Funcţia de undă a colapsat, definitiv. O nouă abordare a mecanicii cuantice elimină o serie de bizarerii cuantice, printre care natura duală a obiectului cuantic, undă şi particulă, precum şi superpoziţia (existenţa mai multor stări, simultan). Pe scurt, noua abordare înlătură funcţia de undă şi demontează ecuaţiile ce o descriu. În locul acestora sunt puse un număr finit de lumi paralele, a căror coliziune cu lumea noastră produce efectele ciudate observate la nivel cuantic.

 


Bizareria cuantică reprezintă un semn că universuri invizibile concură pentru același spaţiu cu Universul nostru, conform unei noi idei îndrăzneţe propuse de fizicieni.

 

Teoria cuantică îşi propune să descrie comportamentul straniu al particulelor ca atomii ori electronii. De circa 100 de an fizicienii explică ciudăţeniile proprietăţilor cuantice ale acestora, ca dualitatea undă-particulă ori  lipsa determinismului, invocând o entitate abstractă numită funcţie de undă, care există într-o superpoziţie a tuturor stărilor posibile până când cineva o observă, moment în care aceasta colapsează într-o singură stare.

Fizicianul Erwin Schrödinger a ilustrat ideea sa într-o manieră devenită faimoasă, imaginând o pisică într-o cutie care este şi vie, şi moartă, până în momentul în care cineva deschide cutia pentru a verifica. Probabilitatea ca pisica să supravieţuiască este dată de o ecuaţia creată de Schrödinger, care descrie toate stările posibile în care funcţia de undă poate colapsa.

 



Ecuaţia lui Schrödinger prezice rezultatul experimentului perfect. Dar mulţi fizicieni nu se simt confortabil să vadă funcţia de undă ca un aspect fundamental al realităţii, preferând să trateze ecuaţia amintită ca un instrument de calcul, dar căutând o teorie mai profundă care să explice ce se întâmplă în fapt.

"Nu te poţi gândi la funcţia de undă ca la ceva real", spune Haward Wiseman, de  la Universitatea Griffith din Queensland, Australia. Dar dacă funcţia de undă nu este reală, ce este real?

Acum Wiseman şi colegii săi au venit cu un răspuns. Universul nostru împarte spaţiul cu un număr mare de alte universuri, fiecare respectând legile clasice, newtoniene, ale fizicii. În înțelegerea lui Wiseman particulele din Universul nostru simt o subtilă "împunsătură" din partea unor particule din alte universuri. Ceea ce vedem noi ca fiind ciudăţenii cuantice reprezintă în fapt rezultatul acestor coliziuni.

"Un mod de a privi lucrurile este următorul: aceste particule există în acelaşi spaţiu cu cele din Universul nostru, fiind practic nişte universuri fantomă". Aceste lumi paralele sunt invizibile, pentru că interacţionează cu lumea noastră în condiţii foarte stricte, prin intermediul unei forţe ce se manifestă între particule similare din universuri diferite. Dar această interacţiune nu este suficientă pentru a explica mecanica cuantică.

Pentru a demonstra că ideea sa este solidă, Wiseman şi echipa sa au arătat matematic că teoria interacţiunii dintre universuri multiple poate explica efecte concrete. "Primul lucru pe care trebuie să-l faci e să poţi reproduce rezultatele, pentru că mecanica cuantică a fost testată cu o incredibilă precizie", adaugă Wiseman. "Dacă nu poţi reproduce mecanica cuantică, eşti condamnat la eşec de la început".

Cercetătorii au ales un test clasic, cel al experimentului dublei fante, care demonstrează că fotonii se comportă şi ca unde, şi ca particule. Efectele fotonilor fantomă din doar 41 de alte universuri pot da acelaşi rezultat, crede echipa de fizicieni.

Aceştia arată că teoria poate demonstra şi alte efecte, inclusiv stabilitatea materiei: coliziunile cu alte universuri opresc electronii de la cădea în nucleul atomilor, aşa cum s-ar întâmpla într-o lume newtoniană.

"Dacă aceste interacţiuni ar fi eliminate ori dacă ar fi un singur univers, atunci toate aceste efecte ar dispărea, iar fizica newtoniană ar domni", afirmă MIchael Hall, coleg cu Wiseman.

Abordarea este încă în starea sa iniţială de cercetare, iar fizicienii au mult de lucru pentru a convinge. De exemplu, ei nu au creat un model pentru a explica inseparabilitatea cuantică (quantum entanglement), o relaţie ciudată, demonstrată, între două particule aflate la distanţă una de alta şi care par că pot comunica instantaneu între ele. Dar ar putea fi explicată şi această problemă dacă numărul de universuri paralele ar fi infinit.

 




Universuri multiple

Această idee a coliziunii dintre lumi multiple vine ca un ecou al interpretării universurilor multiple a mecanicii cuantice, avansată de Hugh Everett în anii 50 ai secolului trecut, conform căreia universul se "sparge" în universuri paralele ori de câte ori funcţia de undă colapsează. Pisica este atât moartă, cât şi vie, conform lui Everett; depinde de universul în care faci observaţia.

Dar sunt,totuşi, diferenţe importante între cele două abordări. Everett tratează funcţia de undă ca fiind o componentă fundamentală a realităţii. Odată ce Universul se împarte în două universuri, cele două nu interacţionează unul cu celălalt.

În noua teorie universurile paralele au fost mereu împreună, interacţionând prin forţe de respingere dintre particule corespondente imediat ce se depărtează un pic.

Această abordare prezintă unele avantaje faţă de interpretarea lui Everett, afirmă Lev Vaidman, de la Universitatea Tel Aviv din Israel, care a lucrat intens la teoria lui Everett. De exemplu, Everett nu reuşeşte să determine probabilitatea de a se întâmpla pentru ceea ceea ce se întâmplă realmente, într-un univers unde orice se poate întâmpla.

Noua teorie vine şi cu posibilitatea efectuării unor experimente care să pună în evidenţă existenţa altor lumi şi poate chiar să pună bazele comunicării cu "gemenii" noştri din alte lumi.

Ecuaţia lui Schrödinger prezice comportamentul cuantic cu precizie doar dacă luăm în calcul un număr infinit de lumi, spune Wiseman. Dar dacă numărul de universuri este finit, atunci ecuaţia lui Schrödinger este doar o aproximare. Cu experimente bine proiectate, am putea vedea că predicţiile diferă de măsurătorile din cadrul experimentelor.

"Acest fapt ne-ar permite ca prin intermediul unui experiment să determină câte universuri există", afirmă Eric Cavalcanti, Universitatea Sydney, Australia.

O altă testare a altor universuri s-ar putea face prin intermediul forţei ce acţionează între aceste lumi. Wiseman spune că forţa ar putea ajuta să înţelegem mistere ca gravitaţia. Acesta mai adaugă că nu este nebun să creadă că dacă teoria sa este corectă, iar forţa dintre lumi este un pic diferită de ceea ce crede el, va fi posibilă comunicarea între universuri.

Deocamdată totul este o speculaţie, totuşi. Alţi fizicieni găsesc teoria interesantă, dar nu e clar dacă are potenţialul de a înlocui funcţia de undă.

"Acest concept al funcţiei de undă a rezolvat paradoxurile mecanicii clasice acum 100 de ani", afirmă Vaidamn. "Aşa că rezonez cu actuala încercare de a înlocui funcţia de undă cuantică cu altceva. Teoria ar putea fi interesantă dacă fizicienii ar putea să facă matematica mai simplă şi mai elegantă".

Chiar dacă teoria nu are nimic de-a face cu adevărata natură a lumii, ar putea fi un instrument util pentru simplificarea predicţiilor cuantice.

"Odată ce ai 6 ori 7 particule cuantice care interacţionează, ecuaţia lui Schrödinger este foarte dificil de rezolvat, chiar şi cu aproximaţii", spune Hall. "Cu teoria noastră trebuie doar să ne lămurim unde sunt particulele în fiecare univers şi să calculăm forţa dintre ele".

Cavalcanti este de acord, menţinând că multe alte interpretări cuantice au dus la noi tehnologii, în ciuda faptului că nimeni nu a fost de acord că sunt corecte. "Teorema non-clonării, criptografia cuantică, teleportarea cuantică, toate au rădăcini, cel puţin în parte, în aceste întrebări fundamentale. Nu e de neconceput, de aceea, ca o abordare ca aceasta să fie folositoare într-o astfel de direcţie. Dar e prea devreme să ştim asta".


Fotonii fantomă


În teoria interacţiunilor dintre universuri multiple, particule aproape identice din universuri paralele intră în coliziune unele cu altele pentru a crea efectele cuantice stranii pe care le observăm experimental.

Pentru a arăta că ideea sa funcţionează, Wiseman au demonstrat matematic că teoria prezice rezultatele experimentului cu fantă dublă.

În acest experiment fotonii sunt transmişi, unul câte unul, către un ecran cu fosfor cu rol de detector de fotoni. Între sursă şi ecran este un material negru care absoarbe fotonii, care are cele două fante ce permit trecerea fotonilor.

Dacă fotonii ar fi doar particule, atunci ne-am aştepta să se regăsim o distribuţie uniformă pe ecran, odată cu trecerea prin cele două fante. Dar, în schimb, fotonii formează dungi paralele, după un model caracteristic. Adică se comportă exact ca şi cum fotonii ar intra prin cele două fante ca unde, iar fronturile de undă ar interfera.

În  noua teorie, fiecare foton exercită o forţă asupra celorlalţi, producând traiectorii diferite fotonilor din Universul nostru. Wiseman şi colegii acestuia au arătat că luând în calcul doar 41 de universuri poate produce acelaşi rezultat ca cel din experimentul cu două fante.


Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Ghost universes kill Schrödinger's quantum cat, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Scientia.ro