Τα παράλληλα σύμπαντα έχουν κβαντικό νόημα...

Ο David Deutsch στο πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και οι συνάδελφοι του έχουν 
δείξει ότι οι βασικές εξισώσεις της κβαντομηχανικής προκύπτουν από τα 
μαθηματικά των παράλληλων συμπάντων.
"Αυτή η εργασία είναι μία από τις σημαντικότερες εξελίξεις στην ιστορία της επιστήμης", 
λέει ο Andy Albrecht, ένας φυσικός στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Νταίηβις. 
Σε ένα παράλληλο σύμπαν, τουλάχιστον, θα είναι πολύ σπουδαία - αν είναι και σε μας 
θα περιμένουμε να φανεί.

Η ερμηνεία των "πολλών συμπάντων" των κβαντομηχανικής προτάθηκε πριν 50 χρόνια 
από τον Hugh Everett, ένα μεταπτυχιακό σπουδαστή στο πανεπιστήμιο του Princeton. 
Από το να εφαρμόσετε ένα σύνολο κανόνων στον υποατομικό κβαντικό σύμπαν και 
ένα άλλο στο μεγαλύτερης κλίμακας καθημερινό σύμπαν, όπως οι φυσικοί τείνουν να κάνουν, ο Everett ήθελε να εφαρμόσει τις κβαντομηχανικές εξισώσεις σε όλα 
τα επίπεδα. Αυτό βεβαίως είχε μερικές τρομακτικές συνέπειες.

Σύμφωνα με τους κβαντομηχανικούς, τα σωματίδια δεν έχουν αμετάβλητες ιδιότητες 
προτού να παρατηρηθούν. Αντιθέτως, τα σωματίδια περιγράφονται από "κυματοσυναρτήσεις" που αντιπροσωπεύουν πολλές - αμοιβαία αντιφατικές - ιδιότητες. 
Και μόνο όταν ένας παρατηρητής μετρά μια ιδιότητα το σωματίδιο 'κατασταλάζει' 
κάπως σε μία από αυτές τις πολλαπλές επιλογές. 
Το παράδοξο εξηγείται από τη γάτα του Schrödinger - το διάσημο νοητικό πείραμα 
στο οποίο μια γάτα μέσα σε ένα κιβώτιο μπορεί να ειπωθεί πως είναι και ζωντανή 
και νεκρή. Παραδοσιακά θεωρείται ότι η πράξη της παρατήρησης, όταν ανοίγουμε 
το κιβώτιο για να ελέγξουμε τη γάτα, είναι αυτή που την αναγκάζει να μπει σε 
μια κατάσταση, ζωντανή ή νεκρή.

Εάν, όπως υποστήριξε ο Everett, η κβαντομηχανική απευθύνεται σε ολόκληρο 
το σύμπαν, τότε πρέπει αυτή να υπάρχει, επίσης, σε ένα πλήθος ξεχωριστών καταστάσεων. 
Θα υπήρχε ένα "πολυσύμπαν" από παράλληλα σύμπαντα - ένα για κάθε φυσική δυνατότητα. Έτσι όταν ανοίγετε το κιβώτιο να δείτε τη γάτα του Schrödinger, 
το σύμπαν χωρίζεται, σχηματίζοντας δύο νέα "δικά σας" σύμπαντα - ένα του οποίου 
το μέλλον περιλαμβάνει την παρακολούθηση της ζωντανής γάτας και ένα άλλο που 
βλέπει τη νεκρή γάτα.

Η θεωρία αυτή δεν είχε τύχει της επιστημονικής καθιέρωσης σαν γελοίο για δεκαετίες, 
όμως τώρα το σενάριο του πολύ-σύμπαντος μπορεί επιτέλους να βγει από την ψύξη 
χάρις στην εργασία του Deutsch.

Η μεγαλύτερη κριτική που ισοπέδωσε τη θεωρία του πολυσύμπαντος ήταν όταν 
φάνηκε να χειροτερεύει τις εκβάσεις των κβαντικών πειραμάτων. Οι φυσικοί μπορούν 
να προβλέψουν την πιθανότητα να δουν μια ορισμένη έκβαση από ένα κβαντικό 
πείραμα από το τετράγωνο της κυματοσυνάρτησης του, σύμφωνα με το 
κανόνα του Born. Κανένας δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί αυτός ο κανόνας του Born, 
ταιριάζει απλά με τις πειραματικές παρατηρήσεις. Το πρόβλημα που αναδύθηκε 
αργότερα ήταν ότι ο κανόνας του Born φαινόταν να μην έχει καμία θέση 
στο πολυσύμπαν. Στην πραγματικότητα, δεν φάνηκε να υπάρχει κανένας χώρος για οποιεσδήποτε πιθανότητες, αναφέρει ο Deutsch.

"Πετάτε ένα νόμισμα, αλλά τι σημαίνει ότι η πιθανότητα να έρθουν γράμματα είναι 
50 τοις εκατό;" ρωτά ο Deutsch. "Σύμφωνα με τον Everett, και οι δύο εκβάσεις πρέπει 
να συμβούν."

Στα μέσα της δεκαετίας του '90, ο Deutsch ανέλαβε να βάλει την αβεβαιότητα που 
βλέπουμε στα πειράματα της κβαντομηχανικής πίσω στο σενάριο των πολλών 
συμπάντων. Τώρα δε, με την πρόσθετη εργασία από τους Simon Saunders και 
David Wallace, που ανήκουν επίσης στην Οξφόρδη, ο ίδιος θεωρεί ότι έχουν πετύχει 
τον στόχο τους. Το τέχνασμα τους είναι να εξετάσουν ένα κβαντικό πείραμα 
αποκλείοντας τη θεωρία της πιθανότητας και αποδεχόμενοι την ερμηνεία του πολυ-σύμπαντος.

Το πολυσύμπαν δημιουργεί μια διακλαδιζόμενη δομή, που δημιουργείται καθώς το 
σύμπαν διασπάται σε παράλληλες εκδόσεις του. Το πάχος των κλάδων μπορεί να υπολογιστεί απλώς χρησιμοποιώντας τις αιτιοκρατικές εξισώσεις, απομακρύνοντας 
τις αβεβαιότητες που συνδέονται συνήθως με την κβαντική φυσική. Αυτό που βρήκε 
η παρέα της Οξφόρδης είναι ότι η διακλαδιζόμενη δομή αναπαράγει ακριβώς 
τις ιδιαίτερες πιθανότητες που προβλέπονται από τον κανόνα του Born. 
Η διακλάδωση δίνει επίσης την παραίσθηση των πιθανολογικών εκβάσεων 
στις μετρήσεις.

Ο Deutsch θεωρεί ότι αυτό λύνει το πρόβλημα της προέλευσης της κβαντικής 
πιθανότητας μια για πάντα. "Οι πιθανότητες θεωρήθηκαν ως το μεγαλύτερο 
πρόβλημα για τον Everett, αλλά κατά ειρωνικό τρόπο, είναι τώρα η ισχυρότερη 
επιτυχία του", λέει.

"Έχουμε ξεκαθαρίσει τα σκοτάδια και λύσαμε το πρόβλημα με μια μια καθαρή 
απόφαση ότι η θεωρία του Everett δουλεύει", λέει ο Saunders, που παρουσίασε 
την εργασία του με τον Wallace στο Ίδρυμα για τη θεωρητική φυσική στο Βατερλώ 
του Καναδά, πριν λίγες μέρες. "Είναι μια δραματική ανακύκλωση και αυτό σημαίνει 
ότι οι άνθρωποι πρέπει τώρα να συζητήσουν τον Everett σοβαρά."

Ο Albrecht συμφωνεί ότι η εργασία αυτή θα ανακατέψει τους κόσμους των φυσικών. 
"Πολλοί άνθρωποι ανησυχούν για τις πιθανότητες στην καρδιά της κβαντομηχανικής 
και προσπαθούν να ξεφορτωθούν την κβαντομηχανική εξ αιτίας τους", διευκρινίζει. 
"Αλλά αυτό ενισχύει αρκετά τη θεμελιώδη θέση της κβαντομηχανικής για την 
κατανόηση του φυσικού σύμπαντος."

Ο David Papineau, ένας φιλόσοφος της φυσικής στο Βασιλικό Κολέγιο του Λονδίνου, 
λέει ότι ο ίδιος μεταστράφηκε από σκεπτικιστής για τα πολλά σύμπαντα σε πιστός της θεωρίας αυτής, που βασίζεται στην δυνατότητά της μια ημέρα να λύσει αυτόν τον 
γρίφο των κβαντικών πιθανοτήτων. Προσθέτει, εν τούτοις, ότι η εργασία από 
τους Deutsch, Wallace και Saunders θα πρέπει να διερευνηθεί τώρα. 
"Είναι ένα φιλόδοξο ζήτημα και γι αυτό πρέπει να είμαστε προσεκτικοί", λέει. 
Για τον Papineau, το πρόβλημα είναι εάν η πίστη στους παράλληλους κόσμους θα 
έχει επιπτώσεις στον τρόπο που ζούμε την καθημερινή ζωή μας.

Ο γνωστός Max Tegmark στο Τεχνολογικό Ίδρυμα της Μασαχουσέτης είναι από 
καιρό ένας φαν του πολυσύμπαντος σεναρίου. Αλλά ενώ πιστεύει ότι η νέα εργασία 
για την πιθανότητα πρέπει να πείσει τους φυσικούς για τον ρεαλισμό της, 
δεν θα είναι ποτέ αρκετή για να κερδίσει τους αδιάλλακτους σκεπτικιστές. 
"Η κριτική των πολλών συμπάντων απλά μετατοπίζεται από το "δεν έχει κανένα 
νόημα και τη μισώ" στο "τη μισώ", εξηγεί.

Ο David Albert, φιλόσοφος κι αυτός της φυσικής στο πανεπιστήμιο Κολούμπια στη 
Νέα Υόρκη, είναι δύσπιστος. 
Υποστηρίζει ότι υπάρχει λόγος να είναι προσεκτικός κανείς. 
"Όταν ακούτε αρχικά για αυτό το ζήτημα αισθάνεστε πλήρης ευφορίας", αναφέρει. 
"Αλλά έπειτα σκέφτεστε, ίσως αυτό είναι πάρα πολύ καλό για να είναι αληθινό." 
Ο ίδιος θεωρεί ότι είναι άσχετο ότι ο Deutsch και οι συνάδελφοί του μπορούν να 
δείξουν ότι τα διακλαδιζόμενα σύμπαντα δίνουν την παραίσθηση των πιθανολογικών εκβάσεων στις μετρήσεις. Αυτό που θέλουμε πραγματικά να ξέρουμε, λέει ο 
David Albert, είναι γιατί συμβαίνει αρχικά αυτή η διακλάδωση. 
"Έχουν απαντήσει σε μια ερώτηση, αλλά νομίζω ότι είναι η λανθασμένη 
ερώτηση," λέει.

Ο Wojciech Zurek στο Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos στο New Mexico θεωρεί 
ότι ο κανόνας του Born είναι ακριβώς η σωστή ερώτηση. Εντούτοις, θεωρεί ότι 
μπορεί να απαντηθεί χωρίς προσφυγή στους παράλληλους Κόσμους. 
Ο Zurek επισημαίνει ότι ο Everett δεν χρησιμοποίησε ποτέ τον όρο "πολλά σύμπαντα" 
στις εργασίες του, και λέει ότι η εργασία του μπορεί να ερμηνευθεί με λιγότερο αμφισβητούμενους τρόπους.

Ο Zurek εμπνέεται επίσης από τις ιδέες του Everett, ιδιαίτερα την διορατικότητά του 
ότι οι κβαντομηχανικοί πρέπει να απευθύνονται σε ολόκληρο το σύμπαν παρά σε μια περιορισμένη κβαντική σφαίρα. Ερμηνεύει αυτό για να δείξει ότι η κβαντική διεμπλοκή 
- η διαδικασία στην οποία τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να γίνουν περίπλοκα συνδεδεμένα και να ενεργούν σε συμφωνία ανεξάρτητα από το πόσο μακριά είναι 
- είναι ένα θεμελιώδες συστατικό της κβαντικής φυσικής. 
Ο Zurek ήδη έχει χρησιμοποιήσει αυτήν την ιδιότητα για να εξηγήσει γιατί βλέπουμε 
μια ενιαία αντικειμενική πραγματικότητα όταν κάνουμε μια μέτρηση μιας κβαντικής κατάστασης. Ο Zurek ισχυρίζεται ότι η διεμπλοκή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί 
για να παραγάγει τον κανόνα του Born.

Για τον Tegmark, το γεγονός ότι τα πολλά σύμπαντα προκαλούν τέτοια συζήτηση, 
50 χρόνια μετά από τη σύλληψή του, είναι ένας θρίαμβος για αυτή τη θεωρία. 
Θεωρεί δε ότι οι φυσικοί που ενδιαφέρονται για τον κβαντικό υπολογισμό και την 
κοσμολογία αναθερμαίνουν τώρα το ενδιαφέρον τους για τη θεωρία αυτή. 
Θα είναι όμως η πλειοψηφία των φυσικών με το μέρος 
των πολλαπλών συμπάντων; 
"Αυτό εξαρτάται σε ποιό παράλληλο σύμπαν ζείτε μέσα", λέει.

Όπως και η γάτα του Schrödinger, έστω ότι είστε κλειδωμένοι σε ένα κιβώτιο με 
ένα φιαλίδιο δηλητηριώδους αερίου. Εάν ένα ραδιενεργό άτομο αποσυντεθεί προτού 
να ανοίξει κάποιος το κιβώτιο για να σας παρατηρήσει, θα απελευθερωθεί το αέριο. Σύμφωνα με την εικόνα του πολυσύμπαντος, εσείς θα "ζείτε" σε ένα σύμπαν, 
επειδή το άτομο δεν θα έχει διασπαστεί εκεί, και σε ένα άλλο σύμπαν θα πεθάνετε. 
Έτσι λοιπόν, μήπως δεν θα έπρεπε να ανησυχείτε;

NewScientist

http://www.physics4u.gr/articles/2007/parallel_universes_quantum_sense.html