Cei mai mulţi dintre noi am auzit deja de faimosul experiment cu fanta dublă. De obicei, acesta se desfăşoară în laborator în decurs de câteva secunde. Dar există o versiune a acestui experiment, imaginată de fizicianul John Archibald Wheeler, care ar putea avea loc de-a lungul unei mari părţi a galaxiei noastre în decurs de milioane de ani. Experimentul imaginat de el sugerează că noi am putea determina retroactiv soarta unor fotoni străvechi.

 



Fanta dublă şi alegerea întârziată


Experimentul cu fanta dublă este prezent în cadrul cursurilor de fizică din liceu şi asta dintr-un motiv foarte întemeiat: acesta le oferă elevilor şansa să stabilească un prim contact cu ciudăţeniile lumii cuantice, deşi mulţi oameni au explicaţiile lor privind rezultatele ciudate ale acestui experiment. Oricare ar fi explicaţiile, rezultatele ne arată că lumea în care trăim este un loc cu mult mai ciudat decât ne-am imaginat.

 


O sursă de lumină, un ecran şi un perete aflat în spatele ecranului sunt pregătite pentru experiment. În ecran există două fante. Când un foton vine de la sursa de lumină el poate trece prin cele două deschizături. Pe baza experienţei anterioare ştim ce se va întâmpla atunci când o succesiune de fotoni individuali lovesc peretele din spate. Un model de interferenţă va apărea, ca şi cum fotonii ar trece prin ambele fante şi interferează cu ei înşişi similar unei unde. Doar că fotonii nu pot trece prin ambele fante. Pentru a verifica prin care fantă au trecut aceştia s-au amplasat detectoare în ambele fante. Când lăsăm ca un foton spre treacă prin ecran atunci observăm cu plăcere că acesta a trecut, să zicem, prin fanta din stânga. Următorul foton va trece tot prin fanta din stânga, următorul prin fanta din dreapta şi aşa mai departe până când vom ajunge să constatăm că 50% dintre ei au trecut prin fanta din stânga şi 50% dintre ei au trecut prin fanta din dreapta. Când vom verifica însă imaginea de pe peretele din spate vom rămâne consternaţi. În loc de un model de interferenţă specific unei unde vom descoperi o mulţime de fotoni grupaţi pe partea stângă şi o altă mulţime de fotoni dispuşi în partea dreaptă, la fel ca în cazul în care aceştia ar fi fost nişte bile care au fost aruncate când printr-o fantă când prin alta. Interferenţa cu fotonii ce au trecut prin cele 2 fante distruge modelul de interferenţă şi cauzează colapsul undei.

 


Aceasta ar putea fi o explicaţie, dar ce se întâmplă dacă noi nu interferăm cu fotonii ce au trecut prin fante? Acesta a fost raţionamentul propus de John Archibald Wheeler, fizician celebru care la mijlocul secolului XX a gândit o variantă a experimentului cu fanta dublă. Ce-ar fi dacă de-a lungul peretelui din spate ar exista un ecran şi în spatele ecranului ar fi amplasate nişte detectoare. Un detector ar urmări fanta din stânga în timp ce un al doilea detector ar urmări fanta din dreapta. Ecranul stă pe loc atunci când un foton este emis de la sursa de lumină. El rămâne pe loc şi atunci când un foton trece prin una dintre fante sau prin ambele fante. Numai atunci când un foton a trecut deja prin fantele ecranului acesta poate fi ridicat sau coborât. Poziţia ecranului nu va fi modificată până în acest moment. Cum ar putea interfera un detector de orice fel cu ceva ce deja a avut loc?

 

 

Cu toate acestea, desigur, rezultatele ne arată că detectoarele, cumva, au interferat cu fotonii. Când ecranul era coborât şi niciunul dintre detectoare nu putea detecta prin care fantă au trecut fotonii s-a format un model de interferenţă specific unei unde. Atunci când ecranul a fost ridicat s-a auzit un sunet specific într-unul dintre detectoare şi prin urmare nu s-a mai format niciun model de interferenţă.


Alegerea cosmică întârziată


Wheeler nu s-a aşteptat, într-adevăr, la nimic altceva din partea experimentului său. Experimentul cu alegerea întârziată a fost menit să-i facă pe oameni să se gândească la semnificaţia rezultatelor obţinute prin intermediul experimentului cu fanta dublă. Pentru anumiţi oameni rezultatele obținute au arătat că o alegere făcută în prezent ar putea influenţa unele evenimente care au avut loc în trecut. Deşi sună ridicol, există o logică în legătură cu acest raţionament. Imaginaţi-vă că acţionaţi un comutator în jos şi o serie de evenimente se întâmplă, acţionaţi comutatorul în sus şi o altă serie de evenimente se întâmplă. Aceste serii de evenimente sunt absolut dependente de modul în care acţionaţi comutatorul şi ele niciodată nu vor da greş. Nu înseamnă aceasta că alegerea modului în care acţionaţi comutatorul a fost cauza care a produs acest efect?

 


Pentru a arăta că rezultatele obţinute prin experimentul său cu privire la alegerea amânată nu s-au datorat utilizării unor echipamente de laborator defecte, Wheeler şi-a imaginat întregul experiment la o scară mult, mult mai mare. Să ne gândim la o stea îndepărtată care emite lumină. Între acea stea şi Pământ se află o galaxie care în loc să obtureze complet lumina de la aceasta, doar curbează razele de lumină spre Pământ. Galaxia curbează razele de lumină în două moduri diferite. Un singur foton care pleacă de la steaua respectivă poate parcurge una din două căi posibile, prin stânga galaxiei sau prin dreapta galaxiei. Dintr-o dată am obţinut un experiment de tipul celui cu fanta dublă, dar care se desfăşoară în spaţiul cosmic. Fotonii îşi urmează drumul spre Pământ şi noi le putem observa traiectoriile. Putem observa cu precizie locul de unde au venit sau putem neglija această informaţie pentru a vedea din care parte a galaxiei au venit fiecare în parte. Am obţinut din nou un alt experiment de tipul celui cu fanta dublă în care vom obţine aceleaşi rezultate, un model de interferenţă dacă nu verificăm originea exactă a fotonilor sau lipsa unui model de interferenţă dacă vom verifica originea exactă a fotonilor.

Aspectul interesant este că aceşti fotoni ar fi făcut „alegerea" traiectoriei pe care o vor urma, adică alegerea între a parcurge una din cele două traiectorii sau a ambelor cu milioane sau miliarde de ani în urmă. Şi totuşi, dacă îi vom măsura noi vom putea afla dacă aceştia au parcurs una din cele două traiectorii sau, eventual, ambele traiectorii. Putem influenţa în prezent evenimente care s-au întâmplat cu milioane de ani în urmă?


Călătorie în timp sau nu?


Majoritatea fizicienilor cred că răspunsul este un răsunător „nu". Nu, noi nu ne putem baza pe efectul de retrocauzalitate. Experimentul, cel puţin, chiar dacă este efectuat într-un laborator sau de-a lungul unei galaxii nu susţine ideea de călătorie în timp.

În loc să ne gândim la retrocauzalitate, susţin contestatarii acestei idei, trebuie să ne gândim mai bine la o superpoziţie de stări. Fotonul se află în două stări atunci când trece prin fante sau se află în apropierea unor galaxii şi el va rămâne în ambele stări atâta timp cât nu este măsurat. Pentru mulţi această explicaţie nu este doar o o modalitate uşoară de a ieşi dintr-o situaţie complicată. Aceasta, de asemenea, nu este condiţionată de faptul că fotonul este măsurat în momentul în care trece prin fantă sau cu milioane de ani mai târziu. Atunci când un foton este măsurat funcţia de undă colapsează şi o particulă poate fi observată. Această idee este susţinută de orice versiune a experimentului cu fanta dublă, indiferent dacă alegem să efectuăm măsurătoarea înainte ca fotonul să fie emis sau mult mai târziu după ce acesta se află într-o superpoziţie de stări.

Dacă totuşi doriţi să efectuaţi experimentul cosmic cu alegerea întârziată eu nu vă voi opri.

Traducere de Cristian-George Podariu după experiment-that-might-let-us-control-events-millions