Kvantna prepletenost… OK – svi smo ukapirali da je svijet kvantne mehanike jaaakoo uvrnut, ali da je ovoliko pomaknut – e, to je bilo malo teže predvidjeti. ostoji – nedavno je dokazan – fenomen koji u engleskom jeziku ima naziv “quantum entanglement”, a kod nas još nema zvanično usvojenog termina, mada ga, prilično pravilno, prevode kao “kvantna povezanost”. Ja predlažem termin “kvantna prepletenost” čestica i molim prijatelje angliste da predlože termin za ovu pojavu.

Kvantna prepletenost predstavlja fenomen da su dvije čestice međusobno povezane, čak i kad se nalaze na velikoj udaljenosti. Einsteinova Specijalna teorija relativiteta na neki način predviđa kvantnu prepletenost, ali samom Einsteinu se ovaj koncept nije dopadao, bio je isuviše iracionalan za dobrog starog Einsteina, te je o ovome govorio kao o “spooky action at a distance”.

 

 

 

 

Zapravo, Einstein je nastojao pokazati kako sama talasna fukncija nije u stanju u potpunosti opisati fizičku realnost te da Kopenhagenška interpretacija kvantne teorije ne zadovoljava. Zapravo, kvantna prepletenost je rezultat Einsteinove polemike sa Nielsom Bohrom. Prema Kopenhagenškoj interpretaciji (pišem pridjev na -ski velikim slovom jer je to naziv teorije, neka neko provjeri da li treba veliko slovo), fizički sistemi nemaju definitivna svojstva sve dok se ne izvrši mjerenje. Sam čin mjerenja utječe na rezultate mjerenja (to je ona priča sa Schrodingerovom mačkom). Tvorci ove interpretacije su Niels Bohr i Werner Heisenberg, a ime je dobila po Kopenhagenškom institutu, gdje je Niels Bohr radio 1920, a Heisenberg mu bio asistent.

Kao da već nije dovoljno čudo to što tamo neko mjerenje kvantnih fenomena utječe na rezultate mjerenja, nego se pojavio EPR paradoks. Nazvan tako jer su ga smislili Albert Einstein, Boris Podolsky i Nathan Rosen (isti onaj Rosen po kojem se crvotočine zovu Einstein-Rosenov most), EPR paradoks kaže kako se čestice mogu izmjeriti mnogo preciznije nego što to dozvoljava Heisenbergov princip neodređenosti, a koji, da se podsjetimo, kaže da što jedno svojstvo čestice preciznije izmjerimo, to manje precizno možemo izmjeriti neko drugo svojstvo. Neka od svojstava čestica su angularni momenat, spin i pozicija.

Osim… osim ako mjerenje jedne čestice momentalno utječe na svojstva druge čestice tako što ga mijenja. To bi, opet, značilo da se informacija prenosi brzinom većom od brzine svjetlosti, što je nemoguće prema Teoriji relativiteta. Zato je Einstein ovu implikaciju nazvao spooky action at a distance i smatrao ju je nedostatkom Teorije relativiteta.

Postojanje kvantne prepletenosti kasnije je potvrđeno u brojnim eksperimentima, a Niels Bohr napravio odgovor Einsteinu, Podolskom i Rosenu te u njemu pokazao da ona ne narušava relativnost, odnosno da EPR paradoks ne stoji. On je smatrao da kvantna prepletenost između dvije čestice ne omogućuje bilo kojoj od njih (ili nekom obliku informacije) da se kreće između dva mjesta brzinom većom od brzine svjetlosti. Dvije čestice mogu biti povezane kvantnom prepletenošću, no to se nikada ne bi moglo koristiti za slanje signala s jednog mjesta na drugo brzinom većom od brzine svjetlosti jer je jedino što se razmjenjuje između dvije čestice njihovo unutarnje kvantno stanje, a ne prosljeđuju se nikakve vanjske informacije.

Priča o ovome mnogo je komplikovanija nego što je ovdje izneseno, kao i rasprava Einstein-Bohr, ali iz praktičnih razloga se nećemo time baviti ovdje i sada.

Ovo je zaista prilično sablasna ideja – dvije čestice povezane nekom gotovom natprirodnom silom mogu “telepatski” komunicirati. I ne samo to – taj čuveni spin čestica, “vrtnja” (uslovno rečeno) nije neka čvrsto definisana osobina, već kada se izmjeri spin jedne čestice, to znači da je spin druge, prepletene čestice, suprotan. Ako bismo opet izmjerili svojstva prve čestice i ako bi to drugo mjerenje dalo drugi rezultat nego prvo mjerenje, to bi značilo I da se svojstvo udaljene prepletene čestice promijenilo. A te dvije čestice mogu biti udaljene stotine i hiljade svjetlosnih godina jedna od druge, a zato je potrebno da se informacija prenosi brže od svjetlosti. Djeluje zaista fantomski.
Naravno, Einstein nije mogao svariti da se nešto može dešavati brzinom većom od brzine svjetlosti te je ponudio tvrdnju kako čestice sadrže skrivene informacije, tj. skrivene varijable, a te informacije su nastale u isto vrijeme kad i ove čestice.Onda je irski fizičar John Bell šezdesetih godina krenuo da testira ovu ideju i nadošao je na nešto što se zove “Bellova nejednakost” ili “Bellova teorema”.

 
John Bell, Source:CERN

Na Delft University of Technology je prije par mjeseci testiran odnos prepletenih čestica i pri tome je ovaj novi eksperiment izbjegao nedostatke prethodnih eksprimenata iz ove oblasti. Autori smatraju kako je eksperiment o kojem su “prepleli” fotone sa elektronima u kristalima dijamanta koji su se nalazili udaljeni 1.3km, na različitim dijelovima univerzitetskog kampusa. Zatim su fotone premjestili na treće mjesto, gdje su ove fotone “prepleli” što je uzrokovalo da i elektroni koji su prethodno bili povezani sa ovom fotonima, postanu međusobno prepleteni.

Prema novim radovima, izgleda da je simetrija prostor-vrijeme posljedica kvantne prepletenosti.

Svi koncepti koji se spominju kada se priča o ovim fantomskim pojavama – kvantna prepletenost, Bellova nejednakost, lokalni realizam – idu gotovo u metafiziku i jako su teški za shvatanje bez podrobnog razumijevanja kvantne teorije. Ipak, bilo bi mi veoma drago da zapamtite da postoje ovakvi fenomeni i da budete svjesni kako o njima naučnici upravo sad raspravljaju. Ne bi me iznenadilo da jedna od budućih Nobelovih nagrada iz fizike bude dodijeljena nekome iz ekipe koja je vodila ovaj delftski eksperiment ili nekome drugom ko se bavio ovim fenomenom.

Shvatanje kvantne povezanosti čestica bi moglo imati implikacija u sferi kriptografije i zaštite računara i mobilnih uređaja od hakiranja.