A fénynél is gyorsabban IV.

A Multiverzum-értelmezés (Many-Worlds Theory)

Az értelmezés szerint a hullámfüggvény valójában soha nem omlik teljesen össze -legalábbis ami a létező világok összességét jelenti -, viszont minden egyes megfigyelő, aki eltérő eredményt tapasztal, azonnal egy új, független téridőbe kerül, amelynek nincs többé kapcsolata a következő megfigyelők világegyetemével.

Más szavakkal, a világegyetem “elágazik”, vagy kettéválik minden olyan esetben, amikor egy megfigyelés kikényszeríti a hullámfüggvény látszólagos összeomlását. Tehát Schrödinger macskája esetében legalább két világegyetem születik; az egyikben a macska tovább él, és mindenki, aki megfigyeli, élőnek látja; míg a másikban házi kedvencünk a cica-mennyországban kergeti tovább az egereket. Ettől függetlenül a hullámfüggvény sértetlen marad, de csak a multiverzum szintjén értelmezve: az egyes elágazó univerzumok annak összeomlott állapotát tapasztalják.

Ahogy azt látni fogjuk, a kísérlet értelmezésének analógiája nagyon sok esetben fontos szerepet játszik majd az interferencia-kép értelmezésében; most visszatérünk a parányi részecskék világába, és megvizsgáljuk, milyen trükkös és érdekes eredményekhez vezet, ha egy kicsit “megbolondítjuk” a korábban ismertetett, klasszikus kétrés-kísérletet.

A Kvantumradír (quantum-eraser) kísérletek

Mint azt már említettük, a kutatók kezdték egyre inkább úgy látni, hogy a “melyik-rés”, vagy “melyik-útvonal” közvetlen vagy közvetett megismerésével – vagy talán még megismerés nélküli, műszeres érzékelésével is – óhatatlanul összeomlik az interferencia-kép, mindegy, mennyire jelentéktelen a mérés fizikai hatása az interferáló részecskékre nézve.

Ekkor felvetődött, hogy mit történne, ha “megjelölnénk” vagy térben elkülönítenénk a szabadon mozgó részecskéket, de mielőtt megpróbálnánk a jelölés alapján kitalálni az útvonalukat, ismét “összekevernénk” őket, és így vetülnének a képernyőre.

Más szavakkal, mi történne, ha lehetőséget teremtenénk a “melyik-rés”, vagy “melyik-útvonal” megismerésére, de végül nem használnánk azt ki? Mi lenne, ha “eltörölnénk” ismereteinket, mielőtt azok birtokába juthatnánk?

Ennek egy nagyon egyszerű módja az, ha például másként polarizáljuk az egyik, illetve a másik résen áthaladó fotonokat (függőlegesen vagy vízszintesen), de mielőtt az ernyőre vetülnének, egy ellentétes, de szimmetrikus polarizációs szűrővel ismét összekeverjük őket. (A polarizációs szűrők ma már meglehetősen hétköznapiak, olyannyira, hogy a kísérletet “házilag” is el lehet végezni; a 3-dimenziós mozikban is ilyeneket használnak a két szemünk számára a képek szétválasztására).

Nos, a Kvantumradír kísérletek újabb meglepő eredményt hoztak; noha a részecskéket megjelöltük a polarizációval, vagyis “megmértük” őket, de aztán eldobtuk a mérési eredményt, mielőtt azt megismerhettük volna, így az interferencia-kép újra megjelent az ernyőn. Egy újabb, kristálytisztának tűnő érv amellett, hogy nem a mérés, hanem mi magunk – a megfigyelők – omlasztjuk össze a hullámfüggvényt, ha “kikényszerítjük” az egyértelmű eredményt.

Ekkor azonban a fizikusoknak egy ördögi ötlete támadt – mi lenne, ha kigúnyolnánk az éppen rajtunk nevető világegyetemet, és saját maga ellen fordítanánk ezt a tényt? Mi lenne, ha a megfigyelést akkor végeznénk el, amikor a részecskék már nem tudnak ellene semmit sem tenni? Ez vezetett az ún. “Késleltetett választásos kvantumradír-kísérletekhez” – amelyek – mint az sejthető – nem várt és elképesztő eredménnyel zárultak.

A tanulság, hogy a világegyetemet nem lehet csak úgy “kigúnyolni”, úgy tűnik, bármennyit is csavarunk és trükközünk, mindig előáll valamivel, amire senki nem számított.

Intergalaktikus késleltetett-választásos kvantumradír

Képzeljük el, hogy egy több milliárd fényévnyire lévő naprendszer bolygójáról néhány foton valamikor (több milliárd éve) kisugárzódott a Föld irányába. Csakhogy a távoli csillag és a Föld között egy óriási, hatalmas tömegű galaxis lustálkodik.

Az ilyen hatalmas tömegű galaxisokról köztudott, hogy általában szupermasszív fekete lyukak találhatóak a középpontjukban, és erősen meggörbítik a teret (erről a jelenségről fotóink is vannak, tehát nagyon is létező); elhajlítják a mellettük elhaladó fény útját, és végső soron gigantikus méretű, gravitációs “lencseként” viselkednek. Így aztán lehetőségünk van olyan, jóval távolabbi csillagokat, bolygókat vagy égitesteket is megpillantani, amik egyébként takarásban lennének.

