Ακόμη μία πρόοδος σε συστήματα τηλεμεταφοράς

T E L E P O R T A T I O N 

Σύμφωνα με δύο νέες δημοσιεύσεις στο περιοδικό Nature, η επιτυχής τηλεμεταφορά σωματιδίων είναι πλέον πιο κοντά. Πρόκειται για δύο πειράματα, από ερευνητές στην Ιαπωνία και τη Γερμανία, και την Αυστραλία και την Ελβετία αντίστοιχα, στα οποία τηλεμεταφέρθηκαν φωτόνια με μεγαλύτερα ποσοστά επιτυχίας από κάθε άλλο πείραμα μέχρι σήμερα. 

Στην πραγματικότητα ενδείξεις για τηλεμεταφορά ύλης υπάρχουν από το 1997, όπου ξεκίνησαν πειράματα στα οποία αντιγράφονταν όλες οι κβαντικές ιδιότητες ενός συστήματος από μια περιοχή σε μία άλλη. 

Πρέπει να σημειωθεί πως για τηλεμεταφορά μεγαλύτερης ποσότητας ύλης, όπως αυτή που αντιστοιχεί σε έναν μέσο άνθρωπο, υπάρχει ένα μείζον πρόβλημα: η ποσότητα της πληροφορίας που χρειαζόμαστε να γνωρίζουμε είναι τεράστια. Σύμφωνα με μια εκτίμηση, για να περιγράψουμε την ενέργεια και την κίνηση κάθε ατόμου σε ένα ανθρώπινο σώμα θα χρειαζόμασταν 1022 Gigabytes χωρητικότητας.

Για να γίνει κατανοητό το παραπάνω μέγεθος, για να αποθηκεύσουμε τα απαραίτητα δεδομένα θα χρειαζόταν μια στοίβα από συμβατικούς σκληρούς δίσκους ύψους 20 ετών φωτός, περίπου πέντε φορές πιο ψηλή δηλαδή από την απόσταση του πιο κοντινού σε εμάς άστρου. Έτσι, για την ώρα τουλάχιστον, η τηλεμεταφορά επικεντρώνεται σε μεμονωμένα σωματίδια, όπως άτομα ή φωτόνια.

Ένας περιορισμός στη τηλεμεταφορά σωματιδίων, είναι η αρχή της απροσδιοριστίας, σύμφωνα με την οποία υπάρχει ένα όριο στην πληροφορία που μπορείς να έχεις ταυτόχρονα για τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου.

Το εμπόδιο αυτό υπερκεράστηκε το 1993, όταν βρέθηκε ένας έμμεσος τρόπος για τη μέτρηση των ιδιοτήτων ενός σωματιδίου, χρησιμοποιώντας ζεύγη κβαντικά μπλεγμένων σωματιδίων, σωματιδίων δηλαδή που έχουν αλληλεπιδράσει μεταξύ τους, και γνωρίζοντας τις ιδιότητες του ενός, εξάγει κανείς συμπεράσματα για τις κβαντικές ιδιότητες του άλλου. Πρόσφατα, με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες πέτυχαν τη τηλεμεταφορά φωτονίων στην απόσταση ρεκόρ των 143 χιλιομέτρων, στα Κανάρια νησιά.

Το πρόβλημα μέχρι σήμερα ήταν πως αυτές οι μέθοδοι χρησιμοποιούσαν τις πιθανότητες, καθώς δεν μπορούσαν να εγγυηθούν την ταυτόχρονη άφιξη στο δέκτη των μπλεγμένων φωτονίων. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την επιτυχή τηλεμεταφορά μόνο του 1% των φωτονίων, κάνοντας τη μέθοδο αναξιόπιστη. Ωστόσο, σύμφωνα με τα δύο τελευταία πειράματα, υπάρχουν ενδείξεις πως η μέθοδος μπορεί θεωρητικά να γίνει ντετερμινιστική, και να εγγυάται την επιτυχία της τηλεμεταφοράς για κάθε φωτόνιο.

Στην πράξη, και τα δύο πειράματα έχουν πετύχει επιτυχία σε 40% του συνόλου των προσπαθειών τους, γεγονός που αποτελεί τεράστια βελτίωση, και οι επιστήμονες πιστεύουν πως αυτό αποτελεί άλλο ένα ορόσημο στην κατασκευή λειτουργικών κβαντικών υπολογιστικών συστημάτων, ενώ αισιοδοξούν πως δεν απέχει πολύ η στιγμή που θα σημειώσουν 100% επιτυχία στην τηλεμεταφορά σωματιδίων.

πηγή

Το μποζόνιο Higgs

Το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής είναι μια θεωρία που περιγράφει τις ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, όπως και τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία αποτελείται η ύλη.

Αν και οι περισσότερες από τις επιμέρους προβλέψεις του έχουν επιβεβαιωθεί πειραματικά, ένα βασικό συστατικό του το σωματίδιο Higgs (το οποίο σχετίζεται με το κορυφαίο και αναπάντητο ερώτημα της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων «Τι είναι αυτό που προσδιορίζει τη μάζα των σωματιδίων της ύλης;») παραμένει μέχρι σήμερα ανεπιβεβαίωτο.

Το Higgs, ένα σωματίδιο ή μια ομάδα σωματιδίων που προσδίδει σε όλα τα άλλα στοιχειώδη σωματίδια του σύμπαντος τη μάζα τους, αποτελεί έναν από τους ακρογωνιαίους λίθους της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και είναι το μοναδικό από τα σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου που εξακολουθεί να μην έχει ανιχνευτή μέχρι τώρα. Αυτό οφείλεται στο ότι η δημιουργία του απαιτεί ένα τεράστιο ποσό ενέργειας σε συνθήκες εργαστηρίου.

Πώς προκύπτει όμως αυτό το θεμελιώδες πρόβλημα μάζας στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων;

Η πρώτη ενοποιημένη φυσική θεωρία η κβαντική εκδοχή της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Maxwell ενοποίησε τις μέχρι τότε εντελώς διακριτές μεταξύ τους ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις ως διαφορετικές εκφάνσεις μίας μόνο βασικής αλληλεπίδρασης, της ηλεκτρομαγνητικής. Οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων οφείλονται στην ανταλλαγή πακέτων ή κβάντων ενέργειας, που ονομάστηκαν φωτόνια.

Σε δεύτερο στάδιο οι θεωρητικοί φυσικοί άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι μία αντίστοιχη σχέση ίσως να υπάρχει και μεταξύ της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης και των ασθενών αλληλεπιδράσεων. Μία σχέση που θα τους επέτρεπε να ενοποιήσουν, όλα τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα, την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, καθώς και ορισμένους τύπους ραδιενεργού διάσπασης (στους οποίους οφείλεται μεταξύ άλλων και η παραγωγή ενέργειας στο εσωτερικό των άστρων) σε διαφορετικές εκφάνσεις μίας μόνο αλληλεπίδρασης που ονομάστηκε ηλεκτρασθενής.

Δυστυχώς το μαθηματικό πλαίσιο που περιγράφει την ηλεκτρασθενή θεωρία αντιμετωπίζει ένα σοβαρό πρόβλημα, καθώς απαιτεί τα σωματίδια-φορείς αυτής της ευρύτερης ηλεκτρασθενούς αλληλεπίδρασης να μην έχουν μάζα.

Αυτό μπορεί να μην αποτελεί πρόβλημα για το φωτόνιο (το σωματίδιο-φορέα της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης που έχει μηδενική μάζα) για την ασθενή αλληλεπίδραση όμως (η οποία οφείλεται στην ανταλλαγή των μποζονίων W και Ζ που έχουν μάζα) αυτό είναι ένα σοβαρό πρόβλημα.

Η λύση στο πρόβλημα δόθηκε από την πρωτοποριακή έρευνα των φυσικών Peter Higgs, Robert Brout και Francois Englert, οι οποίοι πρότειναν το εξής εκπληκτικό: αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η αρχέγονη σούπα των στοιχειωδών σωματιδίων αποτελούνταν από σωματίδια χωρίς μάζα.

Καθώς όμως το σύμπαν διαστελλόταν και η θερμοκρασία του μειωνόταν, έφτασε σε μια κρίσιμη θερμοκρασία όπου μπήκε σε λειτουργία ο περίφημος μηχανισμός Higgs σπάζοντας την ηλεκτρασθενή συμμετρία και εφοδιάζοντας τα στοιχειώδη σωματίδια με τη μάζα τους.

Σύμφωνα με τον Higgs ολόκληρο το σύμπαν διαποτίζεται από ένα πεδίο αντίστοιχο με το ηλεκτρομαγνητικό. Καθώς τα διάφορα σωματίδια κινούνται μέσα στο χώρο διασχίζοντας το πεδίο αυτό, κάποια από αυτά αλληλεπιδρούν μαζί του και αποκτούν μάζα. 

Όσο μάλιστα περισσότερο αλληλεπιδρούν τόσο μεγαλύτερη είναι και η μάζα που αποκτούν, ενώ εκείνα που δεν αλληλεπιδρούν καθόλου παραμένουν χωρίς μάζα.

Σύμφωνα όμως με την κβαντική θεωρία, κάθε πεδίο σχετίζεται και με ορισμένα σωματίδια, όπως για παράδειγμα το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με τα φωτόνια. Θα πρέπει επομένως να υπάρχει και ένα σωματίδιο, το μποζόνιο Higgs, το οποίο να αντιστοιχεί στο προαναφερόμενο πεδίο.

Δυστυχώς οι φυσικοί δεν έχουν κατορθώσει ως σήμερα να αποδείξουν άμεσα την ύπαρξη του μποζονίου Higgs. Στις 4/7/2012, όμως, ερευνητές του CERN ανακοίνωσαν πως είναι σχεδόν βέβαιοι ότι εντόπισαν «κάτι που μοιάζει με το Higgs», το σωματίδιο που θα επιβεβαίωνε ότι γνωρίζουμε πώς η ύλη αποκτά τη μάζα της.

Εφόσον επιβεβαιωθεί οριστικά η ανακάλυψη, ο πειραματικός άθλος θα επιστεγάσει το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο, το θεωρητικό οικοδόμημα που αναπτύχθηκε τον περασμένο αιώνα και συγκεντρώνει όλες τις γνώσεις των φυσικών για τα στοιχειώδη συστατικά του Σύμπαντος.

Για να γίνει επισήμως δεκτή η ανακάλυψη, οι ερευνητές θα πρέπει να αποδείξουν ότι το νέο σωματίδιο συμπεριφέρεται όπως το Higgs. Επιπλέον, το επίπεδο βεβαιότητας για τον εντοπισμό του σωματιδίου πρέπει να φτάνει τα 5 σίγμα, κάτι που σημαίνει ότι η πιθανότητα να οφείλονται σε λάθος οι παρατηρήσεις είναι μόλις 0,00006%.

πηγή

Το ψηφιακό σύμπαν

Στη φυσική και στην κοσμολογία η «Ψηφιακή Φυσική» ή «Ψηφιακή Φιλοσοφία», αποτελεί μια συλλογή θεωρητικών απόψεων που ξεκινούν με την υπόθεση ότι το σύμπαν, στη βάση του, είναι πληροφορικής φύσεως και αποτελεί μια γιγαντιαίων διαστάσεων υπολογιστική διαδικασία.

Ένα σύνολο κανόνων, πιθανότατα εξαιρετικά απλών, αποτελεί το πρόγραμμα (software) που «τρέχει» σε μικροσκοπικό επίπεδο, καθορίζοντας ουσιαστικά όλες τις διαδικασίες και τα φαινόμενα των ανωτέρων επιπέδων.

Η υπόθεση ότι το σύμπαν είναι ένας ψηφιακός υπολογιστής εισήχθηκε το 1967 από τον Konrad Zuse στο βιβλίο του «Rechnender Raum» (Calculating Space) και βασίζεται σε μια ή περισσότερες από τις παρακάτω υποθέσεις.

Το σύμπαν (ή η πραγματικότητα) είναι:

-Πληροφοριακό στην ουσία του
-Ψηφιακό στην ουσία του
-Ένας γιγάντιος υπολογιστής
-Το αποτέλεσμα μιας άσκησης προσομοίωσης πραγματικότητας

Ο νομπελίστας φυσικός Τζον Άρτσιμπαλντ Γουίλερ στα τελευταία χρόνια της ζωής του προσπαθούσε να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της επιστήμης - γιατί το σύμπαν είναι κατανοητό. Γιατί ακολουθεί μαθηματικούς νόμους που εμείς μπορούμε να ανακαλύψουμε και να κατανοήσουμε.
Ισχυρίστηκε, λοιπόν, ότι η παραδοσιακή εικόνα των στοιχειωδών σωματιδίων ως μικροσκοπικές μπάλες μπιλιάρδου που κυλούν πάνω στο τραπέζι του χωροχρόνου, είναι πλέον ξεπερασμένη και γελοία. Τα στοιχειώδη σωματίδια δεν διαθέτουν φυσική υπόσταση.

Είναι απλώς μια συλλογή κβαντικών τιμών, όπως ενέργεια, φορτίο, σπιν κ.ο.κ., και επομένως είναι πιο λογικό να τα εκλαμβάνουμε ως πακέτα πληροφορίας. Και ο χωρόχρονος είναι επίσης πληροφορία, ένας γιγαντιαίος πίνακας τιμών που προσδιορίζουν την καμπυλότητα των διαστάσεων.

Ο Γουίλερ ονόμασε αυτήν την υπόθεση «It From Bit». Ήθελε έτσι να δηλώσει ότι η φυσική ύπαρξη των πραγμάτων προκύπτει από την πληροφορία. Όταν συγκρούονται δύο σωματίδια, ανταλλάσουν πληροφορίες. Εισέρχονται στη σύγκρουση με ένα σύνολο τιμών -τα δεδομένα εισόδου- και εξέρχονται με ένα άλλο, τα δεδομένα εξόδου.

Άρα, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων μοιάζουν με τις μαθηματικές πράξεις που διεκπεραιώνονται στο τσιπ ενός υπολογιστή και τα προγράμματα που συντονίζουν τις αλληλεπιδράσεις είναι απλώς οι νόμοι της φυσικής. Μπορούμε συνεπώς να σκεφτούμε ολόκληρο το σύμπαν σαν έναν γιγαντιαίο υπολογιστή που λειτουργεί τα τελευταία δεκατέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια.

Μια ένσταση που απευθύνεται στα μοντέλα της ψηφιακής φυσικής είναι πως δεν είναι συμβατά με την ύπαρξη διάφορων συνεχών χαρακτηριστικών φυσικών συμμετριών, όπως είναι η στροφική συμμετρία, η μετατροπική συμμετρία, η συμμετρία Lorenz και η ηλεκτρασθενής συμμετρία, οι οποίες είναι κεντρικά σημεία στην τρέχουσα θεωρητική μελέτη της φυσικής.

Άλλες ενστάσεις αφορούν στην τοπικότητα (κάποια μοντέλα της ψηφιακής φυσικής θεωρείται ότι παραβιάζουν τις σχετικές διάφορες θέσεις της κβαντικής φυσικής) ή και στο γεγονός ότι η θεωρία της φυσικής απαιτεί την έννοια του συνεχούς.

Πιο αναλυτικά, έχει διατυπωθεί το επιχείρημα ότι η ψηφιακή φυσική, που βασίζεται στη θεωρία των μηχανών πεπερασμένων καταστάσεων και ιδιαίτερα στα διακριτά μαθηματικά, δεν μπορεί να βγάλει πορίσματα για μια φυσική θεωρία που τα μαθηματικά της απαιτούν τους πραγματικούς αριθμούς, κάτι που ισχύει για όλες τις φυσικές θεωρίες που έχουν κάποια αξιοπιστία.

Η γνωστή φυσική είναι υπολογίσιμη, αλλά μια τέτοια δήλωση χρειάζεται περαιτέρω αιτιολόγηση. Ένας αριθμός και συγκεκριμένα ένας πραγματικός αριθμός, ένας αριθμός με άπειρο αριθμό ψηφίων λέγεται ότι είναι υπολογίσιμος εάν μια μηχανή Turing θα συνεχίσει να εξάγει ψηφία χωρίς τέλος. Με άλλα λόγια, να χειρίζεται τον αριθμό χωρίς να υπάρχει τελευταίο ψηφίο.

πηγή

Κβαντική Φυσική και πραγματικότητα

Η λέξη "Quantum" προέρχεται από τη λατινική έννοια «πόσο», και σημαίνει «διακριτή ποσότητα» ή «τμήμα». Αναφέρεται δε στις διακριτές μονάδες της ύλης και ενέργειας που προβλέπονται και παρατηρούνται στην κβαντική φυσική. Ακόμη και ο χώρος και ο χρόνος που φαίνονται να είναι εξαιρετικά συνεχείς, έχουν μικρότερες πιθανές τιμές.

Η κβαντική φυσική μελετά τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας σε μοριακό, ατομικό, πυρηνικό, και ακόμα μικρότερα μικροσκοπικά επίπεδα. 

Η κβαντική θεωρία δεν ήταν το έργο ενός ατόμου, αλλά προέκυψε από τη συλλογική προσπάθεια μερικών από τους πιο λαμπρούς φυσικούς του 20ου αιώνα, μεταξύ των οποίων και ο Niels Bohr, ο Erwin Schrödinger, WolfgangPauli, και Max Born. Δύο ονόματα σαφώς ξεχωρίζουν: Μαξ Πλανκ (1858-1947) και Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (1901-1976). Ο Planck αναγνωρίζεται ως ο δημιουργός της κβαντικής θεωρίας, ενώ ο Χάιζενμπεργκ διατύπωσε έναν από τους πιο επιφανείς νόμους της κβαντικής θεωρίας, την αρχή της αβεβαιότητας,η οποία μερικές φορές αναφέρεται και ως η αρχή της απροσδιοριστίας. 

Η γέννηση της κβαντικής φυσικής αποδίδεται στη διατριβή του Max Planck, το 1900, πάνω στην ακτινοβολία μέλανος σώματος. Ανακάλυψε ότι δεν μπορεί να υπάρξει μικρότερο στο οτιδήποτε, από ένα ορισμένο ελάχιστο ποσό. Το ελάχιστο ποσό που καλείται σήμερα "Μονάδα Planck". Τον τομέα ανέπτυξαν οιMax Planck, ο Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, ErwinSchroedinger, και πολλοί άλλοι. Ο Albert Einstein είχε σοβαρά θεωρητικά ζητήματα με την κβαντική μηχανική και προσπάθησε για πολλά χρόνια να τη διαψεύσει ή να την τροποποιήσει.

Σε αντίθεση με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία αφορά τα μεγαλύτερα πράγματα στον κόσμο, η κβαντική θεωρία ασχολείται με τα μικροσκοπικότερα πράγματα που γνωρίζουμε, τα σωματίδια από τα οποία είναι φτιαγμένα τα άτομα, και τα οποία ονομάζουμε "υποατομικά" σωματίδια.

Στη σφαίρα της κβαντικής φυσικής, η παρατήρηση επηρεάζει πραγματικά τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα. Τα κύματα φωτός συμπεριφέρονται σαν σωματίδια και τα σωματίδια σαν κύματα (wave particle duality). Η ύλη μπορεί να πάει από το ένα σημείο στο άλλο, χωρίς να μετακινηθεί μέσω του ενδιάμεσου χώρου (quantum tunnelling). Η πληροφορία κινείται στιγμιαία σε τεράστιες αποστάσεις.Στην κβαντική μηχανική ανακαλύπτουμε ότι ολόκληρο το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα μια σειρά από πιθανότητες.

Η ιδέα ότι η ενέργεια μπορούσε να εκπέμπεται ή να απορροφάται μόνο σε διακριτά κβάντα ενέργειας φαινόταν παράδοξη, δεδομένου ότι δεν μπορούσε να ταιριάξει στο παραδοσιακό πλαίσιο της φυσικής. Η κβαντική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα άτομα έρχονταν σε αντίθεση όχι μόνο την κλασική μηχανική,αλλά και την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell. 

Ακόμα και ο Μαξ Πλανκ, ο οποίος ήταν ένας συντηρητικός άνθρωπος, αμφισβήτησε αρχικά δική του ανακάλυψη. Η παραδοσιακή άποψη ήταν ότι η ενέργεια ρέει σε ένα συνεχές,σαν μια ομαλή, αδιάκοπη ροή του νερού. Το ότι θα πρέπει να υπάρχουν κενά μεταξύ των διακριτών οντοτήτων ενέργειας, φαινόταν εντελώς παράλογο.

Στην πραγματικότητα, η ιδέα του Planck απέκτησε αξιοπιστία μόνο όταν ο Αϊνστάιν τη χρησιμοποίησε το 1905 για να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Ο Fritjof Capra θεωρεί είναι δυνατή η άντληση φιλοσοφικών γνώσεων μέσα από την κβαντική φυσική, όταν περιγράφει τις ομοιότητες μεταξύ της σύγχρονης φυσικής και της αρχαίας ανατολικής φιλοσοφίας στο βιβλίο του "Το Τάο της Φυσικής" (The Tao of Physics). Υποστηρίζει ότι κατά κάποιο τρόπο, η ουσία της σύγχρονης φυσικής είναι συγκρίσιμη με τις διδασκαλίες των αρχαίων ανατολικών φιλοσοφιών, όπως το κινεζικό Τάο Τε Τσινγκ, οι ινδικές Ουπανισάδες, ή οι Βουδιστικές σούτρες. 

Οι ανατολικές φιλοσοφίες συμφωνούν στο σημείο ότι η απόλυτη πραγματικότητα είναι απερίγραπτη και απρόσιτη, όχι μόνο με τους όρους της κοινής γλώσσας, αλλά και στη γλώσσα των μαθηματικών.

Δηλαδή, η επιστήμη και τα μαθηματικά αποτυγχάνουν από ένα σημείο και ύστερα να περιγράψουν την απόλυτη πραγματικότητα.

πηγή

Κβαντική φυσική και φιλοσοφία

Κατά την παραδοσιακή ή νευτώνεια φυσική, κάθε φαινόμενο της φύσης πρέπει να εξηγείται κατά τρόπο μηχανιστικό, δηλαδή ως αποτέλεσμα μιας αιτίας. H αιτιοκρατική και μηχανιστική αυτή αντίληψη της παραδοσιακής φυσικής κορυφώθηκε με τον ισχυρισμό του Laplace, σύμφωνα με τον οποίο όχι μόνο μπορούμε να γνωρίσομε την παρούσα φάση του σύμπαντος, αλλά, βάσει των κατάλληλων μετρήσεων, είμαστε σε θέση να γνωρίζομε και τη μελλοντική του κατάσταση (αιτιοκρατία).

Μία άλλη θεμελιώδης έννοια της παραδοσιακής φυσικής είναι η θεωρία για την αντικειμενικότητα της ύλης. Κατά την ατομική θεωρία του Dalton, ορισμένως, τα πράγματα υπάρχουν ανεξάρτητα από τη συνείδηση μας ως συνθέσεις συμπαγών ατόμων.

H κβαντική φυσική – μία από τις μεγαλύτερες επαναστάσεις στην ιστορία της επιστήμης της φυσικής, που έλαβε την ονομασία της από τα κβάντα, με τα οποία αποδίδεται η στοιχειώδης ποσότητα εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, και διαμορφώθηκε μέσω των ερευνών του Louis de Broglie, του Werner Heisenberg, του Paul Dirac και του Neils Bohr - αναίρεσε, μεταξύ άλλων, τα παραπάνω χαρακτηριστικά της παραδοσιακής φυσικής.

Έτσι, στο πλαίσιο της κβαντικής φυσικής, υποστηρίχθηκε ότι, εν αντιθέσει προς την έννοια της αντικειμενικότητας της ύλης, στοιχειώδη σωματίδια, όπως τα φωτόνια, τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκς, δεν υφίστανται ως πράγματα, ως υλικά στοιχεία, αλλά ως κυματοδέσμη με δυναμικό χαρακτήρα.

Αυτό σημαίνει ότι ο υλικός κόσμος δεν απαρτίζεται, όπως υπέθεσαν οι εκπρόσωποι της παραδοσιακής φυσικής, από άτμητα υλικά άτομα αλλά ότι βρίσκεται σε ένα διαρκές καθεστώς άπειρων και εύπλαστων δυνατοτήτων.

Κατ’ αντιδιαστολή προς την άποψη της αιτιοκρατίας, εξάλλου, ο Heisenberg διατύπωσε την αρχή της απροσδιοριστίας, σύμφωνα με την οποία είναι αδύνατον να επισημανθούν επακριβώς τα χαρακτηριστικά ενός υποσωματιδίου σε μία δεδομένη στιγμή χωρίς να αλλάξουν την επόμενη. Και τούτο, γιατί η ίδια η διαδικασία της παρατήρησης, μέσω της οποίας, π.χ., μετρούμε μία ιδιότητα ενός φωτονίου, αλλάζει κάποια άλλη του ιδιότητα. Αυτό σημαίνει ότι ο ίδιος ο παρατηρητής παρεμβαίνει στη φύση του παρατηρούμενου αντικειμένου.

H ερμηνεία αυτή προβλήθηκε από τα μέλη της λεγόμενης σχολής της Κοπεγχάγης και ιδιαίτερα από τον αρχηγό της Bohr. Άμεση συνέπεια της ερμηνείας αυτής ήταν η κατάρριψη της άποψης της αιτιοκρατίας. Επειδή δεν μπορούμε να προσδιορίσομε τις ιδιότητες των υποσωματιδίων, παρά μόνον αφού έχομε ήδη παρέμβει στη φύση των ιδιοτήτων αυτών μέσω της παρατήρησης, έπεται ότι δεν μπορούμε να προβλέψομε τις μελλοντικές των κινήσεις.

O Αϊνστάιν δεν δέχθηκε την αντιρεαλιστική αυτή θέση. «Ο Θεός δεν παίζει ζάρια», αναφώνησε αναφερόμενος στην ερμηνεία του Bohr. «Μην λες στο Θεό τι να κάνει και τι να μην κάνει!», λέγεται πως ήταν η πληρωμένη απάντηση του Bohr στον Αϊνστάιν.

O Bohr, ο οποίος αντιλαμβανόταν το σύμπαν ως ένα διαρκώς ανοικτό ορίζοντα πιθανοτήτων και δυνατοτήτων, επέμεινε στην άποψη του αυτή παρά τους ισχυρισμούς του Αϊνστάιν για το αντίθετο. 

Κλασικό, εν προκειμένω, είναι το νοητό πείραμα του Αυστριακού φυσικού Erwin Schrodinger, γνωστό ως η γάτα του Σρέντινγκερ. Σύμφωνα με το πείραμα αυτό, μία γάτα βρίσκεται σε ένα απολύτως σκοτεινό κουτί, το οποίο συνδέεται με ένα μηχανισμό αποτελούμενο από ένα μετρητή Γκάιγκερ, μία φιάλη δηλητηρίου και ελάχιστη ποσότητα ραδιενεργού υλικού.

Οι πιθανότητες να συμβεί κάποια διάσπαση ενός ατόμου του ραδιενεργού υλικού είναι 50%. Αν συμβεί τούτο, τότε θα ενεργοποιηθεί ο μετρητής, πράγμα που θα έχει ως συνέπεια ο μηχανισμός να σπάσει το φιαλίδιο και να δηλητηριαστεί η γάτα. Αν δεν συμβεί η διάσπαση, δεν θα απελευθερωθεί το δηλητήριο και η γάτα θα εξακολουθεί να ζει.

O Σρέντινγκερ υποστήριξε ότι, από την πλευρά της κβαντικής θεωρίας, μέχρι ο παρατηρητής να ανοίξει το κουτί και να διαπιστώσει την έκβαση του φαινομένου, η γάτα δεν είναι ούτε ζωντανή ούτε νεκρή. Έως τότε, όμως, καμιά πρόβλεψη ως προς το αν η γάτα είναι ζωντανή ή νεκρή δεν μπορεί να υποστηριχθεί.

Προκειμένου να ελέγξει τη θεωρία της απροσδιοριστίας, ο Αϊνστάιν διεξήγαγε το γνωστό νοητό πείραμα EPR, το οποίο έλαβε την ονομασία αυτή από τα αρχικά των τριών επιστημόνων που συμμετείχαν σε αυτό -του Αϊνστάιν [Einstein], του Podolsky και του Rosen. 

Το πόρισμα του πειράματος αυτού ήταν πως ένα υποσωματίδιο μπορεί να επιδρά σε ένα άλλο υποσωματίδιο, που στην αρχή ήταν μαζί και χωρίστηκαν οπότε βρίσκονται μακριά το ένα από το άλλο. Ακόμη και αν φαινομενικά ουδεμία σύνδεση υπάρχει μεταξύ των σωματιδίων, εν τούτοις μπορούν να επιδρούν το ένα επί του άλλου (φαινόμενο διεμπλοκής).

Έτσι, αίρεται κάθε μορφής αιτιοκρατία, αφού τα κβαντικά φαινόμενα εξηγούνται, μόνον εάν πολλές και διαφορετικές διαδικασίες συμβαίνουν ταυτόχρονα χωρίς αιτιακή εξάρτηση της μιας από την άλλη. Κατά τον Μπορ, οι φιλοσοφικές συνέπειες της ερμηνείας των κβαντικών φαινομένων από τη σχολή της Κοπεγχάγης υπήρξαν τόσο εντυπωσιακές, όσο εκείνες της κοπερνίκειας επανάστασης. Το γεγονός ότι ο παρατηρητής μετέχει μέσω της διαδικασίας της παρατήρησης στα αποτελέσματα των μετρήσεων σημαίνει ότι δεν μπορούμε να έχομε ακριβείς μετρήσεις των φυσικών φαινομένων.

Έτσι, υποστηρίχθηκε μία νέα μορφή αγνωσιαρχίας, σύμφωνα με την οποία δεν υπάρχει μία αντικειμενική πραγματικότητα, αλλά υφίστανται πολλές μορφές πραγματικότητας εξαρτημένες από το πρόσωπο που τις μετρά και τις λογίζεται.

O φυσικός Hugh Everett διατύπωσε το 1957 τη θεωρία των πολλών ή παράλληλων συμπάντων θεμελιώνοντας στην κβαντική φυσική την υπόθεση του Λάιμπνιτς για τους δυνατούς κόσμους, ότι δηλαδή ο κόσμος εντός του οποίου ζούμε δεν είναι ο μόνος κόσμος που μπορεί να υπάρχει. H θεωρία των παράλληλων κόσμων παραπέμπει σε ριζοσπαστικές ερμηνείες, όπως ότι, παράλληλα προς το δικό μας σύμπαν, θα μπορούσε θεωρητικά να υπάρχει και ένα άλλο σύμπαν όμοιο με το δικό μας, από όπου, όμως, μπορεί να απουσιάζει η ζωή, επειδή οι συνθήκες δεν το επέτρεψαν.

Τέτοιες υποθέσεις αντιμετωπίζονται μεν από πολλούς φυσικούς επιστήμονες και φιλοσόφους με σκεπτικισμό, πλην όμως ερεθίζουν το στοχασμό και δημιουργούν νέα ερωτήματα για την υφή του κόσμου και τη σχέση του ανθρώπου προς τον τελευταίο αυτό.

Από το «Λεξικό της Φιλοσοφίας» του Θ. Πελεγρίνη

πηγή

Physics on the Fringe: Dr. Kaku Answers Questions from Science Channel Viewers

 

by MICHIO KAKU

The relaunch will also feature "wraparound" introductions and bonus content from Big Think blogger Dr. Michio Kaku. In the Q & A below, Dr. Kaku answers some questions from Science Channel viewers, which ranged from the possibility of an alternate universe or multiverse to time travel, shape shifting, dream sharing and "Cortexiphan experiments."

Here are Dr. Kaku's answers.
If an alternate universe exists, what would that world's Dr. Michio Kaku be known for? 

Many quantum physicists today, including several of my friends and colleagues who have won Nobel Prizes, lean toward the Many Worlds interpretation, which states that the quantum universe is continually splitting into parallel universes. String theory (my specialty) also leads naturally to this "multiverse" interpretation, since each solution of string theory represents a different quantum universe.

This means that, in principle, there may be quantum copies of ourselves in these different universes, in which we may be rock stars,famous politicians, or homeless people. Each of these parallel versions of ourselves, in turn, insists that they are the real person, and that all other copies are fake.

But this does not mean that we can easily enter such parallel universes to meet copies of ourselves to settle the question. Think of listening to the radio in your living room. There are many different radio waves filling up your room from different radio stations, but your radio only vibrates (i.e. is coherent) with one station. Your radio has decohered from these other universes and hence cannot pick up their signals. 

Similarly, each universe vibrates at different quantum frequencies, but we have decohered from them, i.e. we do not vibrate at the same frequency anymore. Hence, it is amazing that there are many parallel universes existing in your living room(e.g. with dinosaurs, pirates, comets, or nothing at all), but you have decohered from them, and hence cannot make contact them.

In principle, perhaps peope who have died are still alive in one of these universes in your living room, but if you reach out,you cannot make contact with them. Yes, this means that Elvis is probably still alive in one of these universes.

Many topics are explored in Fringe, including time travel, shape shifting and dream sharing. Which of these three topics are the most theoretically possible?

All of these technologies are very difficult. but I would guess that dream sharing will come first. Already at the Univ. of Calif. at Berkeley, scientists have placed subjects in an MRI machine, used a computer to decode all the signals emanating from the brain,and then reassembled a reasonable picture of what the person is thinking. When viewing animals, people, buildings, this MRImachine is able to reconstruct a crude picture of these objects. In Kyoto, scientists there have been able to "read" the brain of people who are looking at different words. 

One possible next step is to place a sleeping person in the MRI machine, and then decodethe signals from the dreaming brain, and then put the image onto a screen. (This has already been done, but so far the images are very crude, but one can clearly tell that a person is dreaming about another person using this MRI machine). 

So, in the coming years, we might be able to watch our dreams on a DVD as soon as we wake up and share them. Also, deliberately altering the course of a dream, as it progresses, might be possible. "Lucid dreaming," where people are aware of the fact that they are dreaming and hence can alter the course of dreaming, has been verified at the Max Planck Inst. in Germany. Hence, it might be possible to watch a screen and deliberately alter the course of the dream by talking to the dreamer.

Shape shifting might be possible within, say, a century. Already, scientists can create computer chips the size of grains of sand. These chips can be programmed to alter the electrical charge on the surface, so they bind in definite patterns. This is called programmable matter, where we tell these smart sand particles to reassemble into different shapes. 

Just like we program software,we might be able to program intelligent sand so that it can reassemble into different shapes.Eventually, these smart grains of sand might become the size of molecules, in which case we might be able to alter the shape of an object at will. Some scientists believe that the key to this might be a nanobot which can guide molecules to rearrange themselves into any object you want, like the replicator in Star Trek. Although physically possible, the techinical problems may take a century to solve.

Time travel is also theoretically possible, but extremely difficult to achieve in the lab. If you have enough positive energy (e.g. a black hole) to punch a hole in space, and enough negative energy to keep the hole open against gravity, then you might be able to build a time machine. Since the energy necessary to tear a hole in space is comparable to that of a star, this technology is many thousands of years into the future, if it is possible at all. 

So far, no one has ever been able to find an error in the equations which allow for time travel. (One objection might be that radiation builds up as you enter the time machine, since energy can circulate an infinite number of timesthrough the time machine). Then it might explode as soon as you enter. But this problem may be eliminated in the ManyWorlds interpretation, where energy makes just a single pass through the machine.) To settle the question, we need a "theory of everything," like string theory, to calculate the radiation that might be created by the time machine.

Cortexiphan experiments were done on Agent Dunham when she was a child by Walter Bishop and William Bell. The result left Olivia and the other children in the trials with heightened mental abilities. While Cortexiphan is not real, is it safe to say heightened mental abilities can result from medical experimentation?

There are several ways in which one might, in principle, enhance our brain power. First, by using genetics. Already, scientists at Princeton have discovered the "smart mouse" gene, from which you can create a mouse with superiorcognitive skills. These mice can navigate mazes much faster, they learn tasks much faster, they have better memory, etc. The chemical pathways which make all this possible is also being decoded. 

Humans have a counter part of this gene in our body, so it might be possible one day to enchance our abilities in this fashion. Also, we are 98.5% genetically equivalent to a chimp, our closest evolutionary neighbor. But we live twice as long and are much more intelligent. Hence, among a handful of genes separating us from the chips are the genes which doubled our life span and alsoincreased our intelligence, and we are finding these genes now.

Also, scientists have studied individuals with "savant syndrome," in which they suffer from mental disorders, but have fantastic calculational and artistic abilties far beyond normal. Usually, there is some degeneration, damage, or lesion on a specific part of their left temporal lobe of their brain. It is believed, although not proven, then this disrupts the balance between the left and right brain, so that the right brain compensates for the impairment of the left temporal lobe, causing these abilities to surface (while normally they are suppressed). 

Some scientists have even tried to use magnetic cranial devices to "shut down" this area of the left temporal lobe to induce this ability. (The results of this experiment were mixed, with some enhancement taking place, but nothing like what has been found in these individuals). It may be possible, however, that one day science can duplicate this miraculous ability.

So far, there is no proven way of increasing our brain power. But all of this suggests that it might soon be well within the laws of science to enhance our intelligence.

πηγή

Το πρώτο νομοθέτημα για την Δημόσια Παιδεία