Universuri fantoma „ucid” pisica lui Schrödinger. Teoria interactiunii între universuri multiple

Functia de unda a colapsat, definitiv. O noua abordare a mecanicii cuantice elimina o serie de bizarerii cuantice, printre care natura duala a obiectului cuantic, unda si particula, precum si superpozitia (existenta mai multor stari, simultan). Pe scurt, noua abordare înlatura functia de unda si demonteaza ecuatiile ce o descriu. În locul acestora sunt puse un numar finit de lumi paralele, a caror coliziune cu lumea noastra produce efectele ciudate observate la nivel cuantic.

Bizareria cuantica reprezinta un semn ca universuri invizibile concura pentru acelasi spatiu cu Universul nostru, conform unei noi idei îndraznete propuse de fizicieni.

Teoria cuantica îsi propune sa descrie comportamentul straniu al particulelor ca atomii ori electronii. De circa 100 de ani fizicienii explica ciudateniile proprietatilor cuantice ale acestora, ca dualitatea unda-particula ori  lipsa determinismului, invocând o entitate abstracta numita functie de unda, care exista într-o superpozitie a tuturor starilor posibile pâna când cineva o observa, moment în care aceasta colapseaza într-o singura stare.

Fizicianul Erwin Schrödinger a ilustrat ideea sa într-o maniera devenita faimoasa, imaginând o pisica într-o cutie care este si vie, si moarta, pâna în momentul în care cineva deschide cutia pentru a verifica. Probabilitatea ca pisica sa supravietuiasca este data de o ecuatie creata de Schrödinger, care descrie toate starile posibile în care functia de unda poate colapsa.

Ecuatia lui Schrödinger prezice rezultatul experimentului perfect. Dar multi fizicieni nu se simt confortabil sa vada functia de unda ca un aspect fundamental al realitatii, preferând sa trateze ecuatia amintita ca un instrument de calcul, dar cautând o teorie mai profunda care sa explice ce se întâmpla în fapt.

„Nu te poti gândi la functia de unda ca la ceva real”, spune Haward Wiseman, de  la Universitatea Griffith din Queensland, Australia. Dar daca functia de unda nu este reala, ce este real?

Acum Wiseman si colegii sai au venit cu un raspuns. Universul nostru împarte spatiul cu un numar mare de alte universuri, fiecare respectând legile clasice, newtoniene, ale fizicii. În întelegerea lui Wiseman particulele din Universul nostru simt o subtila „împunsatura” din partea unor particule din alte universuri. Ceea ce vedem noi ca fiind ciudatenii cuantice reprezinta în fapt rezultatul acestor coliziuni.

„Un mod de a privi lucrurile este urmatorul: aceste particule exista în acelasi spatiu cu cele din Universul nostru, fiind practic niste universuri fantoma”. Aceste lumi paralele sunt invizibile, pentru ca interactioneaza cu lumea noastra în conditii foarte stricte, prin intermediul unei forte ce se manifesta între particule similare din universuri diferite. Dar aceasta interactiune nu este suficienta pentru a explica mecanica cuantica.

Pentru a demonstra ca ideea sa este solida, Wiseman si echipa sa au aratat matematic ca teoria interactiunii dintre universuri multiple poate explica efecte concrete. „Primul lucru pe care trebuie sa-l faci e sa poti reproduce rezultatele, pentru ca mecanica cuantica a fost testata cu o incredibila precizie”, adauga Wiseman. „Daca nu poti reproduce mecanica cuantica, esti condamnat la esec de la început”.

Cercetatorii au ales un test clasic, cel al experimentului dublei fante, care demonstreaza ca fotonii se comporta si ca unde, si ca particule. Efectele fotonilor fantoma din doar 41 de alte universuri pot da acelasi rezultat, crede echipa de fizicieni.

Acestia arata ca teoria poate demonstra si alte efecte, inclusiv stabilitatea materiei: coliziunile cu alte universuri opresc electronii de la cadea în nucleul atomilor, asa cum s-ar întâmpla într-o lume newtoniana.

„Daca aceste interactiuni ar fi eliminate ori daca ar fi un singur univers, atunci toate aceste efecte ar disparea, iar fizica newtoniana ar domni”, afirma Michael Hall, coleg cu Wiseman.

Abordarea este înca în starea sa initiala de cercetare, iar fizicienii au mult de lucru pentru a convinge. De exemplu, ei nu au creat un model pentru a explica inseparabilitatea cuantica (quantum entanglement), o relatie ciudata, demonstrata, între doua particule aflate la distanta una de alta si care par ca pot comunica instantaneu între ele. Dar ar putea fi explicata si aceasta problema daca numarul de universuri paralele ar fi infinit.

Universuri multiple

Aceasta idee a coliziunii dintre lumi multiple vine ca un ecou al interpretarii universurilor multiple a mecanicii cuantice, avansata de Hugh Everett în anii 50 ai secolului trecut, conform careia universul se „sparge” în universuri paralele ori de câte ori functia de unda colapseaza. Pisica este atât moarta, cât si vie, conform lui Everett; depinde de universul în care faci observatia.

Dar sunt,totusi, diferente importante între cele doua abordari. Everett trateaza functia de unda ca fiind o componenta fundamentala a realitatii. Odata ce Universul se împarte în doua universuri, cele doua nu interactioneaza unul cu celalalt.

În noua teorie universurile paralele au fost mereu împreuna, interactionând prin forte de respingere dintre particule corespondente imediat ce se departeaza un pic.

Aceasta abordare prezinta unele avantaje fata de interpretarea lui Everett, afirma Lev Vaidman, de la Universitatea Tel Aviv din Israel, care a lucrat intens la teoria lui Everett. De exemplu, Everett nu reuseste sa determine probabilitatea de a se întâmpla pentru ceea ceea ce se întâmpla realmente, într-un univers unde orice se poate întâmpla.

Noua teorie vine si cu posibilitatea efectuarii unor experimente care sa puna în evidenta existenta altor lumi si poate chiar sa puna bazele comunicarii cu „gemenii” nostri din alte lumi.

Ecuatia lui Schrödinger prezice comportamentul cuantic cu precizie doar daca luam în calcul un numar infinit de lumi, spune Wiseman. Dar daca numarul de universuri este finit, atunci ecuatia lui Schrödinger este doar o aproximare. Cu experimente bine proiectate, am putea vedea ca predictiile difera de masuratorile din cadrul experimentelor.

„Acest fapt ne-ar permite ca prin intermediul unui experiment sa determinam câte universuri exista”, afirma Eric Cavalcanti, Universitatea Sydney, Australia.

O alta testare a altor universuri s-ar putea face prin intermediul fortei ce actioneaza între aceste lumi. Wiseman spune ca forta ar putea ajuta sa întelegem mistere ca gravitatia. Acesta mai adauga ca nu este nebun sa creada ca daca teoria sa este corecta, iar forta dintre lumi este un pic diferita de ceea ce crede el, va fi posibila comunicarea între universuri.

Deocamdata totul este o speculatie, totusi. Alti fizicieni gasesc teoria interesanta, dar nu e clar daca are potentialul de a înlocui functia de unda.

„Acest concept al functiei de unda a rezolvat paradoxurile mecanicii clasice acum 100 de ani”, afirma Vaidamn. „Asa ca rezonez cu actuala încercare de a înlocui functia de unda cuantica cu altceva. Teoria ar putea fi interesanta daca fizicienii ar putea sa faca matematica mai simpla si mai eleganta”.

Chiar daca teoria nu are nimic de-a face cu adevarata natura a lumii, ar putea fi un instrument util pentru simplificarea predictiilor cuantice.

„Odata ce ai 6 ori 7 particule cuantice care interactioneaza, ecuatia lui Schrödinger este foarte dificil de rezolvat, chiar si cu aproximatie”, spune Hall. „Cu teoria noastra trebuie doar sa ne lamurim unde sunt particulele în fiecare univers si sa calculam forta dintre ele”.

Cavalcanti este de acord, mentionând ca multe alte interpretari cuantice au dus la noi tehnologii, în ciuda faptului ca nimeni nu a fost de acord ca sunt corecte. „Teorema non-clonarii, criptografia cuantica, teleportarea cuantica, toate au radacini, cel putin în parte, în aceste întrebari fundamentale. Nu e de neconceput, de aceea, ca o abordare ca aceasta sa fie folositoare într-o astfel de directie. Dar e prea devreme sa stim asta”.

Fotonii fantoma

În teoria interactiunilor dintre universuri multiple, particule aproape identice din universuri paralele intra în coliziune unele cu altele pentru a crea efectele cuantice stranii pe care le observam experimental.

Pentru a arata ca ideea sa functioneaza, Wiseman a demonstrat matematic ca teoria prezice rezultatele experimentului cu fanta dubla.

În acest experiment fotonii sunt transmisi, unul câte unul, catre un ecran cu fosfor cu rol de detector de fotoni. Între sursa si ecran este un material negru care absoarbe fotonii, care are cele doua fante ce permit trecerea fotonilor.

Daca fotonii ar fi doar particule, atunci ne-am astepta sa  regasim o distributie uniforma pe ecran, odata cu trecerea prin cele doua fante. Dar, în schimb, fotonii formeaza dungi paralele, dupa un model caracteristic. Adica se comporta exact ca si cum fotonii ar intra prin cele doua fante ca unde, iar fronturile de unda ar interfera.

În  noua teorie, fiecare foton exercita o forta asupra celorlalti, producând traiectorii diferite fotonilor din Universul nostru. Wiseman si colegii acestuia au aratat ca luând în calcul doar 41 de universuri se poate produce acelasi rezultat ca cel din experimentul cu doua fante.

http://www.scientia.ro/