21

Όταν κάτι δεν το παρατηρεί κανείς, υπάρχει;

Μάλλον οι περισσότεροι θα χαρακτήριζαν το ερώτημα φιλοσοφικό, καταδικασμένο να προσεγγίζεται μέσα από διαισθητικές και μόνο ερμηνείες του κόσμου. Κι όμως, επιστημονική απάντηση έχει δοθεί, και μάλιστα η πειραματική της απόδειξη οδήγησε στο Νόμπελ Φυσικής του 2022. Αλλά, ας πάρουμε τη συναρπαστική αυτή ιστορία από την αρχή.

Τον Οκτώβριο του 1927, σχεδόν έναν αιώνα πριν, κορυφαίοι φυσικοί από όλο τον κόσμο συνήλθαν στις Βρυξέλλες προκειμένου να λάβουν μέρος στο πέμπτο κατά σειρά Συνέδριο Solvay – μία περιοδική διοργάνωση που είχε ξεκινήσει το 1911 και συνεχίζεται ως σήμερα, με σκοπό τη συζήτηση των εξελίξεων γύρω από τη Φυσική. Στο συγκεκριμένο συνέδριο, που θεωρείται το πιο διάσημο στην ιστορία της διοργάνωσης, συμμετείχαν 29 σύνεδροι, εκ των οποίων οι 17 είχαν βραβευτεί ή θα βραβεύονταν αργότερα με Νόμπελ – ανάμεσα τους οι Albert Einstein, Niels Bohr, Marie Curie, Werner Heisenberg, Paul Dirac, Erwin Schrödinger. Επισήμως, η συνάντηση εκείνης της χρονιάς γινόταν υπό τον τίτλο "Ηλεκτρόνια και φωτόνια", ωστόσο αντικείμενο ήταν ουσιαστικά η Κβαντική Θεωρία, η οποία είχε πρωτοδιατυπωθεί το 1900 από τον Max Planck (σε σχέση με τα προηγούμενα: https://en.wikipedia.org/wiki/Solvay_Conference).

Αμέσως μετά την έναρξη του συνεδρίου, μία αντιπαράθεση ξέσπασε μεταξύ του (τότε γερμανικής υπηκοότητας) Albert Einstein και του Δανού Niels Bohr. Ο Einstein είχε αρχικά υιοθετήσει την Κβαντική Θεωρία, χρησιμοποιώντας τη ως βάση για την ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, δείχνοντας ότι το φως μεταφέρεται σε διακριτές ποσότητες ενέργειας, τα φωτόνια. Ήταν, μάλιστα, η διατύπωση της συγκεκριμένης ερμηνείας που είχε οδηγήσει στη βράβευση του με Νόμπελ το 1921 (σχετικά: https://el.wikipedia.org/wiki/Φωτοηλεκτρικό_φαινόμενο). Ωστόσο, η εξέλιξη της Κβαντομηχανικής είχε αναδείξει παράξενα συμπεράσματα ως προς τη φύση του Σύμπαντος, όπως π.χ. ότι η θέση, η ορμή και το spin των σωματιδίων δεν είναι καθορισμένα, αλλά κυμαίνονται πιθανολογικά. Για την ακρίβεια, αυτό που οι εξισώσεις έδειχναν ήταν ότι τα σωματίδια βρίσκονται ταυτόχρονα σε περισσότερες από μία καταστάσεις, και μόνο όταν κανείς τα μετρά –ακόμη και απλώς παρατηρώντας τα– αποκτούν συγκεκριμένη υπόσταση. Όλα αυτά, ο Einstein τα έβρισκε εξωφρενικά, απορρίπτοντας την ιδέα μιας θεωρίας που περιέγραφε την Πραγματικότητα με όρους αμιγώς πιθανολογικού φαινομένου – στάση που έμεινε στην ιστορία μέσω της γνωστής φράσης του: «Ο Θεός δεν παίζει ζάρια με το Σύμπαν».

Ο Bohr, από την άλλη, βραβευμένος επίσης με Νόμπελ το 1922, για την έρευνα του γύρω από τη δομή του ατόμου, είχε απόλυτη πίστη στις προβλέψεις και τα συμπεράσματα της Κβαντομηχανικής, υποστηρίζοντας ότι η Φύση είναι εγγενώς πιθανοκρατική, και όχι αιτιοκρατική, όπως πίστευε ο Einstein. Σε εκείνο το συνέδριο, λοιπόν, κάθε πρωί την ώρα του προγεύματος, ο Einstein έθετε στον Bohr ένα νέο νοητικό πείραμα, που θεωρούσε ότι αποδείκνυε το λανθασμένο της θεωρίας, και κάθε φορά, συνήθως κατά το δείπνο, ο Bohr παρουσίαζε μια πειστική απάντηση, που διέσωζε τη βασιμότητα της Κβαντομηχανικής. "Στ' αλήθεια πιστεύεις ότι το φεγγάρι δεν είναι εκεί, εκτός αν το κοιτάμε;", φέρεται να είχε ρωτήσει ο Einstein τον Bohr, και παρότι δεν υπάρχει έγκυρη πηγή που να επιβεβαιώνει ότι το ερώτημα είχε όντως τεθεί, στο νόημα του συμπυκνώνεται η ουσία της διαφωνίας.

H «αντιπαράθεση Bohr – Einstein», όπως έμεινε στην ιστορία, κάθε άλλο παρά διευθετήθηκε με την ολοκλήρωση του συνεδρίου. Ο Bohr εξακολουθούσε να πρεσβεύει ότι το να ρωτά κανείς πού βρίσκεται ένα ηλεκτρόνιο πριν γίνει μέτρηση δεν έχει νόημα, αφού χωρίς μέτρηση δε νοείται «βρίσκεται», ενώ ο Einstein εμφανιζόταν βέβαιος ότι η Κβαντική Θεωρία ήταν τουλάχιστον ατελής. Εκτός των δύο πρωταγωνιστών, σταδιακά και άλλοι φυσικοί πήραν θέση, σε μία διαφωνία που πλέον δίχαζε την ευρύτερη κοινότητα. Διάσημοι μεταξύ αυτών ήταν οι Born και Heisenberg που συντάσσονταν με τον Bohr, ενώ τις απόψεις του Einstein στήριζαν οι de Broglie και Schrödinger. Ήταν στην προσπάθεια του να καταδείξει το παράλογο όσων προέβλεπε η Κβαντομηχανική, που ο τελευταίος είχε διατυπώσει το διάσημο παράδοξο με τη γάτα, η οποία είναι ταυτοχρόνως ζωντανή και νεκρή μέχρι να ανοιχτεί το κουτί της (https://el.wikipedia.org/wiki/Γάτα_του_Σρέντιγκερ).

Η σχετική δημοσίευση έγινε από τον Schrödinger το 1935, σε μία σειρά άρθρων υπό τον τίτλο "Η σημερινή κατάσταση της Κβαντομηχανικής". Ωστόσο, λίγους μήνες νωρίτερα την ίδια χρονιά, ο Einstein, με τη βοήθεια των φυσικών Boris Podolsky και Nathan Rosen, είχε παρουσιάσει ένα νοητικό πείραμα που στόχευε, όχι απλώς να αμφισβητήσει, αλλά να αποδείξει ότι η Κβαντομηχανική ήταν ατελής. Οι τρεις φυσικοί, έπειτα από λεπτομερή ανάλυση των κβαντικών εξισώσεων, είχαν εντοπίσει κάτι που θεωρούσαν ότι αποτελούσε παράδοξο – μία κατάσταση που η Κβαντομηχανική προέβλεπε, αλλά οι νόμοι της κλασικής Φυσικής απέρριπταν. Συγκεκριμένα, το Παράδοξο EPR, όπως έμεινε γνωστό –από τα αρχικά των συντακτών– εστιαζόταν σε ένα από τα πιο παράξενα, προβλεπόμενα ωστόσο από τη θεωρία φαινόμενα: την κβαντική διεμπλοκή. Σε αυτή, δύο ή περισσότερα σωματίδια μπορεί, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να διασυνδεθούν έτσι ώστε οι καταστάσεις τους να είναι πάντα αλληλοεξαρτώμενες, ασχέτως της απόστασης που τα χωρίζει. Εφόσον διεμπλακούν, η μέτρηση του ενός σωματιδίου αποκαλύπτει άμεσα την κατάσταση του άλλου, ακόμη κι αν αυτό βρίσκεται έτη φωτός μακριά. Δύο ηλεκτρόνια, για παράδειγμα, μπορεί να διεμπλακούν μεταξύ τους, έχοντας αντίθετα spin («spin» είναι μία εγγενής ιδιότητα των σωματιδίων, που δεν ορίζει πραγματική περιστροφή, αλλά έναν τύπο εσωτερικής στροφορμής). Σύμφωνα, τώρα, με την Κβαντομηχανική, κάθε σωματίδιο περιγράφεται από μία κυματοσυνάρτηση που μπορεί να βρίσκεται σε «υπέρθεση» διαφορετικών πιθανών καταστάσεων. Όταν πραγματοποιείται μέτρηση, η υπέρθεση παύει και η κυματοσυνάρτηση «καταρρέει» σε μία συγκεκριμένη κατάσταση, που αντιστοιχεί στο παρατηρούμενο αποτέλεσμα. Στο παράδειγμα μας, δηλαδή, κάθε ένα από τα ηλεκτρόνια βρίσκεται σε υπέρθεση spin–άνω και spin–κάτω, έως ότου γίνει μέτρηση (κατά μία χαλαρή αλλά όχι απολύτως ακριβή αναλογία, μπορούμε να φανταστούμε ότι τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται ταυτοχρόνως δεξιόστροφα και αριστερόστροφα, έως ότου τα μετρήσουμε). Αυτό, με τη σειρά του, σημαίνει ότι, αν μετρούσαμε το ένα από τα δύο διεμπλεγμένα ηλεκτρόνια, το spin του θα αποκτούσε συγκεκριμένο προσανατολισμό –άνω ή κάτω– και ταυτοχρόνως το άλλο ηλεκτρόνιο, ακόμη κι αν βρισκόταν στην άλλη άκρη του Σύμπαντος, θα έπαιρνε άμεσα αντίθετο spin, σαν τα δύο σωματίδια να είχαν επικοινωνήσει μεταξύ τους. Κάτι τέτοιο, όμως, επισήμαιναν οι συντάκτες του Παραδόξου EPR, υπονοούσε ότι μια ακαριαία επίδραση από απόσταση λάμβανε χώρα («Spooky action at a distance» – «Στοιχειωμένη επίδραση εξ αποστάσεως», την είχε χαρακτηρίσει σκωπτικά ο Einstein), παρότι η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας υπαγόρευε πως τίποτα, ούτε η πληροφορία, δεν είναι δυνατόν να ταξιδέψει ταχύτερα από το φως. Παραβιαζόταν, δηλαδή, αυτό που στη Φυσική αποκαλείται «τοπικότητα» («locality») – η αρχή που δηλώνει πως τίποτα δεν μπορεί να επηρεάσει κάτι άλλο ταχύτερα από το φως, και ότι κάθε αντικείμενο ή σύστημα επηρεάζεται άμεσα μόνο δια μέσω του περιβάλλοντος του, όχι απομακρυσμένα. Σε ακόμη πιο θεμελιώδες επίπεδο, παραβιαζόταν η αρχή της «πραγματικότητας» («realness»), που δηλώνει ότι κάθε σωματίδιο διαθέτει καθορισμένες ιδιότητες, ασχέτως του αν το μετράμε ή όχι – ότι ένα δέντρο που πέφτει σε ένα δάσος κάνει θόρυβο ακόμη κι αν δεν υπάρχει εκεί κανείς για να τον ακούσει. Επομένως, αν το φαινόμενο της διεμπλοκής ίσχυε όπως το περιγράφει η Κβαντομηχανική, το Σύμπαν δε θα μπορούσε να είναι «τοπικά πραγματικό» («locally real», με την έννοια των όρων που περιγράψαμε).

Ο Einstein, από την πλευρά του, είχε μία πολύ πιο προσγειωμένη εξήγηση για το τι συνέβαινε. Θεωρούσε ότι, απλούστατα, οι ιδιότητες των υποτιθέμενα διεμπλεγμένων σωματιδίων ήταν καθορισμένες εξ αρχής, ενσωματωμένες με κάποιον άγνωστο ακόμα τρόπο – ότι τα ηλεκτρόνια, δηλαδή, στο παράδειγμα μας είχαν προκαθορισμένο spin, και η μέτρηση απλώς το αποκάλυπτε. Αυτή η ιδέα, που έγινε γνωστή ως Θεωρία των Κρυμμένων Μεταβλητών, συνάντησε την άμεση απόρριψη του Bohr, ο οποίος εξακολουθούσε να υποστηρίζει ότι η κβαντική διεμπλοκή είναι φαινόμενο υπαρκτό, ότι δεν υπάρχουν κρυμμένες μεταβλητές, και ότι τα διεμπλεγμένα σωματίδια δε διαθέτουν ανεξάρτητες ιδιότητες, αλλά συμπεριφέρονται ως ενιαίο σύστημα. Η διαφορά ήταν επιπέδου κοσμοθεωρίας: ο Einstein πίστευε σε ένα Σύμπαν παγιωμένο, στο οποίο η παρατήρηση αποκαλύπτει· ο Bohr πίστευε σε ένα Σύμπαν πιθανολογικό, στο οποίο η παρατήρηση διαμορφώνει.

Τα χρόνια που ακολούθησαν είδαν τον κόσμο να αλλάζει. Ο Einstein, που από το 1933 είχε εγκατασταθεί στις HΠA ως καθηγητής στο Institute for Advanced Study, καταπιάστηκε –ανεπιτυχώς– με τη διατύπωση της λεγόμενης Θεωρίας Ενωμένου Πεδίου, που θα ένωνε σε ένα ενιαίο πλαίσιο τη Βαρύτητα με τον Ηλεκτρομαγνητισμό. Το 1939, υπέγραψε επιστολή προς τον πρόεδρο Roosevelt, προειδοποιώντας ότι η ναζιστική Γερμανία ήταν σε θέση να αναπτύξει ατομική βόμβα, κίνηση που θεωρείται ότι αργότερα οδήγησε στο Manhattan Project – το αντίστοιχο πρόγραμμα των Αμερικανών. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πόλεμου, αλλά και μετά τη λήξη του, η επιστημονική έρευνα γνώρισε πρωτοφανή άνθηση παγκοσμίως, σε όλους τους τομείς. Το διάστημα αυτό, ο Einstein παρέμεινε ενεργός, προσηλωμένος στις δικές του μελέτες, κυρίως γύρω από τη Βαρύτητα και τον Ηλεκτρομαγνητισμό. Πέθανε το 1955 σε ηλικία 76 ετών, από ρήξη ανευρύσματος αορτής, πιστεύοντας μέχρι τέλους ότι η Κβαντομηχανική ήταν μία ατελής θεωρία, που δεν μπορούσε να ερμηνεύσει τον Κόσμο.

Ο Bohr, πάλι, παρέμεινε στην Κοπεγχάγη, συνεχίζοντας να διαδίδει τις ιδέες της Κβαντομηχανικής σε φοιτητές και συναδέλφους του φυσικούς. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου αναγκάστηκε, λόγω της αντιναζιστικής του στάσης, να δραπετεύσει στη Σουηδία, κι από εκεί στις ΗΠΑ, όπου συμμετείχε σε συζητήσεις για την ατομική ενέργεια, χωρίς ωστόσο να εμπλακεί άμεσα στο Manhattan Project. Με τη λήξη του πολέμου, επέστρεψε στη Δανία, όπου ανασυγκρότησε το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής (μετέπειτα Ινστιτούτο Niels Bohr), ένα διεθνές κέντρο που τα χρόνια της γερμανικής κατοχής υπολειτουργούσε. Παράλληλα, από την έδρα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης ξεκίνησε τη διοργάνωση συνεδρίων και σεμιναρίων, με στόχο τη συνέχιση της έρευνας γύρω από τη Κβαντική Θεωρία. Οι διαλέξεις και οι δημοσιεύσεις του έγιναν περισσότερο φιλοσοφικές τη δεκαετία του 1950, στοχεύοντας σε μια ευρύτερη, ολιστική κατανόηση των κβαντικών φαινομένων με βάση την «συμπληρωματικότητα» – την ιδέα ότι ένα φυσικό σύστημα μπορεί να περιγράφεται με δύο ή περισσότερες, φαινομενικά ασύμβατες περιγραφές, οι οποίες όμως είναι απαραίτητες για την κατανόηση του. Πέθανε το 1962 από καρκίνο του προστάτη, πιστεύοντας μέχρι τέλους στην ορθότητα της Κβαντομηχανικής.

Αντίθετα με ό,τι θα περίμενε κανείς, όλο αυτό το διάστημα, η επιστημονική κοινότητα δεν είχε ασχοληθεί ιδιαίτερα με το Παράδοξο EPR. Αιτία γι' αυτό ήταν ότι, αφενός οι περισσότεροι κορυφαίοι φυσικοί είχαν ήδη αποδεχτεί την Κβαντική Θεωρία, αφετέρου οι υπάρχουσες εφαρμογές της στην πράξη, μέσω της Κβαντομηχανικής, λειτουργούσαν εξαιρετικά καλά. Τέτοιες εφαρμογές αφορούσαν τους ημιαγωγούς και τα τρανζίστορ, τις ημιαγωγικές διόδους, τη φασματοσκοπία, καθώς και διάφορα άλλα. Έτσι, οι περισσότεροι φυσικοί είχαν δει το Παράδοξο EPR ως μια φιλοσοφική άσκηση μάλλον, ξεχνώντας το ουσιαστικά. Το θυμήθηκαν μετά τη δημοσίευση του θεωρήματος του Bell, το 1964.

Ο John Stewart Bell ήταν ένας Βρετανός φυσικός που ενοχλούνταν από τη μη τοπικότητα της Κβαντομηχανικής, κλίνοντας περισσότερο προς την ιδέα των κρυμμένων μεταβλητών του Einstein. Το 1964, ενώ έλειπε με άδεια από το CERN όπου εργαζόταν ως ερευνητής, δημοσίευσε ένα μαθηματικό θεώρημα που περιέγραφε τη διεξαγωγή ενός πειράματος ικανού να ξεκαθαρίσει, πέραν πάσης αμφιβολίας, κατά πόσο υπήρχαν πράγματι κρυμμένες μεταβλητές στα σωματίδια ή όχι. Με απλά λόγια, το πείραμα προέβλεπε την παραγωγή διεμπλεγμένων σωματιδίων, τη μέτρηση τους σε απομακρυσμένους σταθμούς μέσω κατάλληλα προσανατολισμένων αισθητήρων, και τη στατιστική ανάλυση παραμέτρων όπως το spin ή η πόλωση. Σύμφωνα με το θεώρημα, αν υπήρχαν κρυμμένες μεταβλητές, θα έπρεπε να ικανοποιείται μία συγκεκριμένη ανισότητα στις συσχετίσεις των μετρώμενων παραμέτρων («ανισότητα του Bell» – «Bell's inequality»). Αν δεν ικανοποιούταν η ανισότητα αυτή, τότε δεν υπήρχαν κρυμμένες μεταβλητές, και η Κβαντομηχανική ήταν ορθή στην ερμηνεία της.

Αρχικά, η δημοσίευση πέρασε σχεδόν απαρατήρητη, ως θεωρητικολογία. Ωστόσο το 1967, ο John Clauser, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Columbia, έπεσε τυχαία πάνω της ενώ έψαχνε στη βιβλιοθήκη του πανεπιστημίου για άσχετο λόγο (ο ένας από τους τρεις βραβευθέντες με Νόμπελ Φυσικής το 2022). Ο Clauser, νιώθοντας ότι ο Einstein είχε δίκιο στην άποψη του περί ύπαρξης κρυμμένων μεταβλητών, γοητεύτηκε από την ιδέα ενός πειράματος που θα μπορούσε να το αποδείξει. Δύο χρόνια μετά την ανάγνωση της δημοσίευσης, έστειλε επιστολή στον Bell, ρωτώντας αν κάποιος είχε διενεργήσει το πείραμα του, για να λάβει την απάντηση ότι ήταν από τους πρώτους που επικοινωνούσαν σχετικά. Κατόπιν ενθάρρυνσης από τον Bell, και έχοντας τη βοήθεια του μεταπτυχιακού φοιτητή Stuart Freedman, ο Clauser καταπιάστηκε με το στήσιμο του πειράματος, χρησιμοποιώντας παλιά ή αχρηστευμένα εξαρτήματα των εργαστηρίων του πανεπιστημίου. Τρία χρόνια αργότερα, το 1972, η πειραματική διάταξη –περιγράφεται ως μεγέθους καγιάκ, με εκτεταμένη χρήση κολλητικής ταινίας και ρυθμίσεις που γίνονταν χειροκίνητα– ήταν έτοιμη. Ο Clauser την έθεσε σε λειτουργία, πήρε μετρήσεις, τις ανέλυσε, και... τα αποτελέσματα συμφωνούσαν απολύτως με τις προβλέψεις της Κβαντομηχανικής. Δεν υπήρχε καμία ένδειξη κρυμμένων μεταβλητών στα σωματίδια. 

