#19 Retroprzyczynowość, czyli czas zadziwia nas

0. Wstępniak Okolicznościowy.

Mamy piąteczek. Fajnie. Naprawdę! Można pójść do knajpy, można napić się czegoś z bąbelkami i %. Pewnie. Ale można także poczytać coś o fizyce kwantowej. 

To mi nasuwa pewne dwa powiedzonka.

A) "Dlaczego najczęściej 'trzeba spróbować w życiu wszystkiego' oznacza kokainę, amfę i wypić denaturat przez bułkę, a nie chemię molekularną i fizykę kwantową?"

B) 'Dziś wszyscy chcą być młodsi, bogatsi, silniejsi, piękniejsi, ale jakoś nikt nie chce być mądrzejszy'.

Oczywiście nie dotyczy to nas, Tłuków i Laików. My jesteśmy ambitnymi 10%, które nie idzie w weekend na potańcówę do remizy, tylko siedzi w domu i czyta o fizyce. I zadajemy kłam ironicznym powiedzonkom. Dobra, żartuję. Muszę się uwinąć przed wyjściem do knajpy, dlatego będzie szybko ;) Ale czaicie pomysł: na przekór wszystkiemu i wszystkim nie pójdę pić tylko poszerzę horyzonty! Hipsterstwo wśród hipsterów.

1. Wstępniak naukowy, czyli mamy czas, żeby dowiedzieć się czegos o czasie.

Jak zwykle, aby dojść do meritum, czyli jak to możlwie, że w świecie kwantów teraźniejszość może wpłynąć na przeszłość, muszę się naprodukować. Zacznę od samego początku i zadam Wam pozornie głupie pytanie, godne przedszkolakowego 'dlaczego woda jest mokra?' ;)

Czy czas ma kierunek?

Bardzo śmieszne. Czas to czas! Płynie sobie w tempie sekundy na sekundę. Tak bardzo go nie dostrzegamy i nie zastanawiamy się nad nim, że zapominamy, że jest to jeden z wymiarów czasoprzestrzeni, inny od trzech wymiarów przestrzeni. Bo czas to przecież taka strzałka - jeden wymiar i to jeszcze skierowany w jedną stronę, od przeszłości do przyszłości.

Kierunek czasu, asymetryczność czasowa, anizotropia czasu, nieodwracalność czasu i jednokierunkowość czasu - ta cecha odróżnia czas od jednowymiarowej przestrzeni.

Tak?

To bardzo pobieżne wytłumaczenie. Pokroju na przykład takiego 'czas jest tym, co mierzą zegary'. Tak mało wiemy o czasie, że nawet definicji zbyt dobrej nie mamy. To jedna z największych zagadek współczesnej fizyki. OK, czas jest. Prawdopodobnie jest realny bo obserwujemy jego upływ, na przykład w procesach biologicznych (choćby starzenie się). Ale jak to jest z jego kierunkiem? A właściwie z kierunkiem tzw. strzałki czasu. Kiedy dowiemy się nieco o kierunkowości czasu i entropii, będziemy mogli lepiej zrozumieć Retroprzyczynowść.

Czas upływa zawsze w kierunku od przeszłości do przyszłości, a nigdy odwrotnie, czyli jest jednokierunkowy, asymetryczny i nieodwracalny.

Kiedy wlewasz mleko do kawy, zaczyna ono wirować i zabarwia płyn w szklance z czarnego na brązowo-beżowy. Może źle określiłem kolor, ale fakt jest faktem, że staje się jaśniejszy. Ten płyn.

Naszym codziennym doświadczeniem jest fakt, że to mleko jest dolewane do kawy, a nie odwrotnie - np., że mleko wypływa z rozmieszanej kawy do kartonu. A to dlatego, że drugie prawo termodynamiki mówi, iż entropia (stopień nieuporządkowania ukłądu) systemu zawsze wzrasta, dopóki nie osiągnie tzw. równowagi termicznej i energia nie ulegnie całkowitemu rozproszeniu. Istnieje różnica w temperaturach (kawy i mleka), a ich zetknięcie wprowadza więcej chaosu, nieuporządkowania do układu, ponieważ płyny mieszają się. Kawa osobno i mleko osobno - większe uporządkowanie systemu, entropia mniejsza, mleko i kawa razem - bardziej nieuporządkowany i chaotyczny system, entropia większa. Proces ten - domniemany upływ czasu od przeszłości do teraźniejszości - daje szansę molekułom (mlekolekułom? ;) poukładać się, rozproszyć, rozprowadzić i przejść do stanu bardziej luźnego - większego nieładu. Czas ma kierunek od mniejszej do większej entropii układu. Nieładu układu ;) Entropia wyznacza kierunek strzałki czasu.

2. Czy jakaś absurdalna strzałka ma rządzić naszym niesamowitym kwantowym światem? ;)

Jakkolwiek owa 'strzałka czasu' dosłownie rządzi całym Wszechświatem, fizycy podejrzewają, że na poziomie kwantowym karty rozdawane są nieco inaczej  (mówiłem, że jesteśmy hipsterami). Szczególnie, jeśli chodzi o tzw. splątanie kwantowe. Nie będę się tu rozwlekał, czym owo splątanie jest, to bardzo ciekawe zjawisko, ale aby wytłumaczyć je dokładnie, potrzebowałbym osobnego artykułu.

Wow, artykułu, jak dumnie to brzmi. Dumniej niż 'post' ;)

Wystarczy nam wiedzieć, że w pewnych warunkach cząstki objęte prawami mechaniki kwantowej doznają swego rodzaju połączenia, tzw. splątania. I tu pojawia się bardzo nudne, bo wałkowane do znudzenia powiedzenie Einsteina, że splątanie to tzw. 'upiorne działanie na odległość'. Einstein po prostu był wkurzony, bo splątanie kwantowe zakłada przesył informacji szybciej od światła, a w jego teorii względności nie mieścił się fakt, że coś było szybsze od światła. No cóż, dostał za jedną z teorii względności Nobla, mógł się ciut zdenerwować ;)

W splątaniu kwantowym cząstki rozpoczynają swego rodzaju podróż od bardzo bliskiego położenia względem siebie. Kiedy zostają rozdzielone, mogą 'porozumieć się', wymienić informację np. o polaryzacji . Problem leży w tym, że wymiana informacji następuje natychmiastowo - szybciej od światła. Niezależnie od tego, czy cząstki dzieli miliardy lat świetlnych, kiedy jedna cząstka np. zostanie poddana obserwacji, druga, oddalona o parseki, reaguje dokładnie w tym samym czasie. Ale teoria względności zabrania komunikacji szybszej od światła! Touche, Einstein.

3. Retroprzyczynowość i splątanie, czyli jak ugłaskać najeżonego z nerwów Eisnteina.

Niektórzy fizycy, ba, nawet filozofowie, m.in Huw Price (nie znam faceta ale wydaje się, że dobrze myśli ;)) wprowadzili więc pojęcie tzw. Retroprzyczynowości. Byłoby to rozwiązanie problematycznego splątania, przesyłu informacji w trybie nadświetlnym i ugładzenie zepsutej fryzury Einsteina. Oto niesamowita teoria: co jeśli informacja, czy też same cząstki, nie poruszają się w przestrzeni a w czasie - i to wstecz?

?!?

Dobrze widzicie :)

Profesor filozofii Uniwersytetu w Cambrodge, Huw Price, zasugerował, że Retropczynowść może mieć miejsce w odniesieniu do teorii kwantów. Dlaczego?

A dlaczego nie?

OK, poważniejemy bardzo szybko. Założył, że każda teoria kwantowa zakładająca, że chmura możliwości wystąpienia cząstki w danym miejscu, rozkład prawdopodobieństwa jej położenia jest realną a nie tylko matematyczną strukturą, oraz że świat kwantowy jest symetryczny względem czasu (tzn. że gdyby dla jakiegoś procesu puścić czas do tyłu, obowiązywałyby go takie sama prawda fizyczne jak dla czasu "w przód"), to Retroprzyczynowość musi być dozwolona.

To tylko teoria, do tego bardzo nieprawdopodobna. Ale za to - bardzo ciekawa.

George Musser tak wypowiedział się dla Nautilusa: 

"Przypuśćmy, że nie jest tak, iż cząstki komunikują się natychmiastowo ze sobą, oraz że ich właściwości nie były ustalone już wcześniej. Wydaje się, że brakuje wtedy możliwości wyboru. Ale co się stanie, jeśli rozważymy z pozoru niemożliwe rozwiązanie: fakt, iż dokonujemy jakiejś operacji na splatanej cząstce wywołuje efekt, który podróżuje wstecz w czasie do momentu, w którym cząstki były blisko siebie i intensywnie ze sobą oddziaływały? W tym punkcie wymieniana jest informacja z przyszłości, każda z cząstek wpływa na zachowanie partnera (obawiam się, że cząstki to w większości geje - nie przychodzi mi do głowy żeńska nazwa cząstek. Jeśli macie coś, dajcie znać, jestem lekko zaniepokojony i rozczarowany {przyp. Autora};)). Potem efekty te są przenoszone z powrotem w przyszłość. Nie ma potrzeby wprowadzania natychmiastowej wymiany informacji oraz łamania praw teorii względności.

Na chłopski rozum wygląda to tak:

Mamy cząstki A i B, splątane kwantowo. To oznacza, że jeśli jedna ma wartość 1 (którą później zmierzymy), to druga musi mieć wartość przeciwną - -1. Takie są warunki i efekty splątania. Cząstki splątujemy w naszym kwantowym splątywaczu (bez komentarza ;)) w środę. Wypuszczamy A w przestrzeń - off it goes! W czwartek naszym kosmicznym odkurzaczem doganiamy cząstkę A i patrzymy na nią wybałuszając gały aby być pewnym, że dokona się kolaps jej funkcji falowej i dostrzeżemy naszą mierzoną wartość. I teraz - jeśli A ma wartość -1, to oznacza, że B ma wartość 1. I odwrotnie - jeśli A = -1, to B=-1.

