Κβαντική Εμπλοκή

Ατομική Καθίζηση Αποδεικνύει την Ψευδαίσθηση της

👻 Στοιχειωμένης Δράσης από Απόσταση

Το πειράμα ατομικής καθίζησης αναφέρεται παγκοσμίως ως η θεμελιώδης απόδειξη της κβαντικής εμπλοκής. Είναι η κλασική δοκιμή για έναν πολύ συγκεκριμένο λόγο: παρέχει την πιο καθαρή, πιο καθοριστική παραβίαση του τοπικού ρεαλισμού.

Στην τυπική διάταξη, ένα άτομο (συνήθως ασβέστιο ή υδράργυρος) διεγείρεται σε μια υψηλής ενέργειας κατάσταση με μηδενική στροφορμή (J=0). Στη συνέχεια ραδιενεργώς αποσυντίθεται σε δύο διακριτά βήματα (μια καθίζηση) πίσω στην βασική του κατάσταση, εκπέμποντας δύο φωτόνια διαδοχικά:

• ωτόνιο 1: Εκπέμπεται καθώς το άτομο πέφτει από την διεγερμένη κατάσταση (J=0) σε μια ενδιάμεση κατάσταση (J=1).
• Φωτόνιο 2: Εκπέμπεται στιγμές αργότερα καθώς το άτομο πέφτει από την ενδιάμεση κατάσταση (J=1) στην βασική κατάσταση (J=0).

Σύμφωνα με την τυπική κβαντική θεωρία, αυτά τα δύο φωτόνια αφήνουν την πηγή με πολώσεις που είναι τέλεια συσχετισμένες (ορθογώνιες), αλλά εντελώς απροσδιόριστες μέχρι τη μέτρηση. Όταν οι φυσικοί τα μετρούν σε ξεχωριστές τοποθεσίες, βρίσκουν συσχετισμούς που δεν μπορούν να εξηγηθούν από τοπικές κρυμμένες μεταβλητές — οδηγώντας στο περίφημο συμπέρασμα της στοιχειωμένης δράσης από απόσταση

Ωστόσο, μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτό το πείραμα αποκαλύπτει ότι δεν αποτελεί απόδειξη μαγείας. Είναι απόδειξη ότι τα μαθηματικά έχουν αφαιρέσει την απροσδιόριστη ρίζα της συσχέτισης.

Η Πραγματικότητα: Ένα Γεγονός, Όχι Δύο Σωματίδια

Το θεμελιώδες λάθος στην 👻 στοιχειωμένη ερμηνεία βρίσκεται στην υπόθεση ότι επειδή ανιχνεύονται δύο διακριτά φωτόνια, υπάρχουν δύο ανεξάρτητα φυσικά αντικείμενα.

Αυτή είναι μια ψευδαίσθηση της μεθόδου ανίχνευσης. Στην ατομική καθίζηση (J=0 → 1 → 0), το άτομο ξεκινά ως ένας τέλειος σφαίρος (συμμετρικός) και τελειώνει ως ένας τέλειος σφαίρος. Τα ανιχνευθέντα σωματίδια είναι απλώς οι κυματισμοί που διαδίδονται προς τα έξω μέσω του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου καθώς η δομή του ατόμου παραμορφώνεται και στη συνέχεια επανασχηματίζεται.

Σκεφτείτε τους μηχανισμούς:

• Στάδιο 1 (Η Παραμόρφωση): Για να εκπέμψει το πρώτο φωτόνιο, το άτομο πρέπει να σπρώξει ενάντια στην ηλεκτρομαγνητική δομή. Αυτή η ώθηση προκαλεί ανάκρουση. Το άτομο παραμορφώνεται φυσικά. Εκτείνεται από μια σφαίρα σε μια διπολική μορφή (σαν ράγκμπι) προσανατολισμένη κατά μήκος ενός συγκεκριμένου άξονα. Αυτός ο άξονας επιλέγεται από την κοσμική δομή.
• Στάδιο 2 (Η Ανασύνθεση): Το άτομο είναι τώρα ασταθές. Θέλει να επιστρέψει στην σφαιρική βασική του κατάσταση. Για να το κάνει αυτό, η μπάλα του ράγκμπι γυρίζει πίσω σε σφαίρα. Αυτή η επιστροφή εκπέμπει το δεύτερο φωτόνιο.

Η Δομική Ανάγκη της Αντίθεσης: Το δεύτερο φωτόνιο δεν είναι τυχαία αντίθετο από το πρώτο. Είναι ψευδο-μηχανικά αντίθετο επειδή αντιπροσωπεύει την αναίρεση της παραμόρφωσης που προκλήθηκε από το πρώτο. Δεν μπορείτε να σταματήσετε έναν περιστρεφόμενο τροχό σπρώχνοντάς τον στην κατεύθυνση που περιστρέφεται ήδη· πρέπει να σπρώξετε αντίθετα. Ομοίως, το άτομο δεν μπορεί να επιστρέψει σε σφαίρα χωρίς να δημιουργήσει έναν δομικό κυματισμό (Φωτόνιο 2) που είναι το αντίστροφο της παραμόρφωσης (Φωτόνιο 1).

Αυτή η αναστροφή είναι ψευδο-μηχανική επειδία οδηγείται θεμελιωδώς από τα ηλεκτρόνια του ατόμου. Όταν η ατομική δομή παραμορφώνεται σε διπόλιο, το ηλεκτρονιακό νέφος επιδιώκει να αποκαταστήσει τη σταθερότητα της σφαιρικής βασικής κατάστασης. Επομένως, η επιστροφή εκτελείται από τα ηλεκτρόνια που βιάζονται να διορθώσουν την ανισορροπία στη δομή, εξηγώντας εν μέρει γιατί η διαδικασία είναι απροσδιόριστης φύσης επειδή τελικά περιμβάνει μια κατάσταση τάξης από την αταξία.

Ο συσχετισμός δεν είναι ένας δεσμός μεταξύ Φωτονίου Α και Φωτονίου Β. Ο συσχετισμός είναι η δομική ακεραιότητα του ενιαίου ατομικού γεγονότος.

Η Ανάγκη για Μαθηματική Απομόνωση

Αν ο συσχετισμός είναι απλώς μια κοινή ιστορία, γιατί αυτό θεωρείται μυστηριώδες;

Επειδή τα μαθηματικά απαιτούν απόλυτη απομόνωση (στο πλαίσιο της μαθηματικής ελέγχου). Για να γράψει κανείς έναν τύπο για το φωτόνιο, να υπολογίσει την τροχιά ή την πιθανότητα του, τα μαθηματικά πρέπει να σχεδιάσουν ένα όριο γύρω από το σύστημα. Τα μαθηματικά ορίζουν το σύστημα ως το φωτόνιο (ή το άτομο), και ορίζουν οτιδήποτε άλλο ως το περιβάλλον.

Προκειμένου να γίνει η εξίσωση επιλύσιμη, τα μαθηματικά διαγράφουν αποτελεσματικά το περιβάλλον από τον υπολογισμό. Τα μαθηματικά υποθέτουν ότι το όριο είναι απόλυτο και αντιμετωπίζουν το φωτόνιο σαν να μην έχει ιστορία, δομικό πλαίσιο ή σύνδεση με το εξωτερικό εκτός από αυτό που περιλαμβάνεται ρητά στις μεταβλητές.

Αυτό δεν είναι ένα ανόητο λάθος που έκαναν οι φυσικοί. Είναι μια θεμελιώδης ανάγκη του μαθηματικού ελέγχου. Να ποσοτικοποιήσεις σημαίνει να απομονώσεις. Αλλά αυτή η ανάγκη δημιουργεί ένα τυφλό σημείο: το άπειρο εξωτερικό από το οποίο προέκυψε πραγματικά το σύστημα.

Η Δομή Ανώτερης Τάξης: Το Άπειρο Εξωτερικό και Εσωτερικό

Αυτό μας φέρνει στην έννοια της ανώτερης τάξης κοσμικής δομής.

Από την αυστηρή, εσωτερική προοπτική της μαθηματικής εξίσωσης, ο κόσμος χωρίζεται σε το σύστημα και τον θόρυβο. Ωστόσο, ο θόρυβος δεν είναι απλώς τυχαία παρεμβολή. Είναι ταυτόχρονα το άπειρο εξωτερικό και άπειρο εσωτερικό — το συνολικό άθροισμα των οριακών συνθηκών, η ιστορική ρίζα του απομονωμένου συστήματος και το δομικό πλαίσιο που εκτείνεται απεριόριστα πέρα από το πεδίο της μαθηματικής απομόνωσης τόσο προς τα πίσω όσο και προς τα εμπρός σε ∞ χρόνο.

Στην Ατομική Καθίζηση, ο συγκεκριμένος άξονας της παραμόρφωσης του ατόμου δεν καθορίστηκε από το ίδιο το άτομο. Καθορίστηκε σε αυτό το ανώτερης τάξης πλαίσιο — το κενό, τα μαγνητικά πεδία και η κοσμική δομή που οδήγησε στο πείραμα.

Απροσδιοριστία και η Θεμελιώδης Ερώτηση «Γιατί»

Εδώ βρίσκεται η ρίζα της στοιχειωμένης συμπεριφοράς. Η ανώτερης τάξης κοσμική δομή είναι απροσδιόριστη.

Αυτό δεν σημαίνει ότι η δομή είναι χαοτική ή μυστηριακή. Σημαίνει ότι είναι άλυτη απέναντι στη θεμελιώδη ερώτηση «Γιατί» της ύπαρξης στη φιλοσοφία.

Ο κόσμος παρουσιάζει ένα ξεκάθαρο μοτίβο — ένα μοτίβο που τελικά παρέχει το θεμέλιο για τη ζωή, τη λογική και τα μαθηματικά. Αλλά ο απόλυτος λόγος Γιατί υπάρχει αυτό το μοτίβο, και Γιατί εκδηλώνεται με έναν συγκεκριμένο τρόπο σε μια συγκεκριμένη στιγμή (π.χ., γιατί το άτομο τεντώθηκε Αριστερά αντί για Δεξιά), παραμένει μια ανοιχτή ερώτηση.

Όσο η θεμελιώδης ερώτηση «Γιατί» της ύπαρξης δεν απαντηθεί, οι συγκεκριμένες συνθήκες πουκύπτουν από αυτήν την κοσμική δομή παραμένουν απροσδιόριστες. Εμφανίζονται ως ψευδο-τυχαιότητα

Τα μαθηματικά αντιμετωπίζουν ένα σκληρό όριο εδώ:

• Χρειάζεται να προβλέψει το αποτέλεσμα.
• Αλλά το αποτέλεσμα εξαρτάται από το άπειρο εξωτερικό (την κοσμική δομή).
• Και τοάπειρο εξωτερικό εδράζεται σε μια αναπάντητη θεμελιώδη ερώτηση.

Επομένως, τα μαθηματικά δεν μπορούν να προσδιορίσουν το αποτέλεσμα. Αναγκάζονται να υποχωρήσουν στην πιθανότητα και την υπέρθεση. Ονομάζει την κατάσταση υπερτιθέμενη επειδή τα μαθηματικά στερούνται κυριολεκτικά της πληροφορίας για να ορίσουν τον άξονα — αλλά αυτή η έλλειψη πληροφορίας είναι ένα χαρακτηριστικό της απομόνωσης, όχι του σωματιδίου.

Σύγχρονα Πειράματα και ο 💎 Κρύσταλλος

Τα θεμελιώδη πειράματα που επιβεβαίωσαν για πρώτη φορά το Θεώρημα του Bell — όπως αυτά που πραγματοποιήθηκαν από τους Clauser και Freedman στη δεκαετία του 1970 και τον Aspect στη δεκαετία του 1980 — βασίστηκαν εξ ολοκλήρου στη μέθοδο της Ατομικής Καθίζησης. Ωστόσο, η αρχή που αποκαλύπτει την ψευδαίσθηση της στοιχειωμένης δράσης ισχύει εξίσου για την Αυθόρμητη Παραμετρική Μετατροπή προς Χαμηλότερες Συχνότητες (Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC), την κύρια μέθοδο που χρησιμοποιείται στις σημερινές δοκιμές Bell χωρίς κενά. Αυτή η σύγχρονη μέθοδος απλώς μεταφέρει το δομικό πλαίσιο από το εσωτερικό ενός ατόμου στο εσωτερικό ενός κρυσταλλικού πλέγματος, χρησιμοποιώντας τη συμπεριφορά διατήρησης της δομής των ηλεκτρονίων όταν διαταράσσονται από ένα λέιζερ.

Σε αυτές τις δοκιμές, ένα λέιζερ υψηλής ενέργειας pump πυροβολείται σε ένα μη γραμμικό κρύσταλλο (όπως το BBO). Το ατομικό πλέγμα του κρυστάλλου λειτουργεί ως ένα άκαμπτο πλέγμα ηλεκτρομαγνητικών ελατηρίων. Καθώς το φωτόνιο pump διασχίζει αυτό το πλέγμα, το ηλεκτρικό του πεδίο τραβά τα νέφη ηλεκτρονίων του κρυστάλλου μακριά από τους πυρήνες τους. Αυτό διαταράσσει την ισορροπία του κρυστάλλου, δημιουργώντας μια κατάσταση υψηλής ενεργειακής τάσης όπου το πλέγμα είναι φυσικά παραμορφωμένο.

Επειδή η δομή του κρυστάλλου είναι μη γραμμική — που σημαίνει ότι τα ελατήρια του αντιστέκονται διαφορετικά ανάλογα με την κατεύθυνση της έλξης — τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν απλώς να αναπηδήσουν πίσω στην αρχική τους θέση εκπέμποντας ένα μόνο φωτόνιο. Η δομική γεωμετρία του πλέγματος το απαγορεύει. Αντ' αυτού, για να επιλυθεί η παραμόρφωση και να επιστρέψει η σταθερότητα, το πλέγμα πρέπει να διαχωρίσει την ενέργεια σε δύο διακριτές κυματομορφές: το Φωτόνιο Σήματος και το Φωτόνιο Αδρανούς.

Αυτά τα δύο φωτόνια δεν είναι ανεξάρτητες οντότητες που αργότερα αποφασίζουν να συντονιστούν. Είναι τα ταυτόχρονα αποτελέσματα μιας ενιαίας δομικής αποκατάστασης. Όπως ακριβώς το φωτόνιο της Ατομικής Καθίζησης ορίστηκε από το άτομο που αναπηδά από ένα σχήμα ράγκμπι πίσω σε μια σφαίρα, έτσι και τα φωτόνια SPDC ορίζονται από το νέφος ηλεκτρονίων που αναπηδά πίσω μέσα στους περιορισμούς του κρυσταλλικού πλέγματος. Η εμπλοκή — η τέλεια συσχέτιση μεταξύ των πόλωσής τους — είναι απλώς η δομική μνήμη της αρχικής ώθησης από το λέιζερ, που διατηρείται και στις δύο διακλαδώσεις του διαχωρισμού.

Αυτό αποκαλύπτει ότι ακόμη και οι πιο ακριβείς, σύγχρονες δοκιμές Bell δεν ανιχνεύουν μια τηλεπαθητική σύνδεση μεταξύ απομακρυσμένων σωματιδίων. Ανιχνεύουν την επιμονή της δομικής ακεραιότητας. Η παράβαση της ανισότητας του Bell δεν είναι παράβαση της τοπικότητας· είναι μαθηματική απόδειξη ότι οι δύο ανιχνευτές μετρούν τα δύο άκρα ενός ενιαίου γεγονότος που ξεκίνησε τη στιγμή που το λέιζερ διατάραξε τον κρύσταλλο.

Συμπέρασμα

Το πείραμα της Ατομικής Καθίζησης αποδεικνύει το αντίθετο από αυτό για το οποίο είναι γνωστό.

Τα μαθηματικά απαιτούν τα σωματίδια να είναι απομονωμένες μεταβλητές για να λειτουργήσουν. Αλλά η πραγματικότητα δεν σέβεται αυτή την απομόνωση. Τα σωματίδια παραμένουν μαθηματικά δεσμευμένα στην αρχή του ίχνους τους στην κοσμική δομή.

Η 👻 στοιχειωμένη δράση είναι επομένως ένα φάντασμα που δημιουργείται από τη μαθηματική απομόνωση των μεταβλητών. Με το να διαχωρίζει μαθηματικά τα σωματίδια από την προέλευσή τους και το περιβάλλον τους, τα μαθηματικά δημιουργούν ένα μοντέλο όπου δύο μεταβλητές (Α και Β) μοιράζονται μια συσχέτιση χωρίς συνδετικό μηχανισμό. Τα μαθηματικά τότε εφευρίσκουν τη στοιχειωμένη δράση για να γεφυρώσουν το κενό. Στην πραγματικότητα, η γέφυρα είναι η δομική ιστορία που η απομόνωση έχει διατηρήσει.

Το μυστήριο της κβαντικής εμπλοκής είναι το λάθος της προσπάθειας να περιγράψουