Post by Emperor AAdmin on Dec 25, 2008 16:45:40 GMT -5
Drugačiji pogled na svijet
Postoji li stvarnost
Većina znanstvenika čvrsto se drži načela da stvarnost postoji neovisno od nas i našeg promatranja. Ali, kvantni fizičari slamaju neke od naših ključnih vjerovanja, možda čak i ovo ...
Na Pariškom sveučilištu u Orseju odigrao se 1982. godine jedan izuzetan znanstveni događaj. Istraživački tim pod vodstvom fizičara Alena Aspeka izveo je ogled koji je možda jedan od najznačajnijih u 20. stoljeću jer se vjeruje da je promijenio lice znanosti. Ipak, o ovom uspjehu ništa niste mogli čuti u večernjim vijestima i, ukoliko nemate običaj pratiti znanstvene časopise, ni saznati tko je Alen Aspek.
Aspek i njegov tim stručnjaka ogledom su dokazali da određeni parovi subatomskih čestica, kako bi to stručnjaci rekli "zapleteni" fotoni, mogu trenutno da se sporazumevaju bez obzira na to koliko su udaljeni - ne samo kada se njihova razdaljina mjeri metrima, već i svetlosnim godinama . Na neki čudan, neobjašnjiv način, svaka čestica kao da uvijek zna što radi njezina "rođaka". I laicima je jasno da je ta pojava prkosila zdravom razumu, a onim upućenijim da krši Ajnštajnov ključni postulat - da ništa, čak ni informacija, ne može putovati brže od svjetlosti u vakuumu. A postulat da je brzina svjetlosti u vakuumu najveća moguća, utkan je u Ajnštajnove teorije relativnost na kojima počiva današnja nauka, prije svega fizika i Astronomija.
Međutim, ovaj ogled donio je još neke važne posljedice: dokaz da kvantna mehanika potpunije opisuje svijet od klasične fizike i da kvantni a možda i veliki svijet moraju biti "nelokalni" - da je sve povezano uprkos velikoj udaljenosti.
Albert Einstein: "Bog ne baca kockice."
"Mislim da je Mjesec gore, čak i kad ne gledam u njega."
"Mislim da je Mjesec gore, čak i kad ne gledam u njega."
Promijenjena slika svijeta
Obračun između kvantne i klasične fizike počeo je već dvadesetih godina prošlog stoljeća. Jer, kvantna mehanika je tvrdila da su događaji u biti slučajni, da nemaju uzročno-posljedičnu vezu. Ona je, znači, nedeterministička teorija i po njoj je moguće mjerenje izvjesne osobine dva potpuno ista fizička sustava podari različite rezultate. Umjesto izvesnosti ona daje odgovore o verovatnoći.
Kvantni fizičari su otkrili da se subatomske čestice ponašaju i kao valovi i kao čestice i da su ovo drugo samo kada ih promatramo (mjerimo neko njihovo svojstvo). Time se nametnulo pitanje što je zapravo stvarnost, da li zaista ne postoji bez našeg utjecaja? Izgledalo je da mora da postoji neka dublja teorija, koja uvijek može predvidjeti ishod svakog mjerenja s potpunom izvesnošću. KVA-ntna teorija je "nepotpuna" teorija u smislu mogućnosti da opiše stvarnost.
Ovakvo gledište dijelio je i Einstein koji je pojam nelokalnosti svojevremeno nazvao "avetinjsko djelovanje na daljinu". On je stao na čelo grupe fizičara koja je upravo preko ove pojave pokušala dokazati manjkavost (nepotpunosti) kvantne teorije. U tu svrhu je 1935. godine, zajedno s Podolskim i Rozenom (djelomično i David Bomom), os-mislio misaoni ogled, EPR paradoks. Potom su ovi fizičari predložili da vjerojatno postoje teorije koje zagovaraju da se događaji, bar djelomično, odigravaju i pod utjecajem "skrivenih varijabli" (hidden variables). Pred naukom je samo zadatak da ih otkrije.
Albert Einstein bio je najupornije zagovornik postojanja skrivenih varijabli, varijabli, govoreći da je uvjeren da "Bog ne baca kockice". Time je htio da kaže da fizičke teorije, da bi bile opće, moraju počivaju na sljedećim zakonitostima: da svaka posljedica ima svoj zakoniti uzrok (determinizam); da fizičke pojave imaju konačnu brzinu prostiranja (lokalnost) i fizička stanja postoje i prije nego što se mjere (realnost). Osobine čestica imaju konačne vrijednosti, neovisne od promatranja. Kvantna fizika bila je u sukobu sa svim ovim načelima.
John Bell
Ako skrivene varijable postoje, moraju da postoje i fizičke pojave izvan kvantne mehanike sposobne objasniti svemir kakvu znamo.
Ali, kako ih pronaći, kako utvrditi koja je grupa fizičara u pravu - Borove ili Ajnštajnove pristalice? Tek devet godina poslije Ajnštajnove smrti, 1964. godine, fizičar John Bell osmislio je izmenjena verziju EPR paradoks, koja je prvi put omogućila da se ogleda dokaže da li su primjedbe na račun kvantne teorije osnovane. Belova poučak pokazala je da će mnoge teorije o skrivenim varijablu biti pobijene ako budu narušeni određeni matematički odnosi, po njemu nazvani "Belove nejednakosti". Belova poučak, koja se smatra za jednu od najznačajnijih u znanosti, mogla bi (vrlo) uprošćeno da se predstavi na sljedeći način.
Iz jednog izvora izleči u suprotnim smerovima zapleteni, linearno polarizovani parovi fotona. Oni se kreću prema dva polarizatora kojima može da se mijenja položaj, orijentacija. Kvantna mehanika kaže da bi trebalo da postoji visok uzajamni odnos (korelacija) rezultata na polarizatorima, jer fotoni trenutno i zajedno "odlučuju" koju će polarizaciju preuzeti u trenutku mjerenja, čak i kada su prostorno udaljeni. S druge strane, teorije o skrivenim varijablu kažu da čestice ne moraju da donose takve odluke. Jer, isti stupanj uzajamnog odnosa može da se dobije i ako bi fotoni na neki, za sada skriven način mogli unaprijed da se obavijeste o položaju polarizatora.
Belov trik sastojao se u tome da se odluka o položaju polarizatora donosi tek pošto su fotoni napustili izvor. Ako skrivene varijable postoje, neće moći da "znaju" za položaj polarizatora, pa će rezultati pokazati manji stupanj uzajamne povezanosti. A ako je kvantna mehanika u pravu, rezultati će biti povezaniji - drugim riječima, Belove nejednakosti biće narušene. Nakon skoro dvije decenije od objavljivanja poučka, Alen Aspek uspeo da provede u djelo Belovu zamisao. (Postojao je veći broj pokušaja da se uradi ekspertimentalna provjera Belovih nejednakosti, ali Aspek je to uradio na najsveobuhvatniji način, pa se zato njegov obzirom uzima kao konačna provjera Belovih nejednakosti.)
Prije Aspekovog ogleda nelokalna stvarnost (povezanost zapletenih čestica) nije igrala bitnu ulogu u fizici. A onda se dogodio veliki preokret, a kvantna mehanika dobila je snažan vjetar u svoja jedra.
Alen Aspek
Bomov holografski svijet
Međutim, nekim kvantnim fizičara ova pojava nikako nije davala mira. David bom je bio najupornije u pokušajima da objasni stva-rnu prirodu nelokalnosti. Od Boma potječe možda najpoznatija teorija o skrivenim promenljivim, jer daje iste odgovore kao i kvantna mehanika i u biti je nelokalna. Danas se zato smatra da je i Bomova teorija samo jedno od mnogih tumačenja kvantne mehanike. Od njega potječe i zamisao o vasione - hologramu.
Unatoč vidljivom čvrstoći, vasiona je u suštini divovski, veličanstven i vrlo detaljan hologram! Ono što mi vidimo nije prava stvarnost. Da bismo razumjeli kako je David bom došao do ovako začuđujućeg gledišta, podsjetimo se što je hologram. To je trodimenzionalni slika predmeta koja se dobiva laserom. Jedan laserski zrak dijeli se na dva pomoću poluprovidnog ogledala. Prvi zrak osvetljava predmet, a drugi se usmjerava ogledalima da zaobilaznim putem stigne do fotografske ploče. Na njoj se oba zraka ponovno sreću i stvaraju svjetlo-tamne pruge (posljedica slaganja valova). Kada se ovakva ploča fotografski razvije, a zatim osvijetli laserom, dobiva se trodimenzionalni slika predmeta.
