Το παράδοξο αποτέλεσμα του «πειράματος των δύο σχισμών» τελικά είναι ακόμη πιο παράδοξο
- Λεπτομέρειες
- Κατηγορία: Πέραν της φυσικής
- Τελευταία Ενημέρωση στις Παρασκευή, 01 Μαρτίου 2019 02:19
- Δημοσιεύτηκε στις Τρίτη, 07 Αυγούστου 2018 22:01
- Γράφτηκε από τον/την Χριστόφορος Χιονίδης
Απόσπασμα: Πρόσφατα, Αυστραλοί επιστήμονες από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας επανέλαβαν το δεύτερο πείραμα με τη διαφορά ότι χρησιμοποίησαν ένα άτομο ηλίου αντί για φωτόνια η ηλεκτρόνια, το οποίο ονομάστηκε «Πείραμα του Wheeler με καθυστέρηση επιλογής με ένα άτομο ύλης», τα αποτελέσματα του οποίου θέτουν απαράμιλλα φιλοσοφικά ερωτήματα για την πραγματικότητα στην οποία ζούμε, αποδεικνύοντας κυριολεκτικά, όπως λένε οι επιστήμονες, ότι η δεδομένη πραγματικότητα δεν υφίσταται παρά μόνο μέχρι να την παρατηρήσουμε.
Το πρώτο πείραμα – «Το πείραμα των δύο σχισμών»
Στο γνωστό πείραμα της κβαντικής φυσικής το οποίο ονομάστηκε «το πείραμα των δύο σχισμών», το οποίο πυροδότησε την ανακάλυψη, έρευνα και εξέλιξη της κβαντικής φυσικής, αποδείχθηκε πως το φως συμπεριφέρεται ως κύμα (παράγοντας κυματομορφή με μοτίβο συμβολής όταν περνάει μέσα από τις δύο σχισμές) όταν δεν παρατηρούμε τη διεργασία του μέσω των σχισμών, αλλά ταυτόχρονα συμπεριφέρεται και ως μεμονωμένα σωματίδια (φωτόνια) όταν το παρατηρούμε, χωρίς να παράγει καμία κυματομορφή (κατάρρευση κυματομορφής και μοτίβου συμβολής). Με άλλα λόγια, η παρατήρηση και μόνο αλλάζει τη βάση της πραγματικότητας του παρατηρούμενου, που στην προκειμένη περίπτωση είναι οι ιδιότητες του φωτός. [1]
Σε αυτό το πείραμα ανακαλύφθηκε επίσης ότι ακόμη και όταν μεμονωμένα φωτόνια στάλθηκαν να περάσουν με σειρά, ένα-ένα στις σχισμές, ακόμη και τότε εμφανιζόταν μοτίβο συμβολής, που σημαίνει πως το κάθε φωτόνιο συμπεριφερόταν ως κύμα και περνούσε και από τις δύο σχισμές, ταυτόχρονα!
Παρατηρώντας όμως με ανιχνευτές την πορεία του φωτονίου για να γίνει κατανοητό από πια σχισμή πέρασε, έχει ως αποτέλεσμα τη συμπεριφορά του φωτονίου ως μεμονωμένο σωματίδιο, με αποτέλεσμα την κατάρρευση της κυματομορφής και του μοτίβου συμβολής. Το ίδιο πείραμα πραγματοποιήθηκε και με ηλεκτρόνια αντί για φωτόνια, και το αποτέλεσμα ήταν ακριβώς το ίδιο.
Βίντεο επεξήγησης του πρώτου πειράματος:
Υπάρχει και ένα άλλο παλαιότερο βίντεο το οποίο τα εξηγεί πιο απλά και ίσως είναι περισσότερο κατανοητό (αγγλικό animation, με ελληνικούς υπότιτλους) → youtube.com/watch?v=GnK_RfhlRRI
Οι επιστήμονες για να καταλάβουν τι συμβαίνει, μετά από καιρό χώνεψης (δίχως επιτυχία) αυτού του φαινομένου, σκέφτηκαν να τελέσουν ένα δεύτερο πείραμα, τροποποιημένο, που θα τους επέτρεπε να αποκτήσουν περισσότερες πληροφορίες.
Το δεύτερο πείραμα – «Πείραμα με καθυστέρηση επιλογής» του John Wheeler
Οι επιστήμονες, μένοντας με την απορία αυτού του παράδοξου φαινομένου, σκέφτηκαν να κάνουν ένα δεύτερο πείραμα το οποίο ονόμασαν «Πείραμα με καθυστέρηση επιλογής» του John Wheeler, το αποτέλεσμα του οποίου είναι ακόμη πιο παράδοξο μιας και χρησιμοποίησαν ένα σύστημα καθυστέρησης επιλογής για να δώσουν τη δυνατότητα στο σωματίδιο να επιλέξει τη φύση του, δηλαδή να δράσει ως σωματίδιο ή κύμα και για να δούνε πώς και από πια σχισμή θα περάσει.
Τοποθέτησαν ειδικούς κρυστάλλους σε κάθε σχισμή, για να χωρίζουν τα εισερχόμενα φωτόνια μετατρέποντάς τα σε ζεύγη φωτονίων. Το ένα από αυτά τα φωτόνια συνεχίζει κατευθείαν στις σχισμές χωρίς να παρατηρηθεί, για να δράση ως κύμα και να δημιουργήσει το τυπικό μοτίβο παρεμβολής, ενώ το άλλο περνάει από ανιχνευτή. Με αυτόν τον τρόπο οι επιστήμονες θεώρησαν πως θα μπορέσουν να παρατηρήσουν και να κατανοήσουν την παράδοξη συμπεριφορά των φωτονίων. Αυτό που ανακάλυψαν όμως ήταν και πάλι ακόμη πιο παράδοξο.
Ακόμη και αν το δεύτερο φωτόνιο ανιχνευθεί αφού το πρώτο φωτόνιο περάσει τις σχισμές χωρίς την ανίχνευσή του, η κυματομορφή και το μοτίβο συμβολής καταρρέουν. Το αποτέλεσμα ήταν πως δεν κατάφεραν να βρουν τις απαντήσεις για τα αποτελέσματα του πρώτου πειράματος με επακόλουθο να γεννηθούν ακόμη περισσότερα ερωτήματα. Το ίδιο πείραμα πραγματοποιήθηκε και με ηλεκτρόνια αντί για φωτόνια, και ξανά το αποτέλεσμα ήταν ακριβώς το ίδιο.
Το δεύτερο πείραμα αποδεικνύει πως τα κβαντικά συστήματα στα οποία βασίζονται αυτές οι ιδιότητες μπορούν να διαγράφουν ή/και να αλλάζουν δεδομένα που συνέβησαν σε προηγούμενο χρονικό διάστημα, πριν καν αρχίσει η παρατήρηση. Αυτό σημαίνει ότι η παρατήρηση ενός φωτονίου ή ηλεκτρονίου μπορεί να αλλάξει σχετικά με αυτό γεγονότα που έχουν ήδη συμβεί σε προηγούμενο χρονικό διάστημα.
Το πιο πρόσφατο πείραμα – «Πείραμα του Wheeler με καθυστέρηση επιλογής με ένα άτομο ύλης»
Πρόσφατα, Αυστραλοί επιστήμονες που αποτελούσαν την ομάδα του καθηγητή Andrew Truscott, στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας, επανέλαβαν το δεύτερο πείραμα με τη διαφορά ότι χρησιμοποίησαν ένα άτομο ηλίου αντί για φωτόνια η ηλεκτρόνια, το οποίο ονομάστηκε «Πείραμα του Wheeler με καθυστέρηση επιλογής με ένα άτομο ύλης», τα αποτελέσματα του οποίου θέτουν απαράμιλλα φιλοσοφικά ερωτήματα για την πραγματικότητα στην οποία ζούμε, αποδεικνύοντας κυριολεκτικά, όπως λένε οι επιστήμονες, ότι η δεδομένη πραγματικότητα δεν υφίσταται, παρά μόνο μέχρι να την παρατηρήσουμε. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Νature.com.
Για να χρησιμοποιήσουν μόνο ένα άτομο ηλίου την κάθε φορά, η ομάδα του καθηγητή Truscott συνέλεγε άτομα ηλίου σε κατάσταση αναστολής γνωστή ως συμπύκνωμα Bose-Einstein για να τα εκβάλλει μέχρι να απομείνει μόνο ένα άτομο. Στη συνέχεια, τα μοναδικά άτομα απελευθερώνονταν σε ειδικά διαμορφωμένο ζεύγος ακτίνων λέιζερ το οποίο τους βοήθησε να κατευθύνουν τα άτομα και στην τελική να αναγνωρίσουν το μοτίβο που αυτά δημιουργούσαν, μέσω μιας τεχνικής που επέτρεπε στους ερευνητές να προσδιορίζουν την τελική θέση του ατόμου, η οποία δεν επηρεαζόταν από τα φωτόνια του λέιζερ αλλά μόνο από τις ιδιότητες του ατόμου. Το αποτέλεσμα ήταν ίδιο με τα προηγούμενα πειράματα, υπήρχε το μοτίβο συμβολής όταν δεν υπήρχε παρατήρηση, και κατάρρευση του μοτίβου όταν γινόταν παρατήρηση. [2]
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η συμπεριφορά των ατόμων ήταν ίδια με αυτή των φωτονίων και των ηλεκτρονίων, όπως αυτά συμπεριφέρονταν και στα προηγούμενα πειράματα. Αυτό σημαίνει ότι τα περισσότερα άτομα ύλης που υπάρχουν, αν όχι όλα, συμπεριφέρονται ως μεμονωμένα σωματίδια όταν τα παρατηρούμε, αλλά και ως κύματα ενέργειας όταν δεν τα παρατηρούμε, με κυριολεκτικά απροσδιόριστη θέση (Αρχή της απροσδιοριστίας). Αυτό είναι εντελώς αντίθετο με την κλασική φυσική, στην οποία θεωρείται ότι τα σωματίδια της ύλης μπορούν να έχουν μόνο μία υπόσταση.
Η επιστημονική ιστοσελίδα «ScienceDaily» γράφει για το πείραμα, με τίτλο «Πείραμα επιβεβαιώνει την παραξενιά της κβαντικής θεωρίας» [3] :
«Η παράξενη φύση της πραγματικότητας, όπως διατυπώνεται από την κβαντική θεωρία, επέζησε από άλλη μια δοκιμασία, με επιστήμονες να εκτελούν ένα διάσημο πείραμα αποδεικνύοντας ότι η πραγματικότητα δεν υφίσταται έως ότου να μετρηθεί.»
Ο Αναπληρωτής Καθηγητής Andrew Truscott, της Σχολής Έρευνας της Φυσικής και της Μηχανικής, του Εθνικού Πανεπιστημίου της Αυστραλίας, και οργανωτικό μέλος της έρευνας, ανέφερε:
«Αυτό αποδεικνύει ότι η μέτρηση είναι το παν. Σε κβαντικό επίπεδο, η πραγματικότητα δεν υπάρχει εάν δεν την παρατηρείς.»
Σημείωση: Πιθανόν πολλοί να σκεφτούν ότι η παρατήρηση με τα ειδικά όργανα ίσως να επηρεάζει τις ιδιότητες των στοιχείων (σωματίδια / κύματα) και για αυτόν το λόγο γίνεται κατάρρευση του μοτίβου συμβολής, αυτή η πιθανότητα όμως είναι αποκλεισμένη διότι έχει προβλεφθεί και τα όργανα παρατήρησης είχαν τοποθετηθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι αδύνατον να επηρεάσουν φυσικά την οποιαδήποτε συμπεριφορά των στοιχείων.
Πιθανή φιλοσοφική ερμηνεία του φαινομένου και ή επίσημη θέση της επιστήμης
Σύμφωνα με αυτά τα πειράματα, ειδικά το τελευταίο που σχετίζεται άμεσα με τον υλικό κόσμο μιας και χρησιμοποιήθηκε ξεκάθαρα άτομο ύλης, όπως και ένα πείραμα που διεξήχθη το 1999 όπου χρησιμοποιήθηκε μόριο του άνθρακα αποτελούμενο από 60 άτομα, τα δεδομένα δείχνουν ότι η συνείδηση πιθανότατα είναι αναπόσπαστο μέρος της πραγματικότητας και του υλικού κόσμου στον οποίο αυτή συν-υπάρχει και συν-δημιουργεί.
Βέβαια, η επίσημη θέση της επιστήμης της Κβαντικής Μηχανικής, η οποία δίνεται από τη «στάνταρ» εκδοχή της σχολής της Κοπεγχάγης και έχει ως βάση την απλοποίηση του προβλήματος προωθώντας το σε μαθηματική ανάλυση και όχι φιλοσοφική, είναι περιληπτικά η ακόλουθη: Η εξήγηση για το παράδοξο φαινόμενο δεν υπάρχει και δεν πρέπει να δίνεται λόγος διερεύνησης ως προς το τι συμβαίνει. Ο τρόπος που περιγράφεται το σύστημα με μαθηματικό τρόπο είναι επαρκής. Σύμφωνα με τον Νιλς Μπορ, ο οποίος ήταν μέλος της σχολής της Κοπεγχάγης και ένας από τους πατέρες της Κβαντικής Μηχανικής, ένα αντικείμενο δεν δύναται να είναι ταυτόχρονα σωματίδιο ή κύμα. Μπορεί να είναι μόνο ένα από τα δύο και αυτό μπορεί να εξαρτηθεί μόνο από το εάν το παρατηρούμε η όχι. [4]
Παραπομπές:
- ↑ «Πείραμα των δύο σχισμών». Βικιπαίδεια. Βικιπαίδεια, 7 Μαΐου 2017, <el.wikipedia.org/wiki/Πείραμα_των_δύο_σχισμών>.
- ↑ A. G. Manning, R. I. Khakimov, R. G. Dall, A. G. Truscott. Wheeler's delayed-choice gedanken experiment with a single atom. Nature Physics, 2015; DOI: 10.1038/nphys3343.
- ↑ Australian National University. «Experiment confirms quantum theory weirdness.» ScienceDaily. ScienceDaily, 27 Μαΐου 2015. <www.sciencedaily.com/releases/2015/05/150527103110.htm>.
- ↑ David Cassidy (2008). «Quantum Mechanics 1925–1927: Triumph of the Copenhagen Interpretation». American Institute of Physics. Ανακτήθηκε στις 7 Αυγ 2018.
Διαβάστε επίσης: Η σημασία και το μέγεθός σου στο χωροχρόνο (σύμπαν) είναι σχετικά, όχι ασήμαντα