Experimente revoluţionare: Timpul poate merge înapoi şi viitorul poate influenţa trecutul

În general cu toții suntem de acord că trecutul este cel ce influențează prezentul care la rândul său influențează viitorul. Probabil că aproape nicio persoană care nu suferă de afecțiuni psihice sau nu este sub influența drogurilor nu ar putea susține că evenimentele viitoare le pot influența pe cele din trecut. Și totuși acest lucru ar putea să se schimbe în lumea plină de paradoxuri a fizicii cuantice.

Pentru un om obișnuit, înțelegerea lumii observabile, dominată de fizica newtoniană, clasică, ține de "bunul simț". Timpul se scurge dinspre trecut spre viitor, lucrurile nu pot exista decât într-un singur loc într-un anumit timp, iar dacă un copac cade într-o pădure fără ca nimeni să-l observe va produce un sunet. Niște fizicieni de la Universitatea Națională din Australia (ANU) nu sunt însă de acord că lucrurile sunt atât de simple.

Noul studiu publicat în Nature Physics "demonstrează că totul ține de măsurarea directă", susține profesorul asociat Andrew Truscott de la Research School of Physics and Engineering din cadrul ANU. "La nivel cuantic, realitatea nu există dacă nu este observată direct", a adăugat el, potrivit Agerpres.

Această concluzie aparent absurdă derivă din rezultatele a două experimente, dintre care unul mai vechi, un "clasic" pentru fizica cuantică și unul care a fost încheiat cu succes în urmă cu doar câteva săptămâni.

Experimentul clasic:

Oamenii de știință au observat de mult timp comportamentul ciudat al particulelor de lumină, fotonii, în cadrul așa-numitului Experiment al celor două fante. Atunci când lumina a fost proiectată asupra unui ecran în care se află două fante înguste, fotonii s-au comportat într-un mod neprevăzut, de-a dreptul schizoid. Experimentul implică o configurație simplă, un "tun" care trage cu particule de lumină (fotoni), unul câte unul prin două fante mici dintr-un ecran — un laser care produce lumina. Lumina este atenuată în așa fel încât să emită doar câte un singur foton. Acești fotoni trec prin cele două fante, existând și o cameră care înregistrează tiparul din spatele ansamblului celor două fante. De vreme ce fotonii trec unul câte unul, unii printr-o fantă, alții prin cealaltă, ar trebui ca ei să lase o urmă cu două dungi pe perete, dar nu se-ntâmplă acest lucru. În schimb aceștia creează în mod misterios mai multe dungi, dincolo de locurile de pe perete corespunzătoare fantelor de trecere. Acesta ar fi rezultatul așteptat atunci când o rază constantă de lumină s-ar răspândi pe perete ca o undă. Rezultatul care se obține ar fi posibil numai dacă particula ar trece prin ambele fante în același timp, cu alte cuvinte, particula este în două locuri deodată în același timp. Atunci când sunt puși senzori în jurul fantelor pentru a urmări fotonii, acest tipar de undă dispare. Dacă excludem senzorii din experiment, patternul de undă revine. Acest lucru sugerează că putem schimba modul în care se comportă realitatea pur și simplu prin observarea directă. Cu alte cuvinte realitatea însăși nu ar fi reală. Celebrul fizician austriac Anton Zeilinger consideră că răspunsul modern la această întrebare este că drumul fotonului nu este un element al realității. Acest experiment poate fi replicat și cu electroni și cu orice alt tip de particulă.

Pentru o mai bună explicație a acestui experiment:

Acest principiu se află în centrul fizicii cuantice. O particulă așa cum este fotonul se comportă ca și când ar avea mai multe stări indefinite, în suspensie. Ea nu are proprietăți fizice și este definită în schimb de un set de probabilități conform cărora ar putea exista într-una sau alta din respectivele stări. Aceste probabilități nu sunt doar rezultatul unor teorii bombastice din fizica modernă ci se află la baza noțiunilor noastre moderne de chimie și fac posibile tehnologii precum microprocesoarele și reacțiile nucleare. Modernitatea nu ar fi existat așa cum o cunoaștem fără aceste proprietăți bizare ale particulelor.

Aici intervine cea de-a doua ciudățenie: Atunci când fizicienii observă un foton în mod direct, în cadrul unui experiment, însuși faptul că este observat îl face să cadă într-una dintre cele două stări posibile ale sale — fie particulă, fie undă. Orice ar face oamenii de știință, ori de câte ori observă în mod direct un foton este ca și când chiar fotonul "ar decide" cum să fie văzut. Astfel, se crede că actul de a observa aduce fotonul din tărâmul cuantic al probabilităților în cel real. Acest principiu este explicat de celebra paradigmă a pisicii lui Schrödinger unde o pisică ipotetică, pusă într-o cutie închisă alături de niște otravă, nu este nici vie, nici moartă, până când deschidem cutia și operăm o observație directă asupra sa.

Cel de-al doilea experiment:

Această concluzie bizară conform căreia actul de observație directă definește realitate (realitatea nu există în afara observației) circulă de mult timp în rândul fizicienilor, fiind susținută și de un experiment propus de americanul John Wheeler încă din 1978, experiment despre care se credea că nu va putea fi niciodată pus în practică. Din acest motiv a primit numele de "Experimentul cognitiv al alegerii întârziate" (cognitiv pentru că nu putea fi pus în practică). Acest experiment își propunea să răspundă la o întrebare aparent simplă: Când mai exact un foton alege să se comporte ca o particulă sau ca o undă? Atunci când este tras, înainte de a trece prin fantă sau poate după ce a trecut de fantă?

John Wheeler a propus în experimentul său cognitiv introducerea unui al doilea ecran, dar doar după ce fotonul a trecut deja de primul ecran. Introducerea acestui al doilea ecran ar fi o decizie aleatoare în cadrul experimentului — uneori se introduce al doilea ecran, alteori nu. De asemenea, atunci când este introdus în experiment, acest al doilea ecran este conceput să producă același timp de interferență ca și primul ecran. Astfel, teoretic, un om de știință ar fi putut urmări în ce stare se află fotonul după ce a trecut de primul ecran și dacă rămâne în aceeași stare și după ce trece de al doilea.

Dificultatea tehnică a fost că nimeni nu a reușit să introducă în experiment cel de-al doilea ecran la timp, imediat după ce fotonul a trecut de primul ecran și înainte de a ajunge la perete. Această problemă părea insurmontabilă până acum câteva săptămâni. Echipa de fizicieni australieni a transformat acest experiment de gândire într-unul cât se poate de concret, de laborator, cu ajutorul unei instalații de lasere. Subiectul lor de experiment nu a fost însă un foton ci un atom de heliu, care deși este mult mai masiv decât un foton, ar trebui, din punct de vedere teoretic, să aibă același comportament în cadrul experimentului — și anume să existe într-o stare indefinită și apoi, odată observat, să se comporte fie ca o particulă fie ca o undă. Laserele au fost folosite pe post de grilaje, unul în fața celuilalt, iar cel de-al doilea laser era pornit aleator, în cadrul experimentului.

Rezultatul acestui experiment este chiar mai ciudat decât se așteptau fizicienii specializați în domeniul cuantic: De fiecare dată când cele două grilaje laser erau pornite, atomii de heliu s-au comportat mereu ca unde. De fiecare dată când al doilea grilaj laser nu era introdus în sistem, atomul de heliu a trecut prin sistem sub formă de particulă. Ceea ce este fascinant, sau de-a dreptul înfricoșător, este că decizia privind prezența celui de-al doilea grilaj laser în sistem a fost cu totul aleatoare și din punctul de vedere al atomului de heliu care tocmai a trecut de primul grilaj, nici măcar nu s-a întâmplat încă !

Cu alte cuvinte, este ca și cum atomul de heliu ar fi putut vedea în viitor și ar fi știut dacă va exista cel de-al doilea grilaj laser chiar în timpul în care trecea prin primul astfel de grilaj. Ori cu alte cuvinte, eventuala prezență în viitor a celui de-al doilea grilaj pare să determine starea din prezent a atomului de heliu care trece prin primul grilaj laser ! Dacă atomul de heliu apare ca particulă sau ca undă este determinat cu precizie de ceva ce încă nu s-a întâmplat, ci urmează să se întâmple în viitor. Pe scurt, viitorul determină prezentul!

Cum este acest lucru posibil? Cum este posibil ca un eveniment viitor — activarea celui de-al doilea grilaj din sistem — să determine starea din trecut a atomului de heliu? Timpul ar trebui să se scurgă înapoi.

Profesorul Andrew Truscott ne oferă explicația: 'Atomii nu au parcurs distanța dintre punctele A și B. Abia când au fost măsurați, la sfârșitul drumului, a devenit reală una dintre cele două stări posibile, de particulă sau de undă". Dacă ar fi să credem că acești atomi chiar au ales o anumită cale, sau căi, atunci trebuie să acceptăm că o măsurătoare viitoare determină trecutul acestor atomi, a mai adăugat el.

Ideea că viitorul afectează trecutul are implicații profunde care transcend lumea fizicii cuantice. O astfel de idee pune sub semnul întrebării, spre exemplu, conceptul de liber arbitru. Acest experiment, care va fi fără îndoială repetat, precum și implicațiile sale vor ridica mai multe întrebări decât vor oferi răspunsuri.