Pewnie myślicie: one od razu miały wartości przeciwne. Informacja nie jest przesyłana, tylko po prostu splątanie robi z cząstek przeciwników. A od początku miało wartość -1 i B = 1.

Ale to nie tak. Dowiódł tego pewien Irlandczyk - John Bell. Wystarczy nam jego wniosek (całe doświadczenie było dość skomplikowane a my przecież jesteśmy Tłukami. Przepraszam, Laikami ;)) układ, kiedy jest splątany, dopóki nie zostanie poddany obserwacji, pozostaje w superpozycji dwóch stanów (np. polaryzacji pionowej i poziomej jednocześnie). Czyli ma wartość 1 i -1 jednocześnie. To nie jest tylko rachunek prawdopodobieństwa. Może inaczej: w przypadku superpozycji rachunek prawdopodobieństwa jest najprawdopodobniej realnym bytem :D

I teraz odjazd z krainy Rzeczywistość: cząstki nie mają zmiennych ukrytych, jak chciał Einstein! Czyli nie miały od razu, przed splątaniem i wystrzeleniem na Księżyc, od razu wartości przeciwnych! Zamiast tego, wydawać by się mogło, że uzyskują swoją właściwość (w tym przypadku stan polaryzacji, nasze 1 lub -1) dopiero przy pomiarze! Niezbadany dotąd mechanizm powoduje, że kiedy wyznaczymy na cząstce A, która jest u nas w laboratorium wartość 1, to możemy być pewni, że na cząstce B pojawi się wartość -1. Powtarzam - o tym, czy uzyskamy 1 czy -1 decyduje pomiar, a nie zwykłe ustalenie wartości A i B przed wystrzeleniem jednej cząstki daleko stąd. Cząstka ma wartość 1 i -1 jednocześnie, dopóki nie dokonamy pomiaru na jednej z nich. Możemy otrzymać 1 lub -1 w B (ta cząstka w laboratorium), ale możemy być pewni, że w chwili pomiaru cząstka A na Księżycu 'decyduje' o swojej wartości - naturalnie przeciwnej do B. Niczym stare niedobre małżeństwo ;) Pomiar wpływa na cały układ, niezależnie od odległości.

To nie bajka! Bell przeprowadził eksperyment, który dowiódł tej niewygodnej prawdy. W oczy kole, że hoho! ;)

I teraz pojawiamy się my, z naszą Retroprzyczynowością, cali na biało ;)

4. Wnioski płynące z idei Retroprzyczynowości.

Price twierdzi, a właściwie proponuje teorię, że jeśli nie możemy przesyłać niczego natychmiast w przestrzeni, to może spróbujmy w czasie? Być może splątane cząstki przesyłają informację w przeszłość, a potem przenoszą ją z powrotem do przyszłości!

To tak jakby wysłać list do przyjaciela w przeszłość, idziesz na pocztę, ale - już zanim dojdziesz, przyjaciel zna jego treść, bo kiedyś mieszkaliście razem w akademiku.

To złamanie zasady przyczynowo-skutkowej. Być może, na poziomie kwantowym, nie ma zwykłego pojęcia czasu i przestrzeni, być może rządzą tam inne prawa, całkowicie odbiegające od naszej codziennej intuicji. To ostatnie wyrażenie jest prawdziwie, mamy na to dowody (i co nam zrobicie? ;)), ale do całej gamy z pozoru nielogicznych zachowań może trzeba będzie dołożyć złamanie klasycznych zasad skutku i przyczyny? Tam w dole, w odległościach mierzonych długościami Plancka, być może panują inne od znanych nam, niezbadane jeszcze prawa fizyki. Być może rzeczywistość na najniższym, najbardziej fundamentalnym poziomie, jest absurdalna w odniesieniu do naszych klasycznych zasad mechaniki.

Do teorii Retropczyczynowości fizycy podchodzą bardzo ostrożnie. Istnieje wiele głosów sceptycyzmu co do niej, daleko do ogłoszenia jej pełnoprawną, potwierdzoną doświadczalnie teorią. Jednak mechanika kwantowa zwykła zaskakiwać. Może będzie tak i w tym przypadku?

Dla nas obowiązują zwykłe zasady przyczyny i skutku, kierunku czasu i jego percepcji. Zasada Retroprzyczynowości nie jest jeszcze potwierdzona, ale może dołączyć do najdziwniejszej talii kart świata, kart zasad niezgodnych z intuicją szarego Janusza, jako jeszcze jedna łamiąca nam mózgi własność świata kwantów... :)

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys