კვანტური მექანიკა, თეორია, რომელიც მართავს ატომებისა და ნაწილაკების მიკროსამყაროს, ფიზიკის მრავალი სხვა სფეროსგან განსხვავებით, უცნაური და ინტუიციურია, რაც მას დამაინტრიგებლად აქცევს. 2022 წლის ნობელის პრემია ფიზიკაში ალენ ასპეს, ჯონ კლაუზერსა და ანტონ ცაილინგერს მიენიჭა კვანტური მექანიკის შესახებ კვლევისთვის, რამაც დიდი აღტაცება და დისკუსია წარმოშვა.

მაგრამ კვანტური მექანიკის შესახებ დებატები — იქნება ეს ფორუმებზე, მედიასა თუ სამეცნიერო ფანტასტიკაში — ხშირად შეიძლება ბუნდოვანი იყოს მრავალი გავრცელებული მითისა და მცდარი წარმოდგენის გამო. ქვემოთ სწორედ ასეთ 4 ყველაზე გავრცელებულ მითს შემოგთავაზებთ:

1. კატა შეიძლება ერთდროულად მკვდარიც იყოს და ცოცხალიც

ალბათ, შროდინგერი ვერასოდეს წარმოიდგენდა, რომ მისი სააზროვნო ექსპერიმენტი 21-ე საუკუნეში ინტერნეტ მიმად იქცეოდა.

ექსპერიმენტის მიხედვით, შემთხვევითი კვანტური მოვლენით — მაგალითად, რადიოაქტიური დაშლით — ამუშავებულ გადამრთველიან ყუთში დამწყვდეული უიღბლო კატა შეიძლება ერთდროულად მკვდარიც იყოს და ცოცხალიც, სანამ შესამოწმებლად არ გავხსნით ყუთს.

ჩვენ დიდი ხანია ვიცით, რომ კვანტური ნაწილაკები შეიძლება იყოს ერთდროულად ორ მდგომარეობაში — მაგალითად, ორ ადგილას. ამას ვუწოდებთ სუპერპოზიციას. მეცნიერებმა შეძლეს ამის ჩვენება ცნობილ ორმაგი ჭრილის ექსპერიმენტში, სადაც ერთ კვანტურ ნაწილაკს, როგორიცაა ფოტონი ან ელექტრონი, შეუძლია ერთდროულად გაიაროს კედლის ორი განსხვავებული ჭრილი. საიდან ვიცით ეს?

კვანტურ ფიზიკაში, თითოეული ნაწილაკის მდგომარეობა ასევე არის ტალღა. მაგრამ როდესაც ჩვენ ერთმანეთის მიყოლებით ვგზავნით ფოტონების ნაკადს ჭრილებში, ის ქმნის ორი ტალღის ნიმუშს, რომლებიც ერევა ერთმანეთს ჭრილის უკან ეკრანზე. იმის გამო, რომ თითოეულ ფოტონს არ ჰქონდა სხვა ფოტონი, რომელსაც შეერეოდა ჭრილში გასვლისას, მას ერთდროულად უნდა გაევლო ორივე ჭრილი და შერეოდა საკუთარ თავს.

ამასთანავე, იმისათვის, რომ ამან იმუშაოს, ნაწილაკების სუპერპოზიციაში არსებული მდგომარეობები (ტალღები), რომლებიც გადის ორივე ჭრილში, უნდა იყოს "თანმიმდევრული" — უნდა ჰქონდეს კარგად განსაზღვრული ურთიერთმიმართება.

ეს სუპერპოზიციური ექსპერიმენტები შეიძლება ჩატარდეს მზარდი ზომისა და სირთულის ობიექტებთან. 1999 წელს ანტონ ცაილინგერის ერთ-ერთმა ცნობილმა ექსპერიმენტმა აჩვენა კვანტური სუპერპოზიცია ნახშირბად-60-ის დიდი მოლეკულებით, რომლებიც ცნობილია როგორც "ბუკიბოლები".

ჰოდა, რას ნიშნავს ეს ჩვენი საწყალი კატისთვის? მართლა ერთდროულად ცოცხალიც არის და მკვდარიც, სანამ ყუთს არ გავხსნით? ცხადია, კატა არაფრით ჰგავს ინდივიდუალურ ფოტონს კონტროლირებად ლაბორატორიულ გარემოში, ის გაცილებით დიდი და რთულია. ნებისმიერი თანმიმდევრულობა, რომელიც ტრილიონზე ტრილიონ ატომს, რომლებიც ქმნის კატას, შეიძლება ჰქონდეს ერთმანეთთან, უკიდურესად ხანმოკლეა. ეს არ ნიშნავს იმას, რომ კვანტური თანმიმდევრულობა შეუძლებელია ბიოლოგიურ სისტემებში, უბრალოდ ის არ ვრცელდება დიდ არსებებზე, როგორებიცაა: კატები ან ადამიანები.

2. ჩახლართულობის ახსნა მარტივი ანალოგიებით შეიძლება

ჩახლართულობა არის კვანტური თვისება, რომელიც აკავშირებს ორ განსხვავებულ ნაწილაკს ისე, რომ თუ ერთს გაზომავთ, ავტომატურად და მყისიერად გეცოდინებათ მეორის მდგომარეობა, იმისდა მიუხედავად, თუ რამდენად შორს მდებარეობს ისინი ერთმანეთისგან.

ამ ფენომენის გავრცელებული ახსნები, როგორც წესი, მოიცავს ყოველდღიურ ობიექტებს, როგორებიცაა: კამათელი, ბარათები ან თუნდაც უცნაური ფერის წყვილი წინდები. მაგალითად, წარმოიდგინეთ, რომ ერთ კონვერტში მოათავსეთ ლურჯი ბარათი, მეორეში კი ნარინჯისფერი და თქვენს მეგობარს გამოცნობა სთხოვეთ. თუკი თქვენი მეგობარი რომელიმე კონვერტს წაგართმევთ, გახსნის და იპოვის, მაგალითად, ლურჯ ბარათს, გაიგებს, რომ მეორე კონვერტში ნარინჯისფერი ბარათია მოთავსებული.

მაგრამ კვანტური მექანიკის გასაგებად, თქვენ უნდა წარმოიდგინოთ, რომ კონვერტების შიგნით ორი ბარათი არის ერთობლივ სუპერპოზიციაში, რაც იმას ნიშნავს, რომ ისინი ერთდროულად ნარინჯისფერი და ლურჯია. ერთი კონვერტის გახსნისას გამოჩნდება ერთი ფერი, რომელიც განისაზღვრება შემთხვევით. მაგრამ მეორის გახსნა მაინც ყოველთვის ავლენს საპირისპირო ფერს, რადგან ის "უცნაურად" არის დაკავშირებული პირველ ბარათთან.

შეიძლება აიძულოთ ბარათები, გამოჩნდეს სხვადასხვა ფერში. მაგალითად, შეგვიძლია გავხსნათ კონვერტი კითხვაზე: "მწვანე ხარ თუ წითელი?" თუმცა პასუხი ისევ შემთხვევითი იქნება: მწვანე ან წითელი. მაგრამ გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს იმას, რომ თუ ბარათები კვანტურად ჩახლართული იქნებოდა, მეორე ბარათი მაინც ყოველთვის საპირისპირო ფერის აღმოჩნდებოდა, როდესაც იმავე კითხვას დავსვამდით.

ალბერტ აინშტაინი ცდილობდა ამის ახსნას კლასიკური ინტუიციით, ვარაუდით, რომ ბარათებს შეიძლება ჰქონოდა ფარული, შიდა ინსტრუქციების ნაკრები, რომელიც ეუბნებოდა, თუ რა ფერით უნდა გამოჩენილიყო გარკვეული შეკითხვისთვის. მან ასევე უარყო აშკარა "უცნაური" ქმედება ბარათებს შორის, რაც მათ საშუალებას აძლევს მყისიერად მოახდინოს გავლენა ერთმანეთზე — ანუ ერთმანეთთან ჰქონდეს სინათლის სიჩქარეზე სწრაფი კომუნიკაცია, რაც აკრძალულია აინშტაინის თეორიებით.

თუმცა, აინშტაინის ახსნა შემდგომში გამორიცხა ბელის თეორემამ (თეორიული ტესტი, რომელიც შექმნა ფიზიკოსმა ჯონ სტიუარტ ბელიმ) და 2022 წლის ნობელის პრემიის ლაურეატების ექსპერიმენტებმა. აზრი, რომ ერთი ჩახლართული ბარათის გაზომვა ცვლის მეორის მდგომარეობას, სიმართლეს არ შეესაბამება. კვანტური ნაწილაკები უბრალოდ საიდუმლოებით არის დაკავშირებული ისე, რომ მათ ყოველდღიურ ლოგიკას ან ენას ვერ მივუსადაგებთ — მათ არ აქვს კომუნიკაცია ან შეიცავს ფარულ კოდს, ამიტომ დაივიწყეთ ყოველდღიური საგნები, როცა ჩახლართულობის საკითხზე ფიქრობთ.

3. ბუნება ირეალური და "არალოკალურია"

ხშირად ამბობენ, რომ ბელის თეორემის მიხედვით, ბუნება "ლოკალური" არ არის და რომ ობიექტი არ ექვემდებარება მისი გარემომცველი სამყაროს უშუალო გავლენას. კიდევ ერთი გავრცელებული ინტერპრეტაცია არის ის, რომ თეორემის მიხედვით, კვანტური ობიექტების თვისებები არ არის "რეალური" და არ არსებობს გაზომვამდე.

მაგრამ ბელის თეორემა მხოლოდ საშუალებას გვაძლევს ვთქვათ, რომ კვანტური ფიზიკა ნიშნავს, რომ ბუნება არ არის რეალური და ლოკალური, თუკი ერთდროულად რამდენიმე სხვა რამეს ვივარაუდებთ. ეს ვარაუდები მოიცავს აზრს, რომ გაზომვებს აქვს მხოლოდ ერთი შედეგი (და არა მრავალჯერადი, შესაძლოა პარალელურ სამყაროებში), რომ მიზეზი და შედეგი დროში წინ მიედინება და რომ ჩვენ არ ვცხოვრობთ "საათიან სამყაროში", რომელშიც ყველაფერი წინასწარ არის განსაზღვრული დროის გარიჟრაჟის შემდეგ.

ბელის თეორემის მიუხედავად, ბუნება შეიძლება რეალური და ლოკალური იყოს, თუკი საღ აზროვნებას — მაგალითად, იმის შესახებ, რომ დრო წინ მიდის — გვერდზე გადავდებთ. შემდგომი კვლევა, იმედია, შეამცირებს კვანტური მექანიკის პოტენციური ინტერპრეტაციების დიდ რაოდენობას. თუმცა, არსებული ვარიანტების უმეტესობა — მაგალითად, დროის უკუსვლა, ან თავისუფალი ნების არარსებობა — სულ მცირე, ისეთივე აბსურდულია, როგორც ლოკალური რეალობის კონცეფციაზე უარის თქმა.

4. არავის ესმის კვანტური მექანიკა

კლასიკური ციტატის (მიეწერება ფიზიკოს რიჩარდ ფეინმანს, მაგრამ ამ ფორმით ასევე ნილს ბორის პერიფრაზირებაცაა) მიხედვით, "თუკი ფიქრობთ, რომ გესმით კვანტური მექანიკა, თქვენ არ გესმით იგი".

ეს შეხედულება ფართოდ არის გავრცელებული საზოგადოებაში. სავარაუდოდ, კვანტური ფიზიკის გაგება შეუძლებელია, მათ შორის ფიზიკოსების მიერ. მაგრამ 21-ე საუკუნის გადმოსახედიდან, კვანტური ფიზიკა არც მათემატიკურად და არც კონცეპტუალურად არ არის განსაკუთრებით რთული მეცნიერებისთვის. ჩვენ ეს ძალიან კარგად გვესმის, იმდენად, რამდენადაც შეგვიძლია კვანტური ფენომენების პროგნოზირება მაღალი სიზუსტით, უაღრესად რთული კვანტური სისტემების სიმულაცია და კვანტური კომპიუტერების შექმნაც კი.

ასევე იხილეთ: ჩვენი ტვინები კვანტური კომპიუტერივით მუშაობს? — ახალი კვლევა

სუპერპოზიცია და ჩახლართულობა, როცა კვანტური ინფორმაციის ენით ვხსნით, მხოლოდ საშუალო სკოლის მათემატიკას მოითხოვს. ბელის თეორემა საერთოდ არ საჭიროებს რაიმე კვანტურ ფიზიკას. მისი გამოყვანა შესაძლებელია რამდენიმე სტრიქონში ალბათობის თეორიისა და წრფივი ალგებრის გამოყენებით.

ჭეშმარიტი სირთულე, ალბათ, არის ის, თუ როგორ შეიძლება კვანტური ფიზიკის ჩვენს ინტუიციურ რეალობასთან ინტეგრირება. თუმცა ყველა პასუხის არქონა ხელს არ შეგვიშლის კვანტური ტექნოლოგიების შემდგომ პროგრესში. შეგვიძლია უბრალოდ "გავჩუმდეთ და გამოვთვალოთ". კაცობრიობის სასიხარულოდ, ნობელის მფლობელებმა: ასპემ, კლაუზერმა და ცაილინგერმა — უარი თქვეს გაჩუმებაზე და კიდევ ერთხელ დასვეს უმთავრესი კითხვა: "რატომ?" მათნაირმა ადამიანებმა, ერთ დღესაც, შეიძლება მოახერხონ კვანტური უცნაურობების ინტეგრირება ჩვენი რეალობის აღქმასთან.