Kwantowa natura świata przejawia się nie tylko w postaci mikro. Nie chodzi tylko o tunelowanie, splątanie czy zasadę nieoznaczoności. Ale warto sobie przypomnieć niektóre początki tytułem wstępu. Przyjmijmy, że zaczynamy rozważania od odkrycia zasady nieoznaczoności. W wersji klasycznej zasada ta mówi, że nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością wartości niektórych par atrybutów. Przez wiele lat Bohr zastanawiał się, jak to rozumieć - dlaczego nie można. Kombinował coraz to nowe ogólniejsze sformułowania, aż doszedł do prawdy uniwersalnej, zwanej zasadą komplementarności. Zasada ta mówi, że nie można niczego opisać dokładnie, jeśli opis ten nie zawiera opisu obserwatora opisującego.
Bohr doszedł więc do wniosku, że jakieś cechy (odkryte przez Kanta kategorie - ciekawe, czy Bohr to skojarzył) obserwatora nie pozwalają niczego dokładnie opisać. Kant w pewnym sensie przewidział odkrycie zasady nieoznaczoności uogólnionej później przez Bohra do zasady komplementarności. To ciekawe, że geniusz Kanta był tak wielki, że wydedukował on konieczność istnienia galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej i wykombinował, jak takie galaktyki powinny wyglądać - gwiazdy nie mogą być widoczne z powodu ogromnej odległości, więc galaktyka będzie wyglądać jak słaba rozmyta plama mgiełki... i skojarzył, że takie mgiełki astronomowie już dawno odkryli - że nazywają je "mgławicami" i uważają je za obiekty należące do naszej Drogi Mlecznej. Kant oczywiście od razu sprostował błąd astronomów twierdząc, że to nie są mgławice, ale bardzo dalekie galaktyki takie jak nasza, ale położone wielokrotnie dalej niż średnica Drogi Mlecznej. Dzisiaj oczywiście już wiemy, że niektóre nieliczne "mgławice" są mgławicami, a nie galaktykami. Ale wróćmy do meritum.
Zauważmy, że klasyczne sformułowanie zasady nieoznaczoności jest bardzo banalne i bardzo ograniczone - tak bardzo, że praktycznie niemożliwe. Tym co psuje tak bardzo tę zasadę, jest słowo "jednocześnie". To tak, jak mówienie o układach inercjalnych lub odizolowanych od otoczenia. To są byty niemożliwe. Nie istnieją układy inercjalne. Nie istnieją układy odizolowane od otoczenia. Jest więc oczywiste, że żadne pomiary ani obliczenia nie mogą być dokładne, kiedy wykonujemy je "jednocześnie" lub w układzie "inercjalnym" czy "izolowanym". Po prostu "jednoczesność" jest fikcją.
Podobnie jest ze splątaniem kwantowym. Dwie cząstki są splątane, jeśli opis tych cząstek, jako jednej cząstki, jest bliższy rzeczywistości, niż opis każdej z nich z osobna. Mamy tu do czynienia z kategorią, którą Kant nazwał jedność/wielość, jeśli dobrze pamiętam, i stwierdził, że prawdziwa natura nie odróżnia jedności od wielości - to człowiek w swojej pamięci nadaje zapamiętanym przedmiotom etykietkę "jeden" (przedmiot) albo "wiele" (przedmiotów). Tymczasem w rzeczywistości jest ten sam obiekt jednocześnie jest jednym przedmiotem i wieloma różnymi przedmiotami.
Widzimy więc, że w pewnym sensie Kant przewidział odkrycie stanów splątanych, tak jak przewidział odkrycie zasady nieoznaczoności. A nie myślał on o cząstkach (elementarnych), ale o ludzkich zmysłach i umysłach. Natura kwantowa świata nie jest tylko na poziomie mikro. Już splątanie kwantowe pokazuje, że co prawda jeszcze mówi o cząstkach, ale mówi też o wielkich odległościach. Mówi, że jedna cząstka (dwie cząstki splątane) może rozciągnąć się w przestrzeni na wiele kilometrów. I tu wracamy do tej nieszczęsnej jednoczesności. Otóż stan splątany można zaobserwować tylko wtedy, kiedy wykona się jednocześnie dwie obserwacje.
Fizyk wyobraża sobie, że wytwarza parę splątanych fotonów i sekundę później mierzy w dwóch laboratoriach odległych o 300 000 km polaryzację każdego z tych fotonów. Powtarza ten eksperyment wielokrotnie i odkrywa, że za każdym razem dokonuje pomiaru na jednej cząstce, zwanej "parą splątanych fotonów" (przeciwnie spolaryzowanych). Problem jednak jest z tym, skąd pewność, że pomiary dokonane zostały jednocześnie. Ale tym się nie martwmy - istnieją inne zjawiska i inne eksperymenty, które pokazują, że para splątanych cząstek jest jedną cząstką, która rozciąga się w przestrzeni coraz bardziej, dopóki to połączenie nie zostanie zerwane. Wiemy więc na pewno, że gdyby nam się udało zbudować tak odległe laboratoria, i gdybyśmy dokonali jednoczesnych pomiarów, to byśmy zaobserwowali jedną cząstkę rozciągniętą na długości setek tysięcy kilometrów . Ale niestety, nie da się jednocześnie dokonać pomiarów w takiej odległości. Zauważmy podobieństwo do zasady nieoznaczoności "nie da się jednocześnie...".
Skupimy się więc na tym, co da się zrobić. To będzie fizyka kwantowa w skali naprawdę makro. W tym celu przypomnijmy sobie zasadę komplementarności - najogólniejsze twierdzenie fizyki kwantowej - każdy opis jest niedokładny. Wyobraźmy sobie teraz odkrycie małej planetoidy, która leci w kierunku Ziemi i wydaje się, że minie ją w odległości około 100 000 km. Wydaje się, że jesteśmy bezpieczni, ale dokładność pomiarów jest słaba. Wiemy tylko w przybliżeniu, że powiedzmy za 3 lata i 55 godzin planetka minie Ziemię w odległości około 100 000 km, ale dokładność tych pomiarów jest marna - błąd wynosi dwie godziny i 100 000 km. W dodatku będzie przelatywać w pobliżu Księżyca, więc Księżyc zmieni tor jej lotu, ale nie wiemy o jaki kąt. Wiemy te, że planetka będzie mijać inne ciała niebieskie - mniejsze planetki, o których istnieniu jeszcze nie wiemy, jakieś meteoryty... może nawet z którymś z nich się zderzy. Aby mieć jak najszybciej bardziej precyzyjne obserwacje, wysyłamy w kierunku planetki statek kosmiczny z teleskopem, aby z bliska lepiej wszystko zmierzył i policzył. Skutek tej ekspedycji będzie jednak taki, że oddziaływanie grawitacyjne statku zmieni orbitę planetki i poprzedni rezultat stanie się nieaktualny - zamiast zwiększyć precyzję obserwacji zmieniliśmy obserwowany obiekt i mamy teraz zupełnie nowe wyniki, zamiast wyników uściślonych.
A na koniec najprostsze spostrzeżenie. Fizyk zmierzył temperaturę w pokoju. Czy można przewidzieć jaka będzie temperatura w pokoju za godzinę? Można, ale tylko pod warunkiem, że wiemy, czy i kiedy ten fizyk włączy kaloryfer.. i kiedy go wyłączy... Czy można przewidzieć, jaka będzie średnia temperatura Ziemi za 50 lat? Nie można, gdyż nie wiemy, co zrobi w tym czasie ludzkość. Jeśli zlikwiduje dotacje dla rolnictwa i znacznie ograniczy konsumpcję mięsa i nabiału, to za 50 lat temperatury na Ziemi spadną... i przy okazji zniknie głód. Fizyka kwantowa mówi nam, że wyników przyszłych pomiarów nie da się dokładnie przewidzieć
Inne tematy w dziale Technologie
