Καλοκαίρι και Φυσική – Τα νέα του Ιουνίου

Τον μήνα του Ιούνη η μεγαλύτερη είδηση ήρθε από τον κλάδο που συνήθως ελκύει περισσότερο όσους έχουν περιέργεια για τη φυσική χωρίς να είναι φυσικοί: την κβαντομηχανική.

Ο οποίος είναι επίσης ο κλάδος που ελκύει περισσότερο και όσους είναι φυσικοί. Κι ο λόγος είναι ότι κανείς δεν μπορεί πραγματικά να την καταλάβει…

Ημέρα της κρίσης για τα κβαντικά άλματα

…Για παράδειγμα, ένας από τους πυλώνες της κβαντομηχανικής είναι η έννοια της διακριτότητας. (Με τα πάντα να συμβαίνουν “διακριτά”, αντί για διακριτικά.)

Σε μικροσκοπικό επίπεδο τα πράγματα μπορούν να έχουν μόνο διαχωρισμένες τιμές, π.χ. ενέργειας, και περνάνε από μία κατάσταση σε άλλη χωρίς ενδιάμεσες μεταβάσεις. Ένα παράδειγμα είναι οι ενέργειες των ηλεκτρονίων όταν περιστρέφονται γύρω από ατομικούς πυρήνες: μπορούν να έχουν μόνο συγκεκριμένες τιμές και μεταπηδούν από τη μία στην άλλη στιγμιαία. Αυτή η διακριτότητα των καταστάσεων χαρακτηρίζει τον κβαντομηχανικό κόσμο και, ειλικρινά, πόσο εύκολα μπορεί κάποιος να δεχτεί ότι η φύση φέρεται τόσο περίεργα;

Μόνο που αυτό που μόλις έγραψα δεν είναι εντελώς σωστό. Δεν πρόκειται για “έναν από τους πυλώνες της κβαντομηχανικής”· Πρόκειται για έναν από τους πυλώνες της πιο διαδεδομένης ερμηνείας της κβαντομηχανικής. H κβαντομηχανική πρόσφερε μία τόσο βαθιά ματιά στην πραγματικότητα της φύσης, που έναν αιώνα μετά τσακωνόμαστε ακόμα για το ποια είναι πραγματικά η σημασία της, και γι’ αυτό προσεγγίζεται μέσω διαφορετικών ερμηνειών. Η πιο διαδεδομένη είναι η “ερμηνεία της Κοπεγχάγης”, που υποστηρίζει και ότι τα σωματίδια περνάνε από μία κατάσταση σε άλλη με στιγμιαία και απρόβλεπτα άλματα.

Αλλά τώρα, σε μια εντυπωσιακή κίνηση, ένα πείραμα έδειξε ότι η μετάβαση ανάμεσα σε διαφορετικές καταστάσεις γίνεται σταδιακά – μόνο που δεν είχαμε κοιτάξει από αρκετά κοντά μέχρι τώρα.

Το πείραμα στο πανεπιστήμιο του Yale χρησιμοποίησε ένα κύκλωμα που μπορεί να αποκτά διαφορετικές τιμές ενέργειας και που είναι αρκετά μικρό για να συμπεριφέρεται με τους κβαντομηχανικούς κανόνες. (Παρόμοια συστήματα χρησιμοποιούνται σε εργαστήρια εδώ και κάποια χρόνια και συχνά αποκαλούνται “τεχνητά άτομα” καθώς μιμούνται τις στάθμες ενέργειας που έχουν και τα άτομα.) Το καινούργιο ήταν ότι η παρατήρηση των γεγονότων στο πείραμα έφτασε ένα σχεδόν τέλειο βαθμό ως προς την απώλεια πληροφορίας, και ότι κατάφεραν να κάνουν μετρήσεις της ενέργειας ανά πολύ μικρά χρονικά διαστήματα (εκατομμυριοστά του δευτερόλεπτου).

Αυτό επέτρεψε στους καλούς αυτούς ανθρώπους να δουν ότι το σύστημα δεν περνούσε “στιγμιαία” από μία ενεργειακή κατάσταση σε μία άλλη, παρά ότι η μετάβασή του ήταν σταδιακή. Μπόρεσαν μάλιστα να το αποδείξουν πιο τρανταχτά αντιστρέφοντας τη μετάβαση αφότου είχε αρχίσει – κάτι αδιανόητο σύμφωνα με την κβαντική ορθοδοξία.

Παρόλ’ αυτά, μην τυχόν νομίσετε πως δεν έχει απομείνει τίποτα το παράξενο. Όταν λένε ότι το σύστημα έκανε σταδιακή μετάβαση από μία ενέργεια σε άλλη, δεν εννοούν ότι πέρασε από τις ενδιάμεσες ενέργειες. Εννοούν ότι ξεκίνησε όντας στην κατάσταση με ενέργεια “α”, στη συνέχεια έγινε ένα μίγμα των καταστάσεων “α” και “β”, και τελικά πέρασε σε μία καθαρή κατάσταση “β”.

Τώρα αν αυτό ακούγεται και λίγο κουφό, για την ορθόδοξη κβαντομηχανική είναι απλά άλλη μια μέρα στη δουλειά. Η “υπέρθεση” καταστάσεων είναι άλλος ένας από τους κύριους και αιφνιδιαστικούς πυλώνες της (ο οποίος είναι επίσης γνωστός από το αστείο με τη γάτα του Σρέντιγκερ που βρίσκεται σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα· παρεμπιπτόντως, πρόκειται για αστείο· ακόμα κι η μικρότερη γάτα είναι υπερβολικά μεγάλη για να μπορεί να βρεθεί σε υπέρθεση).

Αλλά το ρηξικέλευθο στο πρόσφατο πείραμα είναι πως τα “στιγμιαία άλματα” μπορεί και να μην αποτελούν καθόλου κομμάτι του κβαντικού κόσμου τελικά.

Η υπερβολή του μήνα

Όταν γράφει κάποιος για νέα επιστημονικά ευρήματα μάλλον δε θα ’πρεπε να αγνοεί ευρήματα που στην πραγματικότητα δεν είναι καθόλου ευρήματα. Θα ήταν καλό να ασχολείται δηλαδή και με fake news ή, όπως τα έλεγαν στα νιάτα μου, μαλακίες.

Φερ’ ειπείν, υπάρχει μία πρόσφατη ιστορία που κυκλοφόρησε σε αρκετά μεγάλα μέσα: Είδαμε σήματα ενός κατοπτρικού σύμπαντος που αγγίζει το δικό μας.

Ό,τι υπονοεί αυτό το άρθρο απλά δε συνέβη ποτέ. Δεν “είδαμε σήματα”, κανένα πείραμα δεν “αποκάλυψε” τίποτα, και δεν υπάρχουν “συγκλονιστικές ενδείξεις” για κάποιον παράλληλο κόσμο που αποτελεί το καθρέφτισμα του δικού μας. Αυτό που έγινε είναι ότι κάποιοι σκέφτηκαν μία ακόμα θεωρία – που, σε αυτή την περίπτωση, είναι μία θεωρία που ακούγεται πολύ απίθανο να ισχύει – και ετοιμάζουν ένα πείραμα για να ψάξουν για σήματά της.

Δυστυχώς όσο πιο εξωφρενική και αναπόδειχτη είναι μια κοσμολογική θεωρία τα τελευταία χρόνια, τόσο πιο πολύ διαφημίζεται σαν κατακτημένη γνώση, και μιλάμε για εδραιωμένα μέσα και αληθινούς ακαδημαϊκούς… Μπορεί να βγει ένας τρόπος για να ξεχωρίζει κανείς γρήγορα τις επινοημένες ιστορίες από την πραγματική επιστημονική πρόοδο όταν διαβάζει ειδήσεις; Προσωπικά, δεν ξέρω· αλλά νομίζω ότι οι ειδήσεις με “hype” έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό: αφορούν όλες “άλλα σύμπαντα” τα οποία δεν είναι δυνατό να παρατηρηθούν…