვლელობისას დაიმზირებოდა, რომ ერთი ელექტრონის მდგომარეობა (სპინი), მეორისაზე აისახებოდა. 220 საათის განმავლობაში, ფიზიკოსებმა 245-ჯერ გატესტეს ბელის უტოლობა. ელექტრონების დამზერადი სიდიდეების ცვლილება ლაზერის სხივების გამოყენებით რეგისტრირდებოდაა.

 ამ ექსპერიმენტით, 1,3 კილომეტრით დაშორებული ნაწილაკების კვანტური მდგომარეობების გაზომვა და ბელის უტოლობის მართებულობის დამტკიცება მოხერხდა (ანუ, კვანტური თეორიის სისწორე და ლოკალური რეალიზმის კონცეფციის არამართებულობა). კვლევის შედეგები ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა. მის ავტორებს კი ნობელის პრემია ემუქრებათ 🙂 .

 ამერიკელებმა და ავსტრიელებმა ექსპერიმენტები ფოტონებზე ჩაატარეს. ნიდერლანდელებისგან განსხვავებით, რომელთა მოწყობილობა საათში ერთ მოვლენას არეგისტრირებდა, ამერიკელი და ავსტრიელი მეცნიერები წამში ათასი ცდის ჩატარებას ახდენდნენ, რაც ექსპერიმენტის შედეგებში ნებისმიერ შემთხვევით კორელაციას გამორიცხავს.