Felismerhetjük, hogy ez az elrendezés tulajdonképpen egy óriási tér- és időbeli méretű kétrés-kísérlet, amelyben a távoli csillagról vagy bolygóról útnak indult foton elhaladhat a galaxis egyik oldalán, vagy a másikon – esetleg mindkettőn egyszerre.

Ne felejtsük el, hogy a fény, vagyis a fotonok erről a távoli, nagyon távoli bolygóról vagy csillagról már több milliárd éve úton vannak, és a gravitációs lencseként viselkedő galaxis mellett is hasonlóan hosszú ideje elhaladtak.

Mi viszont most, a jelenben dönthetünk arról, hogy tudni akarjuk-e, melyik utat választották, vagy meghagyjuk a szabadságukat, amely szerint egyszerre mindkét oldalon is jöhettek. Csakhogy ez, mint objektív tény, már milliárd évekkel ezelőtt el kellet, hogy dőljön.

A következtetés elkerülhetetlen – döntésünkkel ezen több milliárd év történetét írhatjuk újra, vagy változtathatjuk meg, esetleg alakíthatjuk ki, értelmezés szerint. Hiszen, ha távcsöveinkkel ráfókuszálunk a galaxis két szélére, akkor mindig csakis az egyik oldalon fogjuk látni a fotonok felvillanását, vagyis több milliárd éve is azok csakis azon az egy jól meghatározott úton “repülhettek” át felénk a térben. Ha viszont hagyjuk őket az interferencia-ernyőre esni, akkor interferncia-képet alakítanak ki, ami csak úgy lehetséges – ismét – ha egyszerre mindkét úton jöhettek.

Valóban képesek lennénk erre? Megváltoztatjuk, vagy csak kialakítjuk az eddig határozatlan múltat?

A Wheeler-féle értelmezés

A fenti (gondolat) kísérlet egyik legismertebb elemzője, és részben kitalálója, Wheeler szerint megváltoztatni ugyan nem vagyunk képesek visszamenőleg a múltat (ezzel megúsztuk a logikai paradoxont), viszont kialakítani azt igen.

Wheeler így fogalmaz – “The past does not exist until measured in the present” (A múlt nem létezik, amíg meg nem mérjük a jelenben).

Vagyis, a múlt tetszőlegesen képlékeny, amíg mi meg nem próbáljuk megismerni azt; és (mint például a galaktikus méretű gondolatkísérletben) a fotonok egyszerre repülnek csak az egyik oldalon, csak a másikon, és mindkét oldalon egyszerre. Vagyis, a valóság a lehetőségek szuperpozíciója, egészen addig, amíg meg nem figyeljük.

Wheeler értelmezése meghökkentő, de logikus. (Eddig.) Egyetlen alternatívája a Bohm nevéhez köthető, ún. “pilot-wave theory”, amelyben a részecskék és a valószínűségi hullám függetlenek egymástól. Mindkét elképzelést nagy próbatétel elé állították azonban a legújabb, összefonódott részecske-párokkal kombinált, késleltetett választásos kvantumradír-kísérletek. Ezeknek számos változata létezik, de a lényegük ugyanaz – kideríteni, mi történik akkor, ha egyszerre van lehetőségünk megfigyelni egy részecskepár-ikrek valamelyikének jelenbéli viselkedését, és összehasonlítani mindezt az ettől függetlennek tekintett, késleltetett választásunkkal az ikerpár másik tagján. A kísérlet elsőre bonyolultnak tűnik, de ne ijedjünk meg tőle.

Lássuk az igazi nagyágyút!

Összefonódott részecskepárok késleltetett választásos kvantumradír-kísérlete

Ezt a döbbenetes eredményekhez vezető kísérletet 1982 és 1999 között Yoon-Ho Kim, R. Yu, S.P. Kulik, Y.H. Shih, and Marlan O. Scully tervezték meg és hajtották végre.

A következő történik. Először is, a kísérlet “lelke”, a forrás egy olyan ultraibolya lézer, amely képes a fotonokat egyenként kilőni magából. Az UV- fotonok ezután szabadon átrepülnek (mindenfajta mérés, vagy útvonal-meghatározás nélkül) egy kétréses apparátuson, ami után rögtön egy különleges kristályba ütköznek (bármelyik résen is haladtak át).

Ez a különleges kristály egy nemlineáris (BBO) optikai elem, amely kettéhasítja az UV-fotont két, különböző irányban kirepülő infravörös fotonná, amelyek tökéletesen összefonódott állapotban repülnek tovább a térben.

Nagyon fontos, hogy a párkeltést végző kristály (közvetlenül a kétrés-apparátus után) mind az “alsó”, mind pedig a “felső” nyíláson látszólag áthaladó eredeti, UV-fotont kétfelé bontja.

Az ikerpárok tagjai azonban eltérő szögben hagyják el a nemlineáris kristályt; a pár egyik tagja a képen felfelé, a másik pedig lefelé térítődik el a párkeltés pillanatában. A képen felfelé vetülő ikreket “szignál”, a lefelé vetődő ikreket pedig “másoló” (idler) fotonoknak nevezzük.

Másképp fogalmazva, ha az idler (“másoló”) ikertestvéreket is rekombináljuk egymással, és nem próbáljuk meg kitalálni azok útvonalát, akkor a szignál fotonok találkozási helyén mindenképpen tiszta és zavartalan interferencia-képet kell, hogy kapjunk.

Folyt. köv.

Nagy Gergely