Kvantna “sablasna akcija na daljinu” putuje barem 10,000 puta brže od svjetlosti

Kvantna zapletenost, jedan od aspekata kvantne teorije, povezuje osobine čestica čak i kada su razdvojene velikim rastojanjima. Kada se mjeri osobina jedne od para zapletenih čestica, druga “odmah” se postavi u stanje kompatibilno s tim mjerenjem. Koliko je brzo “odmah”? Prema istraživanju profesora Hua Yin-a i kolega na Univerzitetu za nauku i tehnologiju Kine u Šangaju, donja granica brzine povezane sa dinamikom zapletanja – ili “sablasnom akcijom na daljinu” – je najmanje 10 000 puta brža od svjetlosti.

Uprkos tome što je igrao vitalnu ulogu u razvoju kvantne teorije, Ajnštajn se filozofski osjećao u sukobu s kvantnim opisom kako Univerzum radi. Njegov poznati citat da “Bog ne igra kockice” nagovještava njegov nivo neprijatnosti sa ulogom vjerovatnoće u kvantnoj teoriji. On je vjerovao da postoji još jedan nivo realnosti u kojem bi sva fizika bila deterministična i da bi se kvantna mehanika ispostavila kao opis koji izlazi iz rada tog nivoa – kao što je saobraćajna gužva proizašla iz nezavisnih pokreta velikog broj automobila.


Godine 1935. Ajnštajn i njegovi saradnici otkrili su kvantnu zapletenost koja se skrivala u jednačinama kvantne mehanike i shvatila svoju krajnju nepoznanicu. Ovo je dovelo do paradoksa EPR koju su predstavili Einstein, Poldolsky i Rosen. Paradoks EPR-a je izjavio da su jedini načini objašnjavanja efekata kvantnog zapleta bili pretpostaviti da je Univerzum nelokalan ili da je istina osnova fizike skrivena (inače poznata kao teorija skrivene varijable). Nelokalnost u ovom slučaju znači da su događaji koji se javljaju zapletenim objektima povezani čak i kada se događaji ne mogu komunicirati kroz prostorvrijeme, prostorno vrijeme koje ima brzinu svetlosti kao ograničavajuću brzinu. Nelokalnost je poznata i kao sablasna akcija na daljinu (Einsteinova fraza).

Ajnštajn je kao primarni prorok teorije relativnosti revoltiran pojmom nelokalnosti i stoga je rezultat EPR-a pokazao kao demonstraciju da je kvantna mehanika osnovna deterministička teorija skrivene varijable. Međutim, Einstein nije bio u pravu.

Džon Bel, početkom šezdesetih godina prošlog vijeka, pokazao je da su korelacije između osobina čestica u bilo kojoj lokalnoj teoriji (a ne samo kvantnoj mehanici) bile slabije od korelacija predviđenih kvantnom mehanikom. Drugim riječima, kvantna mehanika je suštinski nelokalna. Bellova nejednakost može biti i bila je temeljno testirana eksperimentalno i eksperimenti pokazuju da je kvantni svijet zaista nelokalan.

Znači li to da je sablasna akcija na daljinu povezana sa preplitanjem stvarno trenutna, ili jednostavno ima veliku brzinu propagacije? To izgleda fer pitanje, a to je izazov koji je pokrenula grupa prof. Yina. U svom eksperimentu, Alice i Bob (zvijezde mnogih kvantnih avantura) su poslati na dvije lokacije odvojene za 15,3 km (9,6 milja). Čarli, koji se nalazio na jednakoj udaljenosti od Alice i Boba, stvorio je par zapletenih fotona, a zatim poslao jedan u Alice i jedan u Bob. Razlika u udaljenosti od kojih su fotoni proputovali između Čarlija i Alisa i između Čarlija i Boba bila je manje od oko 10 cm. Sva tri naša učesnika imaju sinhronizovane, visoko precizne satove. Čarli generiše par zapletenih fotona i bilježi vrijeme.

I Alice i Bob imaju mehanizam za mjerenje polarizacije dolaznih fotona, ali oba mehanizma imaju slučajno rotirajuće polarizacijske filtre, tako da se vremenom mjeri sve polarizacione smjernice i nikada ne postoji korelacija između Alice i Bobovih polarizacionih pravaca. Kada Alice otkrije foton, ona bilježi polarizaciju i vrijeme mjerenja. Kada Bob mjeri foton, on takođe bilježi polarizaciju i vrijeme dolaska.

Kasnije se trojica sastaju da upoređuju bilješke. Alice i Bobova mjerenja su napravljena istovremeno, na oko 0,35 nanosekundi, a odluka o tome na koji način će se usmjeriti polarizacijski pravac njihovih uređaja, odlučeno je oko 3 mikrosekunde prije nego što su fotoni stigli do detektora. Ako su Alice i Bob uvijek izmjerili isti polarizacijski pravac, uticaj zaplitanja je kretao 15,3 km manje od moguće razlike u vremenu mjerenja (0.35 ns). Ako je, s druge strane, uticaj zaplitanja putovao sporije, Alice i Bob bi mjerili slučajno različite smjerove polarizacije.

Yin-ov eksperiment, koji je bio malo komplikovaniji detaljnije od gore pomenutog pojednostavljenja, nije posmatrao nikakvu razliku u smjeru polarizacije. Vrijeme za koje bi trebalo da putuje između Alice i Boba je oko 50 μs, dok je dejstvo dinamike zaplitanja moralo biti manje od 0,35 ns. Minimalna brzina uticaja na uznemiravanje je samo ona koja je podjeljena sa drugom, ili 144.500 puta brzine svjetlosti. Ipak, brojni faktori prelaze u tumačenje rezultata, što smanjuje donju granicu brzine uticaja zapletenosti na oko 10,000 puta veću od brzinu svjetlosti.


Obratite pažnju da ovaj rezultat ne eliminiše mogućnost da je uticaj zaplitanja zapravo trenutan – on samo postavlja ograničenje govoreći koliko uticaj mora najmanje biti brz. Druga mogućnost je da dinamika zaplitanja može djelovati spoljno od vremena, ili bar može ignorisati vrijeme dok ignoriše rastojanje.

Niels Bohr, jednom je rekao da oni koji nisu šokirani kada prvi put nailaze na kvantnu teoriju ne mogu ju shvatiti. Osamdeset godina kasnije, ovo je još uvijek istina. Mi nemamo puno mogućnosti da kažemo kako svijet može raditi na ovaj način.

Izvor: Oduženje brzine `spooky akcije na daljinu ‘- arXiv.org (PDF)


 1,333 total views,  2 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: