"Paradoksy kwantowe - kot SchrĂśdingera i kot Hawkinga"

"Paradoksy kwantowe - kot SchrĂśdingera i kot Hawkinga"
wybrane fragmenty artykuÂłu naukowego o mechanice kwantowej (autorzy: Marek A. Abramowicz, Marcus J. Percival)

W koĂącu dziewiĂŞtnastego wieku fizycy sÂądzili, Âże wszystkie podstawowe prawa przyrody zostaÂły juÂż odkryte, a przyszÂłym pokoleniom pozostaje jedynie prawa te objaÂśniaĂŚ i nieco poprawiaĂŚ. A jednak odkrycia dokonane w pierwszych kilku latach dwudziestego wieku obaliÂły ten poglÂąd i caÂłkowicie zmieniÂły sposĂłb widzenia przyrody przez fizykĂłw.

W roku 1900 Max Planck uznaÂł za moÂżliwe, Âże energia ÂświatÂła moÂże byĂŚ wysyÂłana i pochÂłaniana wyÂłÂącznie maÂłymi porcjami, ktĂłre dziÂś nazywamy kwantami. ByÂł to waÂżny krok w kierunku zrozumienia, Âże nic w przyrodzie nie moÂże byĂŚ dzielone ad infinitum na coraz to mniejsze czĂŞÂści, materia zaÂś i energia skÂłada siĂŞ z niepodzielnych kwantĂłw. Kwanty te sÂą niewiarygodnie maÂłe, tak maÂłe, Âże w codziennym Âżyciu nie ma znaczenia, iÂż ich rozmiar jest wiĂŞkszy od zera. A jednak dla przyrody to ma znaczenie.

W roku 1905 hipoteza kwantĂłw ÂświatÂła zostaÂła uÂżyta przez Alberta Einsteina do olÂśniewajÂącego wyjaÂśnienia zjawiska fotoelektrycznego. Einstein nazwaÂł kwanty ÂświatÂła fotonami. W roku 1913 Niels Bohr skorzystaÂł z pojĂŞcia fotonĂłw, aby wyjaÂśniĂŚ ukÂład linii widmowych ÂświatÂła wysyÂłanego przez atom wodoru. W taki sposĂłb narodziÂła siĂŞ mechanika kwantowa. W roku 1905 Einstein dokonaÂł jeszcze jednego odkrycia, zbierajÂąc swe poglÂądy na czas, przestrzeĂą i ruch w monumentalnym dziele - szczegĂłlnej teorii wzglĂŞdnoÂści (STW). STW i mechanika kwantowa zostaÂły mocno powiÂązane w ramach relatywistycznej mechaniki kwantowej w pracach Wofganga Pauliego, Paula Diraca, Wernera Heisenberga i innych.

ZapoczÂątkowaÂło to proces intelektualny, ktĂłry zdominowaÂł rozwĂłj fizyki w naszym stuleciu, a mianowicie wielkÂą unifikacjĂŞ w poglÂądach fizykĂłw na caÂłÂą przyrodĂŞ. Wielu fizykĂłw wierzy, Âże obecnie, u koĂąca tego wieku, unifikacja ta jest prawie zupeÂłna, a od ostatecznego sukcesu dzieli nas tylko krok. Tylko grawitacja nie zostaÂła jeszcze poÂłÂączona z ideami kwantowymi, a przez to z resztÂą fizyki. Klasyczne (tutaj znaczy to: jeszcze nie kwantowe) zrozumienie grawitacji opiera siĂŞ na innym epokowym osiÂągniĂŞciu Alberta Einsteina - na ogĂłlnej teorii wzglĂŞdnoÂści (OTW). TeoriĂŞ kwantowej grawitacji trzeba jeszcze odkryĂŚ.

Mechanika kwantowa

W przeszÂłoÂści uczeni czĂŞsto wyraÂżali odmienne opinie co do natury ÂświatÂła. Jedni, idÂąc za poglÂądem dobitnie wyraÂżanym przez Izaaka Newtona, uznawali, Âże ÂświatÂło skÂłada siĂŞ z czÂąstek, inni zaÂś akceptowali poglÂąd Christiaana Huygensa, ktĂłry opowiadaÂł siĂŞ za falami. Dzisiaj wiemy, Âże w rzeczywistoÂści jest tak, iÂż ÂświatÂło moÂże byĂŚ zarĂłwno falÂą, jak i zbiorem czÂąstek. Ta charakterystyczna dla ÂświatÂła dualnoÂśĂŚ jest uznawana przez mechanikĂŞ kwantowÂą za jednÂą z podstawowych wÂłasnoÂści przyrody. Przy czym, dziĂŞki Louisowi de Broglie, wiadomo, Âże ta schizofreniczna wÂłasnoÂśĂŚ dotyczy nie tylko ÂświatÂła, lecz wszelkiej materii.

A wiĂŞc elektrony i inne czÂąstki elementarne zachowujÂą siĂŞ w okreÂślonych doÂświadczeniach jak fale. Ale jeÂśli elektron jest falÂą, to nie moÂże zajmowaĂŚ okreÂślonego miejsca w danej chwili, lecz musi byĂŚ w pewnej mierze wszĂŞdzie, jak to fale majÂą w zwyczaju. Gdzie wiĂŞc tak naprawdĂŞ jest elektron? WedÂług mechaniki kwantowej nie moÂżemy jednoznacznie powiedzieĂŚ, gdzie jest elektron, lecz moÂżemy obliczyĂŚ, ile wynosi prawdopodobieĂąstwo, Âże elektron w okreÂślonej chwili znajdzie siĂŞ w okreÂślonym miejscu.

RĂłwnanie rzÂądzÂące tym rozkÂładem prawdopodobieĂąstwa zostaÂło wprowadzone przez Erwina SchrĂśdingera. Matematycznie rozwiÂązania tego rĂłwnania opisujÂą superpozycjĂŞ fal, zwanych stanami wÂłasnymi. RĂłÂżne stany wÂłasne odpowiadajÂą rĂłÂżnym moÂżliwoÂściom tego, co moÂże siĂŞ z elektronem wydarzyĂŚ. A wiĂŞc istota rzeczy opisanej przez stany wÂłasne rĂłwnania SchrĂśdingera jest w jakiejÂś mierze niepewna, poniewaÂż znamy jedynie superpozycjĂŞ moÂżliwoÂści, nie wiedzÂąc przy tym, ktĂłra z nich istotnie zachodzi. TakÂże doÂświadczenia nie mogÂą daĂŚ jednoznacznego wyniku. NiepewnoÂści ich wyniku nie moÂżna uczyniĂŚ mniejszej, niÂż wynika to ze sÂłynnej zasady nieoznaczonoÂści Wernera Heisenberga.

WiĂŞkszoÂśĂŚ fizykĂłw sÂądzi, Âże stany wÂłasne rĂłwnania falowego SchrĂśdingera mogÂą opisaĂŚ wszystkie istotne aspekty fizycznej rzeczywistoÂści. O tej rzeczywistoÂści uzyskujemy wiedzĂŞ, wykonujÂąc doÂświadczenia. Zanim nie dokonamy pomiaru, nie moÂżemy byĂŚ pewni tych aspektĂłw rzeczywistoÂści, ktĂłre ma okreÂśliĂŚ ten pomiar - istnieje wiĂŞc wtedy jednoczeÂśnie wiele moÂżliwoÂści odpowiadajÂących rozmaitym stanom wÂłasnym. Ale gdy pomiar jest juÂż przeprowadzony, to jesteÂśmy pewni jego wyniku - czyli pomiar usuwa nasz brak wiedzy o stanie rzeczy. Odpowiednio, fala SchrĂśdingera musi ulec redukcji - nie moÂże wszak juÂż odpowiadaĂŚ zbiorowisku wszelkich moÂżliwych stanĂłw wÂłasnych, lecz musi odpowiadaĂŚ temu szczegĂłlnemu stanowi wÂłasnemu, ktĂłry opisuje wynik pomiaru. Rzeczy sÂą takie, za jakie je mamy, ale dopiero po dokonaniu obserwacji.

DoÂświadczenie z kotem SchrĂśdingera

Bohr, de Broglie, Dirac, Heisenberg i Pauli, gdy dokonywali swych najwaÂżniejszych dla fizyki kwantowej odkryĂŚ, byli ludÂźmi zdecydowanie mÂłodymi, powiedzmy sobie - chÂłopcami - w wieku dwudziestu kilku lat. Mechanika kwantowa byÂła ich wspaniaÂłÂą zabawÂą, a o chÂłopcach wiadomo, Âże uwielbiajÂą bawiĂŚ siĂŞ i eksperymentowaĂŚ z kotami. SchrĂśdinger, ktĂłry jako jedyny przekroczyÂł wtedy trzydzieÂści lat, wyobraziÂł sobie kota zamkniĂŞtego w pudeÂłku. PudeÂłko to zawieraÂło ÂśmiercionoÂśne urzÂądzenie - kapsuÂłkĂŞ z trujÂącym gazem. Porcja gazu byÂła wdmuchiwana do pudeÂłka zawsze wtedy, gdy rozpadaÂł siĂŞ atom substancji radioaktywnej, ktĂłra teÂż byÂła umieszczona w pudeÂłku. Porcja ta wystarczaÂła do natychmiastowego zabicia kota, po czym gaz stawaÂł siĂŞ nieszkodliwy. Tak wyglÂądaÂł pomysÂł tej zabawy.

WedÂług mechaniki kwantowej niemoÂżliwe jest dokÂładne okreÂślenie chwili, w ktĂłrej nastĂŞpuje rozpad radioaktywny. Ale moÂżemy tak dobraĂŚ iloÂśĂŚ substancji, Âże w ciÂągu np. jednej godziny prawdopodobieĂąstwo tego, Âże nastÂąpiÂł dokÂładnie jeden rozpad, wynosi 50%. Po upÂływie jednej godziny od czasu zamkniĂŞcia kota w pudeÂłku stawiamy pytanie, czy kot jest Âżywy, czy martwy. Zanim nie otworzymy pudeÂłka, rozwiÂązanie rĂłwnania SchrĂśdingera jest superpozycjÂą dwĂłch moÂżliwych stanĂłw wÂłasnych:

1. atom siĂŞ nie rozpadÂł, kot jest Âżywy >
+
2. atom siĂŞ rozpadÂł, kot jest martwy >.

Nie ma sposobu odseparowania tych stanĂłw, gdy pudeÂłko jest zamkniĂŞte. WiĂŞc jeÂśli siĂŞ zgodzimy, Âże rĂłwnanie SchrĂśdingera opisuje wszystkie istotne elementy rzeczywistoÂści w zaistniaÂłej sytuacji, to musimy siĂŞ zgodziĂŚ rĂłwnieÂż z tym, Âże kot w pudeÂłku Âżyje, a jednoczeÂśnie jest martwy!

KtoÂś moÂże teraz zaprotestowaĂŚ: "Stop, czy nie jest oczywiste, Âże jeÂśli zamknĂŞ kota w pudeÂłku i potem nie oglÂądam go przez chwilĂŞ, to tak czy owak nie bĂŞdĂŞ umiaÂł powiedzieĂŚ, czy kot jeszcze jest Âżywy, czy juÂż martwy. Po co mieszaĂŚ do tego mechanikĂŞ kwantowÂą, rĂłwnanie SchrĂśdingera i tajemnicze stany wÂłasne?".

OdpowiedÂź na tĂŞ wÂątpliwoÂśĂŚ jest taka, Âże sprawa z kotem nie dotyczy prawdopodobieĂąstw, ale jego rzeczywistego stanu. Mechanika kwantowa nie mĂłwi, Âże "istnieje 50% szans, iÂż kot jest Âżywy, i 50% szans, Âże jest martwy", ale Âże w istocie dwa rĂłÂżne stany nakÂładajÂą siĂŞ.

Czy to nie jest nonsens, ktĂłry Âświadczy o tym, Âże caÂła mechanika kwantowa wpadÂła w puÂłapkĂŞ; bo przecieÂż Einstein zwykÂł mawiaĂŚ: Der Herr Gott wĂźrfelt nicht - Pan BĂłg nie gra w koÂści. Czy teÂż znaczy to, Âże - jak zasugerowaÂł Hugh Everett III - kwantowe niepewnoÂści rozszczepiajÂą prawdziwÂą istotĂŞ bytĂłw na wiele niezaleÂżnie istniejÂących bytĂłw odpowiadajÂących rozmaitym stanom wÂłasnym; wtedy w poÂłowie z tych niezaleÂżnie istniejÂących wielu ÂświatĂłw kot byÂłby Âżywy, a w drugiej poÂłowie byÂłby martwy.

A moÂże jest tak, Âże caÂłe zÂłoÂżone otoczenie pudeÂłka powoduje niespĂłjnoÂśĂŚ kwantowych stanĂłw wÂłasnych - poglÂąd taki przedstawiÂł Wojtek ÂŻurek. Nikt nie jest pewny, jak powinna wyglÂądaĂŚ wÂłaÂściwa odpowiedÂź, a caÂła ta sprawa irytuje wielkich fizykĂłw o poglÂądach pragmatycznych; np. Stephen Hawking mĂłwi: "Gdy sÂłyszĂŞ o kocie SchrĂśdingera, odbezpieczam rewolwer". WiĂŞkszoÂśĂŚ fizykĂłw uwaÂża obecnie, Âże poniewaÂż konwencjonalna interpretacja mechaniki kwantowej zostaÂła sprawdzona w licznych doÂświadczeniach z wysokÂą dokÂładnoÂściÂą, to powinniÂśmy traktowaĂŚ powaÂżnie jej wskazania. Ale musimy przy tym pamiĂŞtaĂŚ, Âże historia dowodzi, iÂż wiĂŞkszoÂśĂŚ czĂŞsto siĂŞ myli. PrzyjmujÂąc konwencjonalnÂą interpretacjĂŞ doÂświadczenia z kotem SchrĂśdingera, dochodzimy do wniosku, Âże dwa stany wÂłasne sÂą istotnie naÂłoÂżone.

Czarne dziury: supermasywne, gwiazdowe, mini i wirtualne

OTW byÂła godnym uwagi osiÂągniĂŞciem geniuszu Einsteina i zabraÂła mu dziesiĂŞĂŚ lat ciĂŞÂżkiej pracy. Jest to teoria geometryczna, ktĂłra wyjaÂśnia grawitacjĂŞ jako przejaw krzywizny czasoprzestrzeni. Jednym z jej zdumiewajÂących wskazaĂą jest istnienie czarnych dziur. Dopiero od niedawna moÂżemy mĂłwiĂŚ z duÂżÂą wiarygodnoÂściÂą, Âże czarne dziury rzeczywiÂście istniejÂą. To bowiem w ostatnich latach astronomowie znaleÂźli na niebie obiekty wysokoenergetyczne, ktĂłre nie mogÂą byĂŚ niczym innym niÂż czarnymi dziurami. Wniosek ten uzyskano stosunkowo niedawno, gdyÂż przedtem nie dysponowano dostatecznie zaawansowanym technologicznie sprzĂŞtem, ktĂłry pozwoliÂłby na zebranie istotnych danych obserwacyjnych. Obecnie sprzĂŞt taki istnieje: satelity zbierajÂące dane o ÂźrĂłdÂłach promieni X, teleskop kosmiczny Hubble'a i kilka wielkich radioteleskopĂłw na Ziemi. Energia promieniowana przez obiekty astronomiczne zawierajÂące czarne dziury z pewnoÂściÂą nie powstaje w czarnych dziurach. Pochodzi ona z energii grawitacyjnej uwalnianej w procesie spadania materii na czarnÂą dziurĂŞ.

Astronomowie obserwujÂą kandydatki na czarne dziury w dwĂłch przedziaÂłach mas. MĂłwiÂą w zwiÂązku z tym albo o czarnych dziurach o masie gwiazdowej, tj. takich, ktĂłrych masy w przybliÂżeniu sÂą dziesiĂŞĂŚ razy wiĂŞksze od masy SÂłoĂąca, lub o supermasywnych czarnych dziurach, ktĂłrych masy sÂą miliony do miliardĂłw razy wiĂŞksze od masy SÂłoĂąca. Jest moÂżliwe, Âże istniejĂŞ mini czarne dziury - o masach mniejszych od masy SÂłoĂąca, lecz odkrycie ich jest raczej niemoÂżliwe za pomocÂą obecnie istniejÂącej technologii. Z tego powodu nie ma obserwacyjnych argumentĂłw ani za ich istnieniem, ani przeciw.

Czarne dziury o masach gwiazdowych znaleziono w kilku ukÂładach podwĂłjnych w naszej wÂłasnej Galaktyce. NaleÂżÂą one do najsilniejszych ÂźrĂłdeÂł promieni X na niebie. Typowy rozmiar takiej czarnej dziury wynosi okoÂło 30 km. Supermasywne czarne dziury sÂą rozmieszczone w niektĂłrych odlegÂłych galaktykach. GrajÂą one rolĂŞ centralnych silnikĂłw kwazarĂłw i innych aktywnych jÂąder galaktyk, bĂŞdÂących najsilniejszymi ÂźrĂłdÂłami energii we WszechÂświecie. Ich typowe rozmiary wahajÂą siĂŞ od 106 km do 109 km. Dla porĂłwnania, odlegÂłoÂśĂŚ Ziemi od SÂłoĂąca wynosi 1,5 x 108 km.

Trzy szczegĂłlne wÂłasnoÂści czarnych dziur bĂŞdÂą istotne w naszej dyskusji:

(1) ZewnĂŞtrzny obserwator, obserwujÂący obiekt wpadajÂący do czarnej dziury, nigdy nie doczeka siĂŞ jego wpadniĂŞcia, musiaÂłby bowiem czekaĂŚ na to nieskoĂączony czas. Nikt nie ma aÂż tyle czasu na czekanie. Z drugiej strony obiektowi wpadajÂącemu swobodnie (tzn. tylko pod wpÂływem grawitacji) do czarnej dziury zajmie to wpadanie skoĂączony czas - tak wskaÂżÂą zegary umieszczone na tym obiekcie. PrzykÂładowo, w ukÂładzie planetarnym takim jak nasz, ze SÂłoĂącem zastÂąpionym CzarnÂą DziurÂą o jego masie, swobodne spadanie z Ziemi na CzarnÂą DziurĂŞ (start z zerowÂą prĂŞdkoÂściÂą) zajĂŞÂłoby - wedÂług zegara podrĂłÂżnika - okoÂło roku. WedÂług zaÂś zegarĂłw ziemskich trwaÂłoby to wiecznoÂśĂŚ. Dla tych, ktĂłrzy poÂżegnali podrĂłÂżnika i pozostali na Ziemi, pozostawaÂłby on w zasadzie zawsze widoczny na zewnÂątrz Czarnej Dziury.

(2) KaÂżdy obiekt materialny (a zwÂłaszcza nasz podrĂłÂżnik), ktĂłry wpadÂł do czarnej dziury, po skoĂączonym czasie wedÂług wskazaĂą wÂłasnych zegarĂłw bĂŞdzie zupeÂłnie zniszczony. Nie chodzi tu o to, Âże bĂŞdzie uszkodzony, ale zupeÂłnie zniszczony - jego istnienie dobiegnie koĂąca. Nie pomoÂże nawet dziewiĂŞĂŚ ÂżyĂŚ. I zajdzie to doÂśĂŚ szybko: obiekt zakoĂączy swe istnienie po okoÂło 10-4 s po wpadniĂŞciu do czarnej dziury o masie gwiazdowej lub po czasie rzĂŞdu minut lub dni w przypadku supermasywnej czarnej dziury. ÂŻaden obiekt, ktĂłry wpadÂł do czarnej dziury, nie moÂże siĂŞ z niej wydostaĂŚ.

(3) Wszystkie czarne dziury promieniujÂą. Tego waÂżnego odkrycia dokonaÂł Stephen Hawking, ktĂłry na podstawie poÂłÂączonych pojĂŞĂŚ mechaniki kwantowej, OTW i termodynamiki gÂłĂŞboko uzasadniÂł, Âże efekty kwantowe zmuszajÂą czarnÂą dziurĂŞ do promieniowania. WykazaÂł on teÂż, Âże im mniejsza (tj. mniej masywna) jest czarna dziura, tym szybciej promieniuje. Lecz to, Âże szybciej, wcale nie oznacza, Âże szybko; promieniowanie Hawkinga jest niewiarygodnie powolnym procesem dla astronomicznych czarnych dziur. Hipotetyczna mini czarna dziura o masie porĂłwnywalnej z masÂą duÂżej ziemskiej gĂłry (w przybliÂżeniu miliard ton) potrzebuje caÂłego czasu istnienia Âświata (od Wielkiego Wybuchu do chwili obecnej), aby zupeÂłnie wypromieniowaĂŚ swÂą masĂŞ i przez to caÂłkowicie zniknÂąĂŚ. Czas potrzebny na wyparowanie czarnej dziury jest proporcjonalny do trzeciej potĂŞgi jej masy. PoniewaÂż czarne dziury o masach gwiazdowych sÂą 1019 razy bardziej masywne od gĂłr, wyparowywaÂłyby one po czasie odpowiednio dÂłuÂższym: dokÂładnie (1019)3 = 1057 razy dÂłuÂższym niÂż obecny wiek WszechÂświata. Rzecz jasna, jest to czas absurdalnie dÂługi, a nauka pÂłynÂąca z tych rachunkĂłw jest nastĂŞpujÂąca: promieniowanie Hawkinga jest caÂłkiem nieistotne dla czarnych dziur o masach gwiazdowych i supermasywnych. Astronomiczne czarne dziury sÂą istotnie czarne, nie promieniujÂą one w Âżaden zauwaÂżalny sposĂłb. Ale dla hipotetycznych mini czarnych dziur o masie gĂłry promieniowanie Hawkinga jest istotne. MogÂłoby zatem byĂŚ tak, Âże w przyrodzie jest peÂłno skrajnie maÂłych wirtualnych czarnych dziur, dla ktĂłrych promieniowanie Hawkinga jest procesem przewaÂżajÂącym. JeÂśli by tak byÂło, to promieniowanie Hawkinga byÂłoby jednym z najbardziej podstawowych i powszechnych procesĂłw w przyrodzie.

PrĂłÂżnia wspĂłÂłczesnej fizyki nie jest pusta

Zasada nieoznaczonoÂści Heisenberga dopuszcza spontaniczne powstawanie w prĂłÂżni czÂąstek. Zgodnie z tÂą zasadÂą im bardziej energetyczne (bardziej masywne) sÂą te czÂąstki, tym krĂłcej ÂżyjÂą. Wirtualne czarne dziury mogÂłyby takÂże spontanicznie powstawaĂŚ, a nastĂŞpnie ginÂąĂŚ. Najbardziej typowÂą masÂą takiej wirtualnej czarnej dziury jest masa Plancka mPl = 2,2 x 10-8 kg. Odpowiednio, typowy ich rozmiar okreÂśla dÂługoÂśĂŚ Plancka lPl = 1,6 x 10-35 m, a czas Âżycia jest rzĂŞdu czasu Plancka tPl = 5,4 x 10-44 s. MogÂłoby byĂŚ tak, Âże na najbardziej podstawowym poziomie przyrody prĂłÂżnia jest peÂłna tych wirtualnych czarnych dziur - nosi to nazwĂŞ piany czasoprzestrzennej. Piana ta nie wpÂływaÂłaby na wÂłasnoÂści czasoprzestrzeni w skalach duÂżo wiĂŞkszych od dÂługoÂści i czasu Plancka, lecz miaÂłaby istotne znaczenie na poziomie sub-planckowskim. Hawking zasugerowaÂł w jednym ze swych ostatnich artykuÂłĂłw, Âże "duÂża" czarna dziura po wyparowaniu nie znika caÂłkowicie. Zamiast tego jej rozmiar kurczy siĂŞ do dÂługoÂści Plancka i w rezultacie staje siĂŞ ona kroplÂą w oceanie wirtualnych czarnych dziur.

MoÂżna porĂłwnaĂŚ pianĂŞ czasoprzestrzennÂą z morzem piÂłeczek pingpongowych. Gdy obserwuje siĂŞ je z pewnej odlegÂłoÂści, wydaje siĂŞ ono gÂładkÂą, sfalowanÂą powierzchniÂą. Fale w tej analogii odpowiadajÂą wielkoskalowej krzywiÂźnie czasoprzestrzeni. BliÂższe zbadanie morza pokazuje jednak, Âże jego powierzchnia wcale nie jest gÂładka, ale wyraÂźnie zakrzywiona w skali odpowiadajÂącej promieniowi piÂłeczki.

DoÂświadczenie z kotem Hawkinga

WyobraÂźmy sobie dr. Hawkinga (jest to osoba fikcyjna, nie majÂąca nic wspĂłlnego z kimkolwiek), ktĂłry patrzy, jak jego kot skacze do czarnej dziury. Koty sÂą niezwykle dociekliwe i czĂŞsto robiÂą rzeczy tego typu. Z punktu widzenia dr. Hawkinga kot jest stale widoczny na zewnÂątrz czarnej dziury. Ale w koĂącowym efekcie wszystkie czarne dziury powinny wyparowaĂŚ na skutek promieniowania Hawkinga.

Nie jest tu istotne, Âże wyparowywanie to moÂże trwaĂŚ absurdalnie dÂługo, waÂżne jest, iÂż trwaĂŚ to bĂŞdzie skoĂączony czas - rozwaÂżamy wszak problem z punktu widzenia podstawowych zasad. Gdy ostatnia fala promieniowania Hawkinga mija dr. Hawkinga, sytuacja wydaje siĂŞ bardzo prosta. Dr Hawking wciÂąÂż widzi kota, ale kot jest teraz w przestrzeni bez czarnej dziury i jej pola grawitacyjnego. Zatem dr Hawking moÂże poprosiĂŚ (np. za pomocÂą telefonu komĂłrkowego) kota o powrĂłt. Z punktu widzenia dr. Hawkinga nie istnieje Âżaden zasadniczy powĂłd, dla ktĂłrego kot miaÂłby nie powrĂłciĂŚ. Lecz kot opowiedziaÂłby (jeÂśli martwy kot mĂłgÂłby mĂłwiĂŚ) tĂŞ historiĂŞ caÂłkiem inaczej: on wpadÂł do czarnej dziury i zostaÂł unicestwiony dokÂładnie minutĂŞ pĂłÂźniej. ZauwaÂżyÂł to na swoim zegarze.

A wiĂŞc wedÂług dr. Hawkinga kot Âżyje, wedÂług zaÂś samego kota - nie. Wypada zatem spytaĂŚ, jak jest naprawdĂŞ: kot Âżyje, czy teÂż nie? ChociaÂż pytanie to wyglÂąda na podobne do pytania postawionego w przypadku doÂświadczenia z kotem SchrĂśdingera, wystĂŞpuje tu istotna rĂłÂżnica: u podstaw doÂświadczenia z kotem SchrĂśdingera leÂżÂą zjawiska kwantowe, a w przypadku kota Hawkinga - klasyczne.

W przypadku kota Hawkinga nie ma superpozycji stanĂłw wÂłasnych rozwiÂązujÂących rĂłwnanie SchrĂśdingera typu 1. Âżywy kot Hawkinga > + 2. martwy kot Hawkinga >. RozwaÂżania nasze dotyczÂą natomiast skomplikowanej sytuacji, wywoÂłanej promieniowaniem czarnych dziur. AnalizĂŞ przeprowadzamy w dwĂłch rĂłÂżnych ukÂładach odniesienia: za pierwszym razem w ukÂładzie dr. Hawkinga, za drugim razem w ukÂładzie kota.

Analizowanie tej samej sytuacji z punktu widzenia kilku ukÂładĂłw odniesienia jest typowe zarĂłwno w STW, jak i w OTW. Czasami prowadzi to do paradoksĂłw. Spowodowane sÂą one niepoprawnym rozumowaniem, opartym zazwyczaj na naszej nierelatywistycznej intuicji. Dobrze znanym przykÂładem jest tu paradoks bliÂźniÂąt. Z drugiej strony, paradoksy prawdziwie kwantowe - jak ten z kotem SchrĂśdingera - odzwierciedlajÂą prawdziwie gÂłĂŞbokÂą i dziwnÂą strukturĂŞ przyrody.

W przypadku doÂświadczenia z kotem Hawkinga prawidÂłowa jest analiza kota, analiza dr. Hawkinga taka nie jest. Kot dr. Hawkinga istotnie nie Âżyje. Poprawna analiza sytuacji jest doÂśĂŚ zÂłoÂżona matematycznie i zaleÂży od tego, czy wyparowujÂąca czarna dziura znika caÂłkowicie, czy teÂż ÂłÂączy siĂŞ w skali Plancka z pianÂą wirtualnych czarnych dziur.

W pierwszym przypadku (Âłatwiejszym do przeanalizowania) moÂżna zastosowaĂŚ przemyÂślnÂą metodĂŞ Rogera Penrose'a (zwanÂą diagramem Penrose'a), czyli narysowaĂŚ rodzaj mapy caÂłej czasoprzestrzeni zawierajÂącej wyparowujÂącÂą czarnÂą dziurĂŞ. Na mapie tej historie kota i jego wÂłaÂściciela, a takÂże wszelkie promienie Âświetlne reprezentowane byÂłyby przez linie. Rozmiar parujÂącej czarnej dziury zmniejsza siĂŞ w pewnej chwili do punktu. Jest to ostatnie zdarzenie w historii czarnej dziury. Diagram Penrose'a pokazuje, Âże sygnaÂł Âświetlny wysÂłany dokÂładnie z tego zdarzenia z pewnoÂściÂą dotrze do dr. Hawkinga. Oznacza to, Âże dr Hawking widzi, iÂż kot wchodzi do czarnej dziury dokÂładnie w ostatniej chwili jej istnienia. Czyli jest tak, jak byĂŚ powinno: z punktu widzenia dr. Hawkinga kot nigdy nie wpadÂł do czarnej dziury, ale teÂż nie jest w stanie powrĂłciĂŚ. Dr Hawking zauwaÂży, Âże kot znikÂł wraz z ostatnim rozbÂłyskiem promieniowania Hawkinga. MoÂże nawet podejrzewaĂŚ, Âże to promieniowanie Hawkinga zabiÂło kota.

Rozmaite wersje tego doÂświadczenia byÂły dyskutowane w kilku uniwersytetach w pĂłÂźnych latach siedemdziesiÂątych, zwÂłaszcza zaÂś na Uniwersytecie Teksaskim w Austin przez Wojtka ÂŻurka, Johna Archibalda Wheelera i Marka Abramowicza, ktĂłry pierwszy odpowiedziaÂł poprawnie na pytanie "czy kot Âżyje, czy teÂż nie?".

W roku 1992 wymyÂśliÂł on fikcyjnego dr. Hawkinga i jego kota, bĂŞdÂącego odpowiednikiem kota SchrĂśdingera, w celu lepszego wyjaÂśnienia swej czternastoletniej cĂłrce Weronice rĂłÂżnicy miĂŞdzy klasycznym a prawdziwie kwantowym paradoksem.

Czy nowa fizyka potrzebuje nowych kotĂłw?

Na poczÂątku naszego wieku fizycy zmienili swĂłj sposĂłb widzenia Âświata: z deterministycznego na kwantowy i z absolutnego na relatywistyczny. Ten punkt widzenia staÂł siĂŞ obowiÂązujÂącÂą prawdÂą przez caÂły wiek dwudziesty. NiektĂłrzy fizycy sÂą obecnie przekonani, podobnie jak byli przekonani ich poprzednicy u schyÂłku dziewiĂŞtnastego wieku (pozostajÂąc, rzecz jasna, w krĂŞgu innych idei), Âże wystarczy tylko ustaliĂŚ, czym jest kwantowa grawitacja - stosujÂąc teoriĂŞ strun lub inny udany pomysÂł - i juÂż bĂŞdziemy mieli TEORIĂ WSZYSTKIEGO, a wiĂŞc nic fundamentalnie waÂżnego w fizyce nie pozostanie juÂż do odkrycia dla przyszÂłych pokoleĂą. Fizycy ci mogÂą mieĂŚ racjĂŞ, lecz moÂże teÂż byĂŚ tak, Âże Âświat w swojej istocie jest niewyobraÂżalnie bogatszy niÂż Âświat opisywany przez mechanikĂŞ kwantowÂą i teoriĂŞ wzglĂŞdnoÂści: IstniejÂą rzeczy na niebie i na ziemi, o ktĂłrych nie ÂśniÂło siĂŞ naszym filozofom. MoÂżliwe, Âże przyszÂłoÂśĂŚ przyniesie nam zadziwiajÂące niespodzianki - idee, o ktĂłrych nie jesteÂśmy w stanie obecnie pomyÂśleĂŚ. ByĂŚ moÂże nowe pokolenia wspaniaÂłych mÂłodych ludzi znĂłw stworzÂą wÂłasnÂą chÂłopiĂŞcÂą fizykĂŞ - innÂą niÂż nasza. Czy znĂłw naraÂżÂą oni nowe pokolenia kotĂłw na Âśmiertelne niebezpieczeĂąstwo paradoksalnych doÂświadczeĂą?

tytuÂł oryginalny: Kot Hawkinga: Âżywy czy martwy?
autorzy: Marek A. Abramowicz, Marcus J. Percival
z angielskiego przetÂłumaczyÂł W. K, "Delta" 06/1998

Mechanika kwantowa. Teoria wbrew zdrowemu rozsÂądkowi

O praktycznych korzyÂściach wynikajÂących z teorii kwantowej, o strzelaniu z fotonowej dubeltĂłwki z prof. CzesÂławem Radzewiczem, fizykiem, szefem jedynego w Polsce zespoÂłu, ktĂłry para siĂŞ doÂświadczalnÂą informatykÂą kwantowÂą.
W swym najsÂłynniejszym eksperymencie Erwin SchrĂśdinger (1887–1961), austriacki wspĂłÂłtwĂłrca mechaniki kwantowej (czyli teorii fizycznej odnoszÂącej siĂŞ do zjawisk zachodzÂących w Âświecie bardzo maÂłych obiektĂłw, ktĂłrych nie sposĂłb opisaĂŚ poprawnie za pomocÂą mechaniki klasycznej), zamknÂąÂł kota w pudeÂłku wraz z truciznÂą uwalnianÂą przez rozpad atomu pierwiastka promieniotwĂłrczego. Ale poniewaÂż atom ten zgodnie z prawami fizyki kwantowej znajdowaÂł siĂŞ w stanie, ktĂłry byÂł mieszaninÂą stanu przed rozpadem i po rozpadzie, nieszczĂŞsny ssak, aÂż do chwili otwarcia pudeÂłka byÂł zarazem Âżywy i martwy.

Eksperyment oczywiÂście miaÂł charakter czysto myÂślowy. ÂŻaden kot nie ucierpiaÂł, ale udrĂŞczeni zostali fizycy. Mechanika kwantowa, ktĂłrej kot SchrĂśdingera staÂł siĂŞ symbolem, przez dziesiÂątki lat doprowadzaÂła do szewskiej pasji zarĂłwno jej twĂłrcĂłw, jak ich nastĂŞpcĂłw, wymagaÂła bowiem (i wciÂąÂż wymaga) zawieszenia zdroworozsÂądkowych zasad poznania rzeczywistoÂści. IrytowaÂła aÂż do chwili, gdy zgodnie z hasÂłem judokĂłw „ustÂąp, aby zwyciĂŞÂżyĂŚ”, uczeni zaczĂŞli wykorzystywaĂŚ jej zadziwiajÂące wÂłasnoÂści.

Karol JaÂłochowski: – ÂŻaÂłujĂŞ, Âże miaÂłem kiedyÂś cokolwiek wspĂłlnego z teoriÂą kwantowÂą – mawiaÂł ponoĂŚ SchrĂśdinger. Wszystko przez tego paradoksalnego kota?

CzesÂław Radzewicz: – SchrĂśdinger nie byÂł jedynym uczonym, ktĂłry miaÂł kÂłopoty z wynikami wÂłasnej pracy. Starszym przykÂładem jest Max Planck, ktĂłry uÂłoÂżyÂł pierwszÂą cegieÂłkĂŞ w budynku mechaniki kwantowej i ktĂłry do Âśmierci nie mĂłgÂł siĂŞ pogodziĂŚ z tym, Âże jest tak, jak mĂłwiÂła nowa teoria. Owszem, wypisaÂł bardzo eleganckie i, co waÂżniejsze, poprawne rĂłwnanie promieniowania ciaÂła doskonale czarnego (jedna z kluczowych zagadek nauki przeÂłomu XIX i XX w., niewytÂłumaczalna metodami fizyki klasycznej – red.), po czym przez kolejnych kilkadziesiÂąt lat szukaÂł lepszego wyjaÂśnienia. Takiego, ktĂłre by bardziej pasowaÂło do jego wyobraÂżenia na temat rzeczywistoÂści. Bezskutecznie zresztÂą.

SchrĂśdinger, ktĂłry wspaniale zasÂłuÂżyÂł siĂŞ dla mechaniki kwantowej, w pewnym momencie zauwaÂżyÂł, Âże teoria, ktĂłrÂą rozwijaÂł razem z wieloma innymi uczonymi, prowadzi do rozmaitych paradoksĂłw. PrzykÂładem moÂże byĂŚ wspomniany przez pana kot, ktĂłry jest rĂłwnoczeÂśnie i Âżywy, i martwy. Co wcale nie znaczy, Âże to jest chory kot, ktĂłry za chwilĂŞ wyzionie ducha. I to SchrĂśdingera bardzo gryzÂło. StaraÂł siĂŞ z tym paradoksem uporaĂŚ, ale tak na dobrÂą sprawĂŞ do dzisiaj nie mamy dobrego obrazu tej sytuacji. PojawiajÂą siĂŞ bardzo egzotyczne pojĂŞcia, na przykÂład – uÂżywajÂąc Âżargonu fizykĂłw – kolaps funkcji falowej. Ale tak naprawdĂŞ nikt nie wie, co to znaczy. To bardzo typowy dla ludzi sposĂłb postĂŞpowania – kiedy czegoÂś nie rozumiemy, przynajmniej nadajmy temu nazwĂŞ.

Nazwane, a zatem oswojone?

Chodzi prawdopodobnie o poczucie bezpieczeĂąstwa. Bo nie wiadomo, co oznacza kolaps funkcji falowej. To jest arcywaÂżny problem w przypadku kota SchrĂśdingera. W ktĂłrym momencie dowiadujemy siĂŞ, jaki jest wynik pomiaru? Kiedy to nastĂŞpuje – czy w chwili wÂłÂączenia aparatu pomiarowego, czy w momencie, gdy przeczytamy wynik pomiaru? Nie jest wcale oczywiste, czy procedura wymaga udziaÂłu ÂświadomoÂści. ByĂŚ moÂże, gdyby nie byÂło istoty Âświadomej, to ten wynik byÂłby inny albo by nie istniaÂł. To sÂą pytania raczej filozoficzne.

My, fizycy doÂświadczalni, jeÂżeli bierzemy siĂŞ za pomiar, staramy siĂŞ zazwyczaj dotrwaĂŚ do jego koĂąca i odczytaĂŚ wynik. Co nie zawsze jest Âłatwe, bo niektĂłre doÂświadczenia sÂą bardzo dÂługotrwaÂłe.

KrÂąÂżÂą plotki, Âże koty SchrĂśdingera sÂą powoÂływane do Âżycia w laboratoriach...

Tak, ale sÂą to nieco inne byty. Paradoks kota SchrĂśdingera jest oparty na tym, Âże z jednej strony mamy bardzo maÂły ukÂład fizyczny opisywany przez mechanikĂŞ kwantowÂą, a z drugiej mamy ukÂład niezwykle duÂży – kota. Potrafimy dziÂś budowaĂŚ analogi kota SchrĂśdingera dla maÂłych ukÂładĂłw fizycznych. PrzykÂładem jest umieszczony w specjalnej puÂłapce jon, ktĂłry znajduje siĂŞ jednoczeÂśnie w dwĂłch miejscach. I dopĂłki nie dokonamy pomiaru, nie wiemy, gdzie on rzeczywiÂście jest. Przy czym, niestety, ta analogia jest uÂłomna, bo mamy do czynienia z ukÂładem, dla ktĂłrego potrafimy napisaĂŚ rĂłwnanie ruchu, rozwiÂązaĂŚ je i zaraz otrzymamy wynik.

Kwantowa mechanika bardzo Âźle stosuje siĂŞ do ukÂładĂłw duÂżych. W zasadzie moÂżna powiedzieĂŚ, Âże gdybyÂśmy byli sprawni matematycznie, to moglibyÂśmy napisaĂŚ rĂłwnanie kwantowo-mechaniczne opisujÂące ewolucjĂŞ w czasie tego stoÂłu, przy ktĂłrym siedzimy. Tyle tylko, Âże zabrakÂłoby papieru na Âświecie, Âżeby to rĂłwnanie wypisaĂŚ i nie wiadomo, jak je rozwiÂązaĂŚ.

PowstaÂł wiĂŞc pomysÂł, by robiĂŚ doÂświadczenia z kotami SchrĂśdingera na coraz wiĂŞkszych ukÂładach. PodÂąÂża w tym kierunku wielu badaczy w nadziei, Âże kiedyÂś moÂże uda siĂŞ wreszcie wyznaczyĂŚ granicĂŞ miĂŞdzy Âświatem kwantowym a klasycznym.

WaÂżne to?

Ja nie wiem, czy to jest waÂżne z praktycznego punktu widzenia. Przypuszczam, Âże nie. Natomiast nie zawsze to, co siĂŞ opÂłaca, jest najwaÂżniejsze; moÂże to jest rĂłwnie waÂżne jak budowanie komputera kwantowego, na ktĂłry jest wyraÂźnie zapotrzebowanie. Gdyby armii rosyjskiej zaproponowaĂŚ takie urzÂądzenie, zapÂłaciÂłaby kaÂżde pieniÂądze, bo jest waÂżne zastosowanie – Âłamanie kodĂłw. Kot SchrĂśdingera zapewne nie znalazÂłby wielu nabywcĂłw.

Elegancja doÂświadczenia

MyÂśl SchrĂśdingera wyprzedziÂła eksperyment. Kto dziÂś dostarcza wiĂŞcej bodÂźcĂłw do badaĂą nad fizykÂą kwantowÂą – teoretycy czy doÂświadczalnicy?

Na poczÂątku XX w., kiedy powstawaÂła teoria kwantowa, sprawa byÂła jasna. MieliÂśmy wyniki doÂświadczeĂą sprawdzonych, wielokrotnie powtĂłrzonych, ktĂłrych nie sposĂłb byÂło wyjaÂśniĂŚ za pomocÂą istniejÂących teorii fizycznych. Sytuacja byÂła wyraÂźnie asymetryczna. DoÂświadczenie wyraÂźnie wyprzedzaÂło modele teoretyczne. Teoretycy musieli wziÂąĂŚ siĂŞ do roboty. W tej chwili sytuacja jest chyba bardziej symetryczna. Czasami szala przechyla siĂŞ wrĂŞcz na stronĂŞ teoretykĂłw.

PrzykÂład. Spora grupa niezwykle inteligentnych ludzi juÂż od dziesiÂątkĂłw lat zajmuje siĂŞ teoriÂą strun (ktĂłra opisuje fundamentalne zasady funkcjonowania WszechÂświata, kaÂżÂąc myÂśleĂŚ o jego podstawowych cegieÂłkach, czÂąstkach elementarnych, jak o swoistych tonach wydawanych przez niezwykle maÂłe jednowymiarowe obiekty zwane superstrunami – red.). Szanse jej sprawdzenia doÂświadczalnego sÂą praktycznie rĂłwne zeru. Uczeni tworzÂą przepiĂŞkne, bardzo wyrafinowane matematycznie twory, ktĂłrych byĂŚ moÂże nigdy nie uda siĂŞ zweryfikowaĂŚ.

W bardziej przyziemnych dziedzinach fizyki jest remis. ChoĂŚ bilans zapewne ulegnie zmianie. To efekt, ktĂłry ma niewiele wspĂłlnego z filozofiÂą nauki. WiĂŞkszoÂśĂŚ ludzi na Ziemi mieszka w bardzo biednych rejonach. W Indiach czy Chinach, ktĂłre majÂą spore tradycje edukacji uniwersyteckiej, mieszka wielu inteligentnych ludzi, ktĂłrzy chcieliby zajmowaĂŚ siĂŞ fizykÂą. Tych krajĂłw nie staĂŚ jednak na budowĂŞ laboratoriĂłw i uczeni zwracajÂą siĂŞ ku teorii.

Przyrost liczby teoretykĂłw i wyrafinowanych teorii jest funkcjÂą przyrostu liczby ludnoÂści i uboÂżenia globu?

DokÂładnie tak. A rodzaj harmonii miĂŞdzy doÂświadczalnÂą i teoretycznÂą metodÂą prowadzenia badaĂą jest potrzebny. KaÂżda z nich pozostawiona sama sobie bĂŞdzie siĂŞ degenerowaÂła. Teoretycy bĂŞdÂą dryfowali w kierunku matematyki, a doÂświadczalnicy w kierunku inÂżynierii. A tylko oddziaÂływanie miĂŞdzy jednymi i drugimi tworzy nowÂą jakoÂśĂŚ. Tak siĂŞ skÂłada, Âże czĂŞÂśĂŚ doÂświadczalna jest droga. To zabawa dla bogatych spoÂłeczeĂąstw.

WspomnianÂą teoriĂŞ strun rozumie tylko kilka – a i to informacja niepotwierdzona – osĂłb na Ziemi...

[Âśmiech] Ja do nich nie naleÂżĂŞ.

...i twierdzÂą one, Âże jest to wyjÂątkowo piĂŞkna teoria. ZwykÂło siĂŞ uwaÂżaĂŚ, Âże teoretykĂłw motywuje do pracy zmysÂł estetyczny. Co w takim razie – oprĂłcz solidnego budÂżetu – napĂŞdza fizyka doÂświadczalnego?

To jest dobre pytanie... co jest motorem... Jeden z czynnikĂłw ma charakter sportowy. ProszĂŞ sobie wyobraziĂŚ, Âże sÂą na Âświecie dwa lub trzy laboratoria, ktĂłre zajmujÂą siĂŞ podobnym zagadnieniem. W naturalny sposĂłb pojawi siĂŞ konkurencja miĂŞdzy nimi, zresztÂą bardzo poÂżÂądana. Z drugiej strony dla mnie najwaÂżniejsza jest jednak pewna elegancja eksperymentu. ChciaÂłbym robiĂŚ doÂświadczenia, ktĂłre sÂą proste i waÂżne. To mi siĂŞ nie bardzo udaje, oczywiÂście.

SkÂąd ta oczywistoÂśĂŚ?

Bo to jest strasznie trudne. Trzeba pewnej dozy talentu. DuÂżo pracy.

Czynnik prostoty jest zatem waÂżny, ale zaleÂżny od dziedziny badaĂą. JeÂżeli ktoÂś zajmuje siĂŞ czÂąstkami elementarnymi, jest skazany na olbrzymie miĂŞdzynarodowe urzÂądzenia. Ale w innych naukach, takich, w ktĂłrych pracuje siĂŞ w zespoÂłach trzy- lub piĂŞcioosobowych, moÂżna wykonaĂŚ Âładne doÂświadczenie, wÂłaÂśnie – Âładne doÂświadczenie – takie, ktĂłre coÂś pokaÂże, bĂŞdzie istotne i przy ktĂłrym nie zarobiĂŞ siĂŞ na ÂśmierĂŚ.

Tak, jednak elegancja jest czynnikiem motywujÂącym. ByĂŚ moÂże wspĂłlnym dla wszystkich, ktĂłrzy tworzÂą coÂś nowego, nieistotne, czy to sÂą stroje, czy teorie naukowe.
http://www.polityka.pl/spoleczenstwo/niezbednikinteligenta/193088,1,mechanika-kwantowa-teoria-wbrew-zdrowemu-rozsadkowi.read

PrzyjemnoÂśĂŚ eksperymentu

Po zaplanowaniu eksperymentu fizyk doÂświadczalny przystĂŞpuje do Âżmudnego, nawet wieloletniego procesu przygotowania aparatury, nastĂŞpujÂących po nim testĂłw, poprawek, by potem otrzymaĂŚ nie namacalny wynik, ale ciÂągi liczb, ktĂłre naleÂży dopiero poddaĂŚ interpretacji. Czy w natÂłoku przyziemnych czynnoÂści – fizycznych, w pejoratywnym tego sÂłowa znaczeniu – badacz traci zapaÂł?

[bardzo gÂłĂŞbokie westchniĂŞcie] To jest doÂśĂŚ trudne pytanie. Chyba nie potrafiĂŞ na nie odpowiedzieĂŚ w niczyim innym imieniu niÂż tylko w swoim. Nie ukrywam, Âże czĂŞsto strona techniczna doÂświadczenia jest dla mnie bardziej intrygujÂąca i pasjonujÂąca niÂż interpretacja wynikĂłw. OdkryÂłem ten fakt z pewnym smutkiem jako mÂłody poczÂątkujÂący badacz. DÂługo nie chciaÂłem siĂŞ z nim pogodziĂŚ, uwaÂżajÂąc, Âże jest to pewna uÂłomnoÂśĂŚ. Bo przecieÂż jeÂśli juÂż pracujĂŞ w tym zawodzie, to powinienem zajmowaĂŚ siĂŞ tym, co jest najwaÂżniejsze, co jest istotÂą fizyki, czyli rozwijaniem nowych koncepcji i podbojem nieznanych terytoriĂłw. Ale po okresie kÂłopotĂłw jakoÂś siĂŞ ze sobÂą pogodziÂłem.

Od pewnego czasu prowokujĂŞ kolegĂłw stwierdzeniem, Âże niewaÂżne, co wyjdzie, waÂżne, ÂżebyÂśmy zrobili piĂŞkne doÂświadczenie – na dobrym poziomie technicznym, poprawne; w ktĂłrym uÂżyjemy dobrych metod, a przy okazji skonstruujemy kawaÂłek unikatowej aparatury. To siĂŞ spotyka z rĂłÂżnymi reakcjami. Dlatego lubiĂŞ pracowaĂŚ w zespoÂłach, w ktĂłrych sÂą ludzie przedkÂładajÂący interpretacjĂŞ wynikĂłw nad samo doÂświadczenie.

Bywa, Âże pierwotne zamierzenie ulega rozmyciu?

Czy tracimy z pola widzenia pytanie o cel badaĂą? Czasami tak.

Przygotowanie wiĂŞkszego doÂświadczenia trwa doÂśĂŚ dÂługo. SzczegĂłlnie kiedy brakuje ÂśrodkĂłw finansowych. CzĂŞsto w trakcie przygotowaĂą pojawiajÂą siĂŞ nowe pomysÂły i trzeba zejÂśĂŚ z zaplanowanej ÂścieÂżki. MoÂże siĂŞ teÂż okazaĂŚ, Âże ktoÂś nas juÂż wyprzedziÂł. OczywiÂście, moÂżemy powtĂłrzyĂŚ jego doÂświadczenie i zweryfikowaĂŚ rezultat, ale to juÂż nie jest to samo. To juÂż nie jest ta sama przyjemnoÂśĂŚ.

A prawdziwej przyjemnoÂści dostarcza eksperyment, jak juÂż wspomnieliÂśmy...

...Âładny.

ÂŁadny, czyli jaki?

ProszĂŞ mi pozwoliĂŚ na dygresjĂŞ. Kilka lat temu kilku wydziaÂłom fizyki rozmaitych polskich uczelni i placĂłwkom PAN udaÂło siĂŞ stworzyĂŚ Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej, zakotwiczone przy Uniwersytecie im. MikoÂłaja Kopernika. Zamiast rywalizowaĂŚ o ograniczone Âśrodki finansowe, stworzyliÂśmy konsorcjum.

Mam w Toruniu wÂłasny kÂącik – laboratorium optyki kwantowej czy teÂż szerzej – informatyki kwantowej. Ale to jeszcze by byÂło za maÂło. MuszĂŞ panu powiedzieĂŚ, Âże ja jeszcze mam w Âżyciu szczĂŞÂście. OtĂłÂż udaÂło mi siĂŞ trafiĂŚ na kilku mÂłodych wybitnych ludzi, ktĂłrzy robiÂą tam doÂświadczenia. DoÂświadczenia bardzo fajne.

Jedno z nich byÂło doÂśĂŚ zabawne. ChcieliÂśmy pokazaĂŚ, Âże korzystanie z praw fizyki kwantowej moÂże coÂś istotnego wnieÂśĂŚ do przesyÂłania informacji. ZbudowaliÂśmy ÂźrĂłdÂło emitujÂące pary (dwĂłjki) fotonĂłw. PowstajÂą one w dziwnym stanie, ktĂłry nazywamy splÂątanym. InformacjĂŞ kodowaliÂśmy za pomocÂą stanu polaryzacji ÂświatÂła. UmawialiÂśmy siĂŞ, Âże – na przykÂład – foton spolaryzowany pionowo jest jedynkÂą, a poziomo – zerem. I pytaliÂśmy, czy za poÂśrednictwem par splÂątanych, takich szczegĂłlnych stanĂłw kwantowych, moÂżemy przesyÂłaĂŚ wiĂŞcej informacji, czy teÂż nie. Chce pan zgadywaĂŚ?

Nie Âśmiem.

OdpowiedÂź brzmi: trzy. JesteÂśmy w stanie przysyÂłaĂŚ trzy razy wiĂŞcej informacji w parach, ktĂłre majÂą splÂątanie, niÂż w parach, ktĂłre go nie majÂą. I to jest odpowiedÂź doÂświadczalna. ChoĂŚ nie do koĂąca to wÂłaÂśnie nam wyszÂło – otrzymaliÂśmy 2,8. Ale i tak jest to eleganckie, maÂłe doÂświadczenie. Jestem bardzo z niego zadowolony.