SG.hu·
Lehet, hogy az idő csak illúzió
"Az idő illúzió - Az ebédidő kétszeresen az" - jegyezték meg Douglas Adams Galaxis útikalauz stopposoknak című könyvében. Az első állításra talán igazolást is kapunk, legalábbis az univerzum egy modellje szerint, amit két fényrészecskéből alkottak meg. A kísérlet azt igyekszik bizonyítani, hogy az általunk az idő múlásaként érzékelt jelenség a kvantum-összefonódásból keletkezhet. A felfedezés segíthet a modern fizika egységesítésének régóta fennálló problémájának megoldásában. Az ebédidővel kapcsolatos fejtegetés bizonyítására még várnunk kell egy kicsit.
A fizikusok két módon írják le a valóságot, a részecskék parányi világára a kvantummechanikát, míg a nagy objektumok, mint a bolygók és a fekete lyukak esetében az általános relativitást alkalmazzák. A két elmélet azonban nem fér meg egymás mellett, az egyenleteik egyesítésére irányuló kísérletek látszólag képtelen válaszokat eredményeznek. Az egyik első kísérlet, az 1960-as évek Wheeler-DeWitt egyenlete, aminek sikerült kvantálni az általános relativitást, teljes egészében kihagyta az időt. "Ez azt jelenti, hogy az univerzum nem fejlődhetett volna ki. De természetesen látjuk az evolúciót" - mondta Marco Genovese, az olasz Nemzeti Meteorológiai Kutató Intézet munkatársa.
1983-ban Dan Page és William Wootters elméleti fizikusok felvetették, hogy a kvantum-összefonódás megoldást jelenthet az "idő problémájára". Amikor a kvantumobjektumok összefonódnak, az egyik tulajdonságainak a mérése megváltoztatja azokat a másiknál. Matematikailag bebizonyították, hogy egy óra, ami összefonódott az univerzum többi részével, látszólag ketyeg, ha az univerzumon belülről figyeljük, ha azonban egy hipotetikus megfigyelő az univerzumon kívülről szemléli ezt az órát, mindent állónak lát.
Genovese és kollégái első alkalommal demonstrálták ez a hatást egy fizikai rendszerben, bár "univerzumuk" csupán két fotonból áll. A csapat két összefonódott fotont indított el két különböző úton. A fotonok polarizáltként indulnak el, legyen az vízszintes vagy függőleges, ez a polarizáció pedig változik, ahogy mindkét foton áthatom egy kvarclapon és a detektorok sorozatán. Az összefonódásnak köszönhetően a fotonok a vízszintes és a függőleges állapot egy szuperpozíciójában léteznek, vagyis mindkét állapottal rendelkeznek egyidejűleg, egészen addig, amíg meg nem vizsgálják azokat. Azonban minél vastagabb a lap, annál tovább tart a fotonoknak az átjutás, és annál tovább fejlődik a polarizációjuk, befolyásolva az eshetőségét, hogy az egyik foton felvesz egy adott értéket.
A kísérlet egyik változatában az egyik fotont egy óraként kezelték, aminek a ketyegése a vízszintes és a függőleges polarizáció között váltakozik. Az összefonódás miatt az óra leolvasása hatással van a második foton polarizációs értékére, vagyis az órát leolvasó megfigyelő befolyásolja a foton-univerzumot és részévé válik. Ezután a megfigyelő képes felmérni a másik foton polarizációját a kvantum valószínűségek alapján. Mivel egy vastagabb kvarc lapon áthaladó fotonok más fokú változást tapasztaltak meg, megismételve a kísérletet különböző vastagságú lapokkal, megerősítette, hogy a második foton polarizációja változik az idővel.
Egy másik változatban a kísérletező egy úgynevezett "szuper-megfigyelő", aki az univerzumon kívül helyezkedik el, ezért egy egységként méri a rendszer kvantumállapotát. Ebből a nézőpontból mindkét foton állapota azonos marad, egy statikus univerzum képét mutatva. "Nagyszerű, hogy kísérlettel illusztrálták ezt a hatást és a gyakorlatban is bebizonyították, hogy ez bekövetkezhet" - mondta Page, aki jelenleg a kanadai Alberta Egyetemen dolgozik.
Nem mindenki gondolja azonban úgy, hogy a Wheeler-DeWitt egyenlet a megfelelő út a kvantum- és a klasszikus világ egységesítésére, tette hozzá Lee Smolin, az ugyancsak kanadai Perimeter Intézet tudósa. "Egy laboratóriumi közegben ellenőrizték, hogy a kvantummechanika megfelelően működik" - értékelte a kísérleteket, abban azonban egyetért, hogy az univerzum leírásában szerepelnie kell az időnek.
Genovese elismeri, hogy eredménye nem oldja meg a problémát, ehelyett azonban úgy véli, egyfajta utalásként szolgál arra, hogy a kvantumegyenletek így vagy úgy, de összedolgozhatók az általános relativitással, reményt adva az egységes elméletnek. A következő lépés a játékuniverzum maguk mögött hagyása lesz, megvizsgálva, vajon egy hasonló hatás felnagyítva megmagyarázza-e azt, amit kozmikus szinten látunk. "Ez a jelenség egy vizualizációja, nem a bizonyítása" - nyilatkozott Genovese a kísérletről. "Ahhoz magát az univerzumot kellene szemügyre venni"
A fizikusok két módon írják le a valóságot, a részecskék parányi világára a kvantummechanikát, míg a nagy objektumok, mint a bolygók és a fekete lyukak esetében az általános relativitást alkalmazzák. A két elmélet azonban nem fér meg egymás mellett, az egyenleteik egyesítésére irányuló kísérletek látszólag képtelen válaszokat eredményeznek. Az egyik első kísérlet, az 1960-as évek Wheeler-DeWitt egyenlete, aminek sikerült kvantálni az általános relativitást, teljes egészében kihagyta az időt. "Ez azt jelenti, hogy az univerzum nem fejlődhetett volna ki. De természetesen látjuk az evolúciót" - mondta Marco Genovese, az olasz Nemzeti Meteorológiai Kutató Intézet munkatársa.
1983-ban Dan Page és William Wootters elméleti fizikusok felvetették, hogy a kvantum-összefonódás megoldást jelenthet az "idő problémájára". Amikor a kvantumobjektumok összefonódnak, az egyik tulajdonságainak a mérése megváltoztatja azokat a másiknál. Matematikailag bebizonyították, hogy egy óra, ami összefonódott az univerzum többi részével, látszólag ketyeg, ha az univerzumon belülről figyeljük, ha azonban egy hipotetikus megfigyelő az univerzumon kívülről szemléli ezt az órát, mindent állónak lát.Genovese és kollégái első alkalommal demonstrálták ez a hatást egy fizikai rendszerben, bár "univerzumuk" csupán két fotonból áll. A csapat két összefonódott fotont indított el két különböző úton. A fotonok polarizáltként indulnak el, legyen az vízszintes vagy függőleges, ez a polarizáció pedig változik, ahogy mindkét foton áthatom egy kvarclapon és a detektorok sorozatán. Az összefonódásnak köszönhetően a fotonok a vízszintes és a függőleges állapot egy szuperpozíciójában léteznek, vagyis mindkét állapottal rendelkeznek egyidejűleg, egészen addig, amíg meg nem vizsgálják azokat. Azonban minél vastagabb a lap, annál tovább tart a fotonoknak az átjutás, és annál tovább fejlődik a polarizációjuk, befolyásolva az eshetőségét, hogy az egyik foton felvesz egy adott értéket.
A kísérlet egyik változatában az egyik fotont egy óraként kezelték, aminek a ketyegése a vízszintes és a függőleges polarizáció között váltakozik. Az összefonódás miatt az óra leolvasása hatással van a második foton polarizációs értékére, vagyis az órát leolvasó megfigyelő befolyásolja a foton-univerzumot és részévé válik. Ezután a megfigyelő képes felmérni a másik foton polarizációját a kvantum valószínűségek alapján. Mivel egy vastagabb kvarc lapon áthaladó fotonok más fokú változást tapasztaltak meg, megismételve a kísérletet különböző vastagságú lapokkal, megerősítette, hogy a második foton polarizációja változik az idővel.
Egy másik változatban a kísérletező egy úgynevezett "szuper-megfigyelő", aki az univerzumon kívül helyezkedik el, ezért egy egységként méri a rendszer kvantumállapotát. Ebből a nézőpontból mindkét foton állapota azonos marad, egy statikus univerzum képét mutatva. "Nagyszerű, hogy kísérlettel illusztrálták ezt a hatást és a gyakorlatban is bebizonyították, hogy ez bekövetkezhet" - mondta Page, aki jelenleg a kanadai Alberta Egyetemen dolgozik.
Nem mindenki gondolja azonban úgy, hogy a Wheeler-DeWitt egyenlet a megfelelő út a kvantum- és a klasszikus világ egységesítésére, tette hozzá Lee Smolin, az ugyancsak kanadai Perimeter Intézet tudósa. "Egy laboratóriumi közegben ellenőrizték, hogy a kvantummechanika megfelelően működik" - értékelte a kísérleteket, abban azonban egyetért, hogy az univerzum leírásában szerepelnie kell az időnek.Genovese elismeri, hogy eredménye nem oldja meg a problémát, ehelyett azonban úgy véli, egyfajta utalásként szolgál arra, hogy a kvantumegyenletek így vagy úgy, de összedolgozhatók az általános relativitással, reményt adva az egységes elméletnek. A következő lépés a játékuniverzum maguk mögött hagyása lesz, megvizsgálva, vajon egy hasonló hatás felnagyítva megmagyarázza-e azt, amit kozmikus szinten látunk. "Ez a jelenség egy vizualizációja, nem a bizonyítása" - nyilatkozott Genovese a kísérletről. "Ahhoz magát az univerzumot kellene szemügyre venni"