Međutim, trodimenzionalnost slike predmeta nije jedino čudo koje je podarila holografija. Jer, ako se hologram, na primjer neke ruže iseče napola, a zatim osvijetli laserom, opet će se dobiti slika cijele ruže. I tako dalje, ako se sjeckanje Hologram nastavi, uvijek će se dobijati slika cijele, originalne ruže. To je zato što, nasuprot običnim fotografijama, svaki i najmanji dio hologram sadrži sve podatke koje ima i cjelini. Znači da ako pokušamo da razdvojimo nešto što je nastalo holografski, nikada nećemo dobiti dijelove od kojih je sastavljeno, već samo manje cjeline! Upravo ova osobenost hologram, nazvana "sve u svakom dijelu", kao i ponašanje plazme za koju je bio stručnjak, bili su ključni za Bomovo gledište.
Anton Cajlinger
Bom je vjerovao da subatomske čestice ostaju u vezi jedna s drugom (usprkos udaljenosti između njih), ne zato što razmjenjuju neke tajanstvene signale, niti zato što su njihovi valovi zapleteni, već zbog toga što je sama njihova podjela varanje. Do nje nikada nije ni došlo. Smatrao je da na nekom dubljem stupnju stvarnosti ove čestice ne postoje kao pojedinačne, zasebne cjeline, i da samo izražavaju nešto osnovno, mi još nedokučiva.
Da bi svoju zamisao obrazložio da svako može da razumije, bom je ponudio sljedeću pojavu iz svakodnevnog života. Zamisliti akvarijum i u njemu jednu ribice. Zamislimo također da ne možemo da vidimo cijeli akvarijum, već da njegov sadržaj saznajemo posredstvom dva tv ekrana. Jedan pokazuje akvarijum sprijeda, drugi sa strane. Gledajući u svaki od njih, u početku ćemo pomisliti da se radi o različitim akvarijumima raznih izvora vezani uz astronomiju. Ali, nastavljajući da gledamo ribice, počet da uočavamo da među njima postoji neka povezanost. Kada se jedna okrene na stranu i druga se okrene, ali nešto drugačije, na odgovarajući način. Na primjer, kada se jedna okrene naprijed, druga pokaže bočnu stranu. Znači, ako nismo svjesni da gledamo isti akvarijum i istu ribice, nismo u stanju da sagledamo potpunu sliku stvarnosti. Neizbježno ćemo izvući pogrešan zaključak da se dvije ribice međusobno sporazumevaju, da su u nekoj vezi. To je po Bomovom mišljenju ono što se odigravalo i s česticama u Aspekovom ogleda. Nesporna, očigledna povezanost subatomskih čestica, koja kao da se odigrava brzinom većom od brzine svjetlosti u vakuumu, samo nam govori da postoji neki dublji stupanj stvarnosti koji nam je nedostupan. On ima mnogo složenije dimenzije od onih koje poznajemo.
Mi vidimo da su subatomske čestice odvojene zato što poznajemo samo jedan dio njihove stvarnosti. Ipak, takve čestice nisu odvojeni dijelovi, već pojavne osobe jednog dubljeg jedinstva koje je u osnovi holografsko i nedeljivo.
Kvantna zapletenost dva fotona
Kvantni fizičari - zbogom stvarnosti!
Vremenom se pokazalo da bi uporno odbijanje da se prihvati nelokalnost (od strane pristalica klasične fizike i materijalizma), povlačilo jednu veoma važnu ali neprijatnu posljedicu. Moralo bi da se odbaci ustaljeno, nama razumno gledište da stva-rnost postoji nezavisno od našeg promatranja. Zadržavanje realnosti zahtijeva da se "avetinjsko djelovanje na daljinu" prihvati kao nešto stvarno.
Ironično, "avetinjsko djelovanje na daljinu" postalo je manje od dva zla.
Aspekov obzirom bio je prvi u nizu ogleda koji su potvrdili da su Belove nejednakosti narušene i da nelokalnost postoji. Tako je dokazan i primat kvantne fizike nad klasičnom. Ali tek nedavni Ogledi točnije su pokazali da li su stvarnost, lokalnost ili možda čak obje u neskladu s kvantnom mehanika.
Uznemirujući zaključak donose Ogledi koje je pro-šle godine izveo Anton Cajlinger na Univerzitetu u Beču - u pitanju je i stvaran. Ona zaista postoji samo ako je promatramo! Do ovog zaključka Cajlinger je došao ispitujući takozvanu Legetovu nejednakost (nastala 2003. godine).
Ipak, Alen Aspek je obazriviji. On smatra da iako smo nakon jednog stoljeća na pragu nove kvantne revolucije, ovakvi Ogledi nisu dovoljni da se može izvući tako dalekosežan zaključak. Ali su korisni jer potiču razvoj znanosti koja nas je natjerala da iz osnova mijenjamo pogled na svijet. Njeno osnovno načelo, talasno-čestična dvojnosti, podarilo je i takve izume kao što su tranzistor ili laser, koji su ključni za razvoj računalnih i informatičkog doba u kome živimo.
Trnovit put jednog znanstvenika
David bom (1917-1992) bio je američki fizičar jevrejskog porijekla. Završio je Pensilvanijski državni koledž 1939. godine, a zatim je otišao na Kalifornijski institut za tehnologiju. Nakon godinu dana prelazi kod Roberta Openhajmera u Berkli, gde je trebalo da obrani doktorsku disertaciju. Živio je u blizini ostalih Openhajmerovih diplomac i s njima postao blizak, ne samo po pitanju fizike već i po levičarskim političkim ubijeđenjem. Tako se našao na listi FBI kao sumnjiva osoba i mogući komunistički špijun.
Tijekom Drugog svjetskog rata "Menhetn projekt" uposlio je mnoge fizičare s Univerziteta u Berkliju da rade na tajnom planu za izradu prve atomske bombe. I mada je Openhajmer želio da se među njima nađe i bom, general Lesli Grovs to nije dozvolio. Bom je ostao u Berkliju, predavao fiziku i privodio kraju svoj doktorat. I tada, 1943. godine, dolazi do ironičnog preokreta. Ispostavilo se da su njegovi proračuni o rasturanju protona i deuterona nakon sudara bili veoma korisni za "Menhetn projekt". Odmah su proglašeni za povjerljive. A bom, lišen dozvole za rad na povjerljivim poslu, više nije imao pravo pristupa vlastitom radu! Ne samo da nije smio brani doktorat, već ni da ga dovrši! Da bi udovoljio zahtjevu Univerziteta, Openhajmer je potvrdio da je bom uspješno završio istraživanje.
Nešto kasnije bom je izveo i teorijske proračune za postrojenje u OUK Ridžu, u kome je obogaćivan najnoviji za atomsku bombu bačena na Hirošimu. Tako je na čudan, posredan način ipak bio uključen u razvoj atomske bombe.
Poslije rata bom postaje izvanredni profesor na Prinstonskom sveučilištu, gdje je radio zajedno s Einstein. U svibnju 1949. godine, na početku ere makartizma, dobio je poziv da pred antikomunističkim komitetom objasni svoje ranije veze s osumnjičenim kolegama. Bom se pozvao na Peti amandman i pravo da ne svjedoči. Zbog odbijanja da svjedoči optužen je i uhićen 1950. godine. Oslobođen je 1951, ali ga je Prinstonski sveučilište već otpustio s posla. Nisu pomogle ni Ajnštajnove molbe da mu bude asistent.
Bom onda odlazi u Brazil, a svoju plodnu znanstvenu djelatnost razvijao je i u Izraelu i na kraju u Velikoj Britaniji (gdje je i umro). Njegov istrajan rad na izučavanju nelokalnosti snažno je utjecao na Bela i nastanak poučka "Belovih nejednakosti"
Pripremio Goran Vojinović
www.politikin-zabavnik.co.yu/