Η δημοσίευση των αποτελεσμάτων του πειράματος συγκέντρωσε το ενδιαφέρον ενός στενού κύκλου θεωρητικών, αλλά δεν τράβηξε την προσοχή της ευρύτερης κοινότητας. Αν μη τι άλλο, λόγω πενιχρού προϋπολογισμού, η πειραματική διάταξη του Clauser ήταν αρκετά απλοϊκή, με αποτέλεσμα να υπάρχουν στη μεθοδολογία κενά που επέτρεπαν την αμφισβήτηση του αποτελέσματος. Βασικότερη αδυναμία ήταν η μικρή απόσταση μεταξύ των ανιχνευτών διεμπλεγμένων σωματιδίων (βρίσκονταν στα άκρα του «καγιάκ»), που θα μπορούσε να επιτρέπει την αλληλεπίδραση τους.

Με την εξάλειψη των αδυναμιών αυτών καταπιάστηκε το 1976 ο Γάλλος φυσικός, ειδικός στην Οπτική, Alain Aspect, ο οποίος επανασχεδίασε το πείραμα του Bell χρησιμοποιώντας πολύ πιο προηγμένα μέσα και τεχνικές (ο δεύτερος από τους τρεις βραβευθέντες με Νόμπελ Φυσικής το 2022). Η ομάδα του δημοσίευσε πειραματικά αποτελέσματα το 1982, και το συμπέρασμα ήταν ξανά: απόλυτη συμφωνία με τις προβλέψεις της Κβαντομηχανικής, πλήρης απουσία ενδείξεων κρυμμένων μεταβλητών. 

Τη φορά αυτή, η δημοσίευση συγκέντρωσε μεγάλο ενδιαφέρον από την επιστημονική κοινότητα. Οι περισσότεροι φυσικοί πίστευαν ούτως ή άλλως εξ αρχής στην ορθότητα της Κβαντομηχανικής, ωστόσο ορισμένοι προέβαλαν την αντίρρηση ότι, παρά την εξάλειψη πολλών κενών στο πείραμα του Aspect, η απόσταση μεταξύ των ανιχνευτών –περίπου 12 μέτρα– τεχνικά, θα μπορούσε και πάλι να είχε επιτρέψει κάποια αλληλεπίδραση.

Ο Αυστριακός φυσικός Anton Zeilinger ήταν εκείνος που ανέλαβε την πειραματική σκυτάλη από το σημείο αυτό (ο τρίτος από τους βραβευθέντες με Νόμπελ Φυσικής το 2022). Μαζί με την ομάδα του, το 1997, διεξήγαγε το πείραμα του Bell χρησιμοποιώντας ανιχνευτές που βρίσκονταν σε απόσταση τετρακοσίων μέτρων μεταξύ τους. Το 2013 και το 2015 επανέλαβε το πείραμα κάνοντας χρήση ενός τούνελ εξήντα περίπου μέτρων κάτω από το παλάτι Hofburg της Βιέννης, βελτιώνοντας περεταίρω τη μεθοδολογία. Τελικά, το 2018, σε συνεργασία με τον David Kaiser, θεωρητικό φυσικό του MIT, ο Zeilinger χρησιμοποίησε τηλεσκόπια στις Κανάριες Νήσους για να διενεργήσει το λεγόμενο «Κοσμικό Πείραμα Bell». Σε αυτό, φως που είχε ξεκινήσει πριν δισεκατομμύρια χρόνια, από απίστευτα μακρινά κβάζαρ, χρησιμοποιήθηκε ως τυχαίος παράγοντας για να αποκλειστεί κάθε πιθανότητα αλληλεπίδρασης των ανιχνευτών. Όπως και σε όλα τα προηγούμενα πειράματα, το συμπέρασμα ήταν το ίδιο: Δεν υπήρχαν κρυμμένες μεταβλητές τοπικότητας. Το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής εκδηλωνόταν όπως ακριβώς περιέγραφαν οι εξισώσεις της Κβαντομηχανικής, με τα σωματίδια να βρίσκονται σε υπέρθεση καταστάσεων και να αποκτούν συγκεκριμένες ιδιότητες κατά τη στιγμή της παρατήρησης.

Λόγω της εξειδικευμένης φύσης των παραπάνω, σχεδόν κάθε πρόταση θα έπρεπε κανονικά να συνοδεύεται από κάποια παραπομπή. Προκειμένου να αποφύγουμε μια τέτοια συνεχή διάσπαση, παραθέτουμε μόνο τις διευθύνσεις https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein%E2%80%93Podolsky%E2%80%93Rosen_paradox, https://www.scientificamerican.com/article/the-universe-is-not-locally-real-and-the-physics-nobel-prize-winners-proved-it/ και https://en.wikipedia.org/wiki/2022_Nobel_Prizes, όπου δίνονται τα βασικά στοιχεία όσων αναφέρθηκαν. Για τις υπόλοιπες, ενδιάμεσες πληροφορίες, υπάρχει πλήθος πηγών στο Διαδίκτυο όπου κανείς μπορεί να τις αναζητήσει.

Κι έτσι, το επίμαχο ερώτημα της διαφωνίας Bohr – Einstein έλαβε τελική, αδιαμφισβήτητη απάντηση. Ο Bohr είχε δίκιο, κι ο Einstein άδικο.

Η αναζήτηση της απάντησης έριξε φως και σε άλλα, ενδιάμεσα ζητήματα. Σήμερα γνωρίζουμε π.χ. ότι είναι δυνατόν να διεμπλακούν κβαντικά και διαφορετικά μεταξύ τους σωματίδια, ακόμη και μόρια, κατά εκατοντάδες, χιλιάδες ή εκατομμύρια. Μάλιστα, ο Zeilinger έδειξε ότι η διεμπλοκή μπορεί να προκληθεί και εξ αποστάσεως («entanglement swapping»), ανοίγοντας το δρόμο για εφαρμογές κβαντικής τηλεμεταφοράς (https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement).

Όμως, το συνταρακτικό, εκείνο που αποτελεί εδραιωμένη πλέον γνώση παρότι ακούγεται απίστευτο, είναι ότι το Σύμπαν δεν είναι τοπικά πραγματικό. Τι σημαίνει αυτό; «Δεν είναι πραγματικό», σημαίνει ότι τα σωματίδια στερούνται καθορισμένων ιδιοτήτων πριν την παρατήρηση τους. «Δεν είναι τοπικό», σημαίνει ότι υπάρχουν κβαντικές συσχετίσεις που λειτουργούν ως ακαριαίες συνδέσεις μεταξύ σωματιδίων, ανεξαρτήτως της απόστασης που τα χωρίζει. «Δεν είναι τοπικά πραγματικό», λοιπόν, σημαίνει ότι τουλάχιστον το ένα από τα δύο υποχρεωτικά καταρρέει: είτε τα σωματίδια δε διαθέτουν καθορισμένες ιδιότητες, είτε υπάρχουν επιδράσεις που μεταδίδονται ακαριαία εξ αποστάσεως, είτε ισχύουν και τα δύο. Πρακτικά, αυτό που υποδεικνύεται είναι ότι δεν υπάρχει μία αντικειμενική Πραγματικότητα «εκεί έξω» πριν τη στιγμή της παρατήρησης. Ή, στην αναλογία που χρησιμοποιήσαμε, όχι, το δέντρο δεν κάνει θόρυβο όταν δεν υπάρχει κανείς εκεί για να τον ακούσει. Και πιθανώς, όταν δεν υπάρχει κανείς εκεί, δεν υπάρχει ούτε δέντρο ούτε δάσος. Γιατί τελικά, σύμφωνα με τα πειράματα, ίσως «το Σύμπαν δεν είναι».

Τα παραπάνω έρχονται σε προφανή αντίθεση με την καθημερινή εμπειρία: ένα τραπέζι παραμένει τραπέζι ανεξάρτητα από το αν το κοιτάμε, και μια καρέκλα δεν αναποδογυρίζει ξαφνικά από μόνη της. Ακούγοντας κανείς τις διαπιστώσεις της Κβαντομηχανικής θα μπορούσε να τις εκλάβει ως καθαρά θεωρητικού ενδιαφέροντος, χωρίς καμία πρακτική σημασία για τον «κανονικό κόσμο». Αυτό δεν ισχύει, βέβαια, καθώς τεχνολογίες όπως τα LASER, η μαγνητική τομογραφία, τα LED, και προσεχώς η κβαντική κρυπτογράφηση, οι κβαντικοί αισθητήρες, οι κβαντικοί υπολογιστές, αποτελούν εφαρμογές της Κβαντομηχανικής. Όμως, πράγματι, τα κβαντικά φαινόμενα της υποατομικής κλίμακας του μικρόκοσμου δεν παρατηρούνται στη δική μας κλίμακα, του μακρόκοσμου. Οι φυσικοί συχνά παρομοιάζουν τη διάσταση αυτή μεταξύ κβαντικού και μακροσκοπικού με μία οθόνη, που από μακριά φαίνεται να προβάλλει ενιαίες εικόνες, ενώ από κοντά αναλύεται σε pixel και κρυστάλλους. Εξηγούν, δε, ότι ο λόγος που τα κβαντικά φαινόμενα δεν εκδηλώνονται στις δικές μας κλίμακες είναι το φαινόμενο της «αποσυνοχής» («decoherence»), δηλαδή η κατάρρευση της υπέρθεσης καταστάσεων λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων με το περιβάλλον –άλλα σωματίδια, ακτινοβολίες, κρούσεις– το οποίο λειτουργεί ως άτυπος παρατηρητής. (https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_decoherence). Τουλάχιστον, αυτή ήταν η άποψη που επικρατούσε μέχρι πρότινος. Γιατί η έρευνα που τιμήθηκε με Νόμπελ Φυσικής 2025 ανέδειξε κάτι διαφορετικό.

Συγκεκριμένα, οι John Clarke, Michel Devoret και John Martinis (κροατικής, όχι ελληνικής καταγωγής ο τελευταίος) βραβεύτηκαν για την ανακάλυψη της «μακροσκοπικής κβαντικής σήραγγας» (https://en.wikipedia.org/wiki/2025_Nobel_Prizes, https://en.wikipedia.org/wiki/Macroscopic_quantum_phenomena). Με απλά λόγια, ενώ μέχρι πρόσφατα πιστευόταν ότι τα κβαντικά φαινόμενα αφορούν αποκλειστικά το μικρόκοσμο, και ότι μόλις ένα σύστημα μεγαλώσει αρκετά εξαφανίζονται, η πειραματική έρευνα των τριών φυσικών έδειξε ότι ομάδες ακόμη και δισεκατομμυρίων ηλεκτρονίων μπορεί να συμπεριφέρονται ως ένα ενιαίο κβαντικό σύστημα, παρουσιάζοντας ανάλογες εκδηλώσεις. Στην προκειμένη περίπτωση, χρησιμοποιήθηκε ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα, στο οποίο τοποθετήθηκε ένας μονωτικός φραγμός. Ήταν ήδη γνωστό ότι μεμονωμένα ηλεκτρόνια μπορούν να υπερπηδούν τέτοιους φραγμούς, επιδεικνύοντας το φαινόμενο της κβαντικής σήραγγας – κάτι που από τη δική μας σκοπιά θα έμοιαζε με τηλεμεταφορά. Στο συγκεκριμένο πείραμα, ωστόσο, η συλλογική κυματοσυνάρτηση του κυκλώματος –δηλαδή, το σύνολο των κβαντικά συνδεδεμένων ηλεκτρονίων–  διαπέρασε τον φραγμό, συμπεριφερόμενο ως «μία μεγάλη κβαντική οντότητα», όπως χαρακτηριστικά περιγράφεται (https://neosciencehub.com/macroscopic-quantum-tunnelling-and-energy-quantization). Το εύρημα έχει κομβική σημασία, καθώς έδειξε ότι, αντίθετα με την μέχρι πρόσφατα επικρατούσα άποψη, τα όρια μεταξύ μικρόκοσμου και μακρόκοσμου είναι ρευστά, και ότι υπό κατάλληλες συνθήκες ακόμη και συστήματα μεγάλης κλίμακας μπορεί να επιδεικνύουν κβαντικές συμπεριφορές – ότι, για να το θέσουμε παραστατικά, θεωρητικά, και στον δικό μας κόσμο ένα μπαλάκι θα μπορούσε να περάσει μέσα από έναν τοίχο.

Τελικά, λοιπόν, το Σύμπαν δεν είναι τοπικά πραγματικό, όχι μόνο σε μικροσκοπικό, αλλά και σε μακροσκοπικό επίπεδο. Οι συζητήσεις που ξεκινούν από το σημείο αυτό είναι πολλές, σύνθετες, κι από ένα σημείο και μετά φιλοσοφικές. Θα μπορούσε να αναρωτηθεί κανείς, για παράδειγμα, κατά πόσο η διαφορετική «ένταση παρατήρησης» επηρεάζει διαφορετικά το παρατηρούμενο. Στην Κβαντομηχανική, ρόλο παρατηρητή μπορεί να διαδραματίζει εξίσου ένας άνθρωπος και ένα όργανο μέτρησης, χωρίς να υπάρχει διάκριση ή διαβάθμιση. Από την άλλη, τις τελευταίες δεκαετίες έχει διαπιστωθεί η ύπαρξη «μερικής αποσυνοχής» («partial decoherence»), κατά την οποία ένα κβαντικό σύστημα επηρεάζεται μερικώς μόνο από την αλληλεπίδραση με το περιβάλλον –ουσιαστικά, τη διαδικασία παρατήρησης– μένοντας σε μια ενδιάμεση κατάσταση μεταξύ κβαντικής και κλασικής συμπεριφοράς (https://arxiv.org/abs/1205.5622). Επομένως, για να επαναδιατυπώσουμε το προηγούμενο ερώτημα με όρους καθημερινής εμπειρίας, θα μπορούσαν κάποιες καταστάσεις να επηρεάζονται διαφορετικά εφόσον κανείς τις κοίταζε «πλάγια»; Ή, θα ήταν δυνατόν σε παλιότερες εποχές, όταν οι άνθρωποι είχαν λιγότερο παγιωμένη άποψη του κόσμου, να βλέπουν δράκους και ξωτικά; Θα μπορούσε εκείνο το μπαλάκι ενίοτε να μην αναπηδά, αλλά να περνά μέσα από τον τοίχο;

Φιλοσοφικά, όπως είπαμε, τα ερωτήματα πέρα από ένα σημείο, όμως στον πυρήνα τους υπάρχει κάτι απτό: ο κόσμος είναι μαγικός, κι εμείς –όλοι μας– το ξεχάσαμε λίγο αφότου γεννηθήκαμε.

ΥΓ1. Οι εξισώσεις της Κβαντομηχανικής είναι συγκεκριμένες, όμως το τι ακριβώς σημαίνουν, το πώς θα τις αναγνώσει κανείς, αποτελεί αντικείμενο διαφορετικών ερμηνειών. Στα προηγούμενα χρησιμοποιήσαμε την πλέον διαδεδομένη «ερμηνεία της Κοπεγχάγης», βάσει της οποίας η μέτρηση προκαλεί κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης σε μία τιμή, με τον παρατηρητή να διαδραματίζει ρόλο καταλύτη. Υπάρχουν και άλλες ερμηνείες, όπως εκείνη των Πολλαπλών Κόσμων του Everett, σύμφωνα με την οποία δεν υπάρχει κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης, αλλά κάθε δυνατή επιλογή –από το spin ενός σωματιδίου μέχρι το φτέρνισμα ενός ανθρώπου– παράγει μια διακλάδωση, οδηγώντας σε παράλληλα Σύμπαντα διαφορετικών εκδοχών, πλήθους που ακόμη και η λέξη «άπειρα» μοιάζει μικρή για να περιγράψει (ενδεικτικά: https://en.wikipedia.org/wiki/Many-worlds_interpretation). Άλλες, λιγότερο διαδεδομένες ερμηνείες είναι η Μηχανική de Broglie–Bohm (γνωστή και ως Θεωρία Οδηγού Κύματος), κατά την οποία τα σωματίδια ενσωματώνουν κρυμμένες μεταβλητές, η Θεωρία Αυθόρμητης Κατάρρευσης των Ghiradi, Rimini, Weber, όπου η κυματοσυνάρτηση καταρρέει από μόνη της ασχέτως παρατήρησης, η προσέγγιση QBism (Quantum Bayesianism), κατά την οποία η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης δεν αφορά τον φυσικό κόσμο, αλλά τις πεποιθήσεις του παρατηρητή, και πολλές άλλες ακόμα.

ΥΓ2. Η Κβαντική Φυσική αποτελεί τον πιο προωθημένο τομέα ανθρώπινης επιστήμης του τελευταίου αιώνα, με προεκτάσεις σε ζητήματα ύπαρξης, πραγματικότητας και φιλοσοφίας. Αυτός είναι ο λόγος που, από την αρχή ακόμα του site, έχουμε σταθεί επανειλημμένα στις διαπιστώσεις της, σε διάφορες συζητήσεις. Ίσως ακόμη περισσότερο από την παραγωγή νέας γνώσης, η αποτελεσματικότητα της έγκειται στη δυνατότητα αμφισβήτησης της ήδη υπάρχουσας. Και αυτό την καθιστά ένα μοναδικό εργαλείο σε κάθε προσπάθεια ερμηνείας του Κόσμου.

ΥΓ3. Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής ανοίγει το δρόμο για εφαρμογές επικοινωνίας με ταχύτητες μεγαλύτερες του φωτός. Εφόσον, για παράδειγμα, σε ζεύγη  διεμπλεγμένων φωτονίων αντίθετης πόλωσης, η μέτρηση του ενός προσδίδει ακαριαία μια αντίθετη τιμή στο άλλο, θα ήταν δυνατόν εμείς από εδώ, τη Γη, να επηρεάζουμε απομακρυσμένα φωτόνια, στέλνοντας bits και bytes μηνυμάτων στην άλλη άκρη του Σύμπαντος. Το πρόβλημα, ωστόσο, είναι ότι η μέτρηση επιφέρει κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης κατά τρόπο απολύτως πιθανολογικό, στον οποίο δεν μπορούμε να παρέμβουμε. Επομένως ναι, στο παράδειγμα μας, θα ήταν δυνατόν οι μετρήσεις στη Γη να επηρεάζουν την κατάσταση πόλωσης διεμπλεγμένων φωτονίων έτη φωτός μακριά, όμως οι τιμές –οι άσσοι και τα μηδενικά των bit– θα ήταν τυχαίες εδώ, και αντιστρόφως τυχαίες στην άλλη άκρη. Με άλλα λόγια, θα ήταν εφικτό να στέλνουμε μηνύματα ακαριαία όσο μακριά θέλουμε, όμως τα μηνύματα αυτά δε θα μπορούσαν να είναι παρά τυχαίος θόρυβος. Ειρωνεία, ε; Μοιάζει σαν κάποιος να έχει φτιάξει το κουτί έτσι ώστε να μην μπορούμε ποτέ να βγούμε από αυτό.

Με την προσθήκη της υποενότητας "Οδός Ανθέων" συμπληρώνεται μια μακρά λίστα περιεχομένων στη σελίδα της Αθήνας. Υπάρχουν και άλλα που μπορεί να γραφτούν – πολύ περισσότερα ακόμα. Όμως, οι επόμενες ενημερώσεις του site σκοπεύουμε να αφορούν κατά βάση την ξεχασμένη σελίδα της Ελλάδας. Λέμε να συνεχίσουμε από εκεί που είχαμε μείνει. Είναι καιρός (Prime Time).

20/12/2025