Și dacă particulele din experimentul cu două fante ar fi conștiente? Ce ați face? Le-ați întreba prin ce fantă au trecut?

La începutul secolului al XIX-a, Thomas Young a efectuat pentru prima dată experimentul său cu două fante, care a arătat că lumina este o undă. Totul a fost bine până la începutul secolului al XX-a, când o combinație de probleme teoretice și dovezi experimentale au dovedit că lumina este, în fapt, și particulă, prin faptul că pare să interacționeze doar în pachete „cuantificate” discrete. Iată, așadar, un amestec de idei mai mult derutante decât uimitoare.

O idee foarte bună, la aflarea faptului că lumina se comportă ca o particulă, este să repetăm experimentul cu două fante, dar să menținem intensitatea luminii atât de scăzută, încât doar un singur foton trece prin fante la un moment dat. Dacă universul ar compătimi situația umană sau ar prețui în orice fel somnul fizicienilor, atunci rezultatul acestui experiment ar fi o transformare a modelului de interferență în două puncte, unul pentru fiecare fantă, căci fotonii nu mai au acum alți fotoni cu care să interfereze.




Lumina coerentă ce trece prin două (sau mai multe) fante generează un model de interferență, întrucât undele „interferează unele cu altele”. Același model se formează chiar și când un singur foton trece prin fante la un moment dat (deși durează mai mult să se formeze).


Când facem acest experiment, descoperim totuși că același model de interferență continuă să apară. În mod evident, fiecare foton interferează cu sine însuși, de parcă ar fi mers prin ambele fante; o realizare care este mai mult uimitoare decât orice altceva.

Această proprietate de „superpoziție” a fotonilor este cea care îi face fundamental cuantici și este responsabilă pentru interferență.  Un foton individual poate trece prin ambele fante și, deși nu putem vedea ambele versiuni ale fotonului, putem deduce că ambele au existat din modelul de interferență format.


Interferența dispare când o fantă este verificată

Se pare că, totuși, în cazul în care există o modalitate de a vedea care este fanta prin care a trecut fotonul, chiar dacă nu încercați să aflați, atunci nu există niciun tip de interferență. Dacă știți că fotonul a trecut prin fanta stângă (și nu contează cum știți), atunci punctul ce va apărea pe ecran nu va avea nicio contribuție de la fanta dreaptă.

De exemplu, dacă punem polarizatori perpendiculari în fața fantei, putem „marca” fotonii. Dacă fanta stângă este polarizată vertical, iar dreapta este orizontală, atunci nu există nicio interferență între fante; vedem două puncte, fiecare alcătuit din lumina dintr-o fantă particulară, cu o polarizare particulară. Nu trebuie să verificăm polarizarea fotonilor; simplul fapt că este posibil să știm cu siguranță din ce fantă a provenit fotonul (măsurându-l cu un polarizator) înseamnă că cele două căi sunt „diferențiabile”.

Dacă ambele fante au polarizatoare verticale, atunci toată lumina este polarizată vertical și nu există nicio modalitate de a spune din ce fantă a provenit fotonul. Deoarece polarizarea fotonilor este independentă de fanta prin care au trecut, vedem din nou un model de interferență. Merită observat faptul că acest lucru înseamnă că polarizatorii nu „deteriorează” starea fotonilor care trec prin ei. Modelele de interferență depind de capacitatea de a distinge fantele prin care ar putea trece fotonii.

Deci, acest lucru ar putea răspunde la întrebare. Putem întreba fiecare foton prin ce fantă a trecut măsurându-i polarizarea. Când polarizarea este folosită pentru a „marca” fotonii, aceștia își „amintesc” prin ce fantă au trecut și nu există niciun model de interferență. Când „nu își amintesc”, atunci există un model de interferență. Polarizarea fotonilor este folosită aici ca o „indicator” (eng. „pointer state”) și este o modalitate bună de a vorbi despre „memorie”.


Experimentul mental „prietenul lui Wigner”

De-a lungul secolului al XX-a am constatat că fotonii nu sunt speciali. Electroni, atomi, molecule cu mii de atomi, tot ce a fost vreodată testat direct a arătat interferență, precum și un comportament asemănător particulelor, la fel ca lumina. De fapt, cu durate de coerență de minute și cuplări cuantice stabilite între continente, se începe să se suspecteze că mecanica cuantică ar putea fi regula generală. Ce se întâmplă dacă totul, inclusiv noi, este un sistem cuantic? Cum se simte să fii într-o superpoziție a două stări, cum ar fi: mâncând înghețată de ciocolată și de vanilie în același timp?

În experimentul mental „Prietenul lui Wigner” (eng. „Wigner's friend”), prietenului i se cere să facă un fel de măsurătoare cuantică, cum ar fi deschiderea cutiei pisicii lui Schrödinger, și apoi să-i raporteze rezultatele lui Wigner puțin mai târziu. Întrebarea este: observarea pisicii de către prietenul lui Wigner „colapsează” starea acesteia sau prietenul și pisica ajung într-o superpoziție de stări împreună, vie/liniștit și moartă/îngrozit?

Din fericire este posibil să putem răspunde experimental la această întrebare fără a menționa conștiința mai mult decât o dată. Putem vorbi despre „indicatori”, în general, ca fiind „ceva care păstrează o dovadă fizică a rezultatului unei măsurători cuantice”, ceea ce poate include mințile conștiente, câinii dresați, tablele de scris, anumite aranjamente de pietre etc.

În „Respingerea experimentală a independenței de observator în lumea cuantică”, prietenul lui Wigner este un dispozitiv inteligent care măsoară și înregistrează polarizarea orizontală/verticală a unui foton pe altul, folosind o pereche de fotoni aflați în stare de inseparabilitate cuantică, lamele în sfert și jumătate de lungime de undă (care schimbă polarizarea luminii), oglinzi semi-reflectoare polarizante și detectoare de fotoni individuali. Acest prieten este închis într-un laborator izolat, în care informația nu poate intra sau ieși, precum cutia care conține pisica lui Schrödinger. Singura înregistrare a stării primului foton este al doilea foton. În cele din urmă, prietenul lui Wigner poate anunța lumea de afară că o măsurătoare a fost efectuată cu succes, fără a raporta rezultatul.




A, un foton, intră în laborator într-o stare necunoscută. Prietenul lui Wigner măsoară polarizarea orizontală /verticală a acestui foton prin crearea a doi fotoni cu aceeași polarizare, b și c.
Oglinda semi-reflectoare polarizantă reflectă întotdeauna lumina cu polarizare orizontală și lasă să treacă lumina verticală.
Dacă se întâmplă ca a și b să aibă aceeași polarizare, atunci un foton va părăsi fiecare parte a oglinzii, fie amândoi verticali (trecând prin ea) sau amândoi orizontali (fiind reflectați).

În acest caz, a și c au aceeași polarizare (căci a și b au aceeași polarizare), a în starea sa inițială, și c în aceeași stare; fotonul c poartă, așadar, o înregistrare fizică a stării lui a. b este folosit pentru a anunța o măsurătoare reușită (un succes este contorizat numai atunci când sunt detectați toți cei trei fotoni, în locul lor așteptat).
Deci, deși detectarea și înregistrarea nu au succes, de obicei, putem spune când funcționează.

Ne cam abatem puțin de la discuție, dar dacă sunteți interesați, puteți citi despre acest experiment aici sau puteți citi lucrarea originală aici.


Oricum, este suficient să spunem că:
· Fotonul a intră în laborator și este măsurat pe direcția orizontală/verticală, dar este lăsat neafectat. Indiferent dacă este orizontal sau vertical, sau , starea a este aceeași înainte și după trecerea prin laborator.
· Fotonii a și c ies din laborator, unde polarizarea lui c este o copie a rezultatului unei măsurători verticale/orizontale pe a. Putem verifica rezultatul experimentului (să zicem, două stări verticale) bazându-ne pe datele inițiale (o stare verticală).


· Nu există nicio altă înregistrare a stării. Acest experiment este șocant de simplu: se face o măsurătoare exactă verificabilă a unui foton, singura înregistrare a rezultatului este pe un alt foton, iar cei doi fotoni sunt eliberați.

Întrebarea este: ce face prietenul lui Wigner când i se oferă un foton polarizat pe diagonală, , care este în superpoziție cu stărilor de polarizare verticală și orizontală? Prietenul lui Wigner (al doilea foton), intră și el într-o superpoziție de stări.


Aceasta este o stare Bell! Înseamnă că fotonul inițial și fotonul ce reiese în urma măsurătorii sunt cuplați cuantic (în stare de inseparabilitate cuantică). Stările Bell sunt fenomene evident neclasice, foarte cuantice. A fi în această stare Bell înseamnă că și dacă a și c se află într-o superpoziție de stări, dacă mai târziu una se găsește a fi orizontală, atunci și cealaltă va fi la fel. Indiferent de rezultat, prietenul lui Wigner a efectuat măsurătoarea cu acuratețe și a văzut un singur rezultat.

În mod evident, măsurătoarea nu afectează stările, ci le cuplează cuantic. Rezultatul unei măsurători nu este un lucru obiectiv! Poate fi într-o superpoziție de stări, la fel ca orice altceva. Presupunând că legile cuantice sunt universale (par a fi), presupunând că amintirile noastre sunt stări indicatoare (ar fi greu să nu fie) și presupunând că este posibil să izolăm oameni din punct de vedere informațional (în cazul extrem de zero informație al experimentului), atunci putem descrie cum ar fi să fii prietenul lui Wigner.

Luând experimentul cu fotoni drept ghid, vom considera un laborator perfect izolat, care include o mașină de înghețată care face înghețată fie de vanilie, fie de ciocolată, în funcție de rezultatul polarizării unui singur foton.

Putem fi destul de siguri că dacă introducem un foton , atunci prietenul lui Wigner va mânca o superpoziție de arome .

Cu toate acestea, dacă l-ați întreba pe prietenul lui Wigner ce a experimentat, acesta vă va da un răspuns; fie vanilie, fie ciocolată, dar nu ambele. El nu experimentează superpoziția ca pe ceva ciudat.

În ultimii ani am reușit să stabilim legătura între continente folosind sateliți. Cu mult efort, am putea configura ceva asemănător între Pământ și Marte. Aici, pe Pământ, rezultatul măsurării acestor perechi cuplate ar putea fi folosit pentru alegerea înghețatei, iar de pe Marte, întrucât informația nu poate călătorii mai repede decât viteza luminii, s-ar putea deduce că cei de pe Pământ (cel care mănâncă înghețată, cel puțin) se află în superpoziție. Acest lucru nu este foarte util. Când întrebați „ce aromă ai obținut?”, veți primi un răspuns direct, non-cuantic. Însă, tehnic, ai putea spune că cineva de la capătul celălalt al perechii tale cuplate cuantic mănâncă o superpoziție de arome. Până când poți vorbi cu el. Chiar și dacă nu.



Traducere de Vladimir Lazăr după What if the particles... were conscious?, cu acordul autorului.

Puteți comenta folosind contul de pe site, de FB, Twitter sau Google ori ca vizitator (fără înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (aprobate de admin).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 


OK, conținutul site-ului a fost și va rămâne gratuit,
dar chiar ne-ar ajuta dacă ne-ai sprijini cu
o donaţie.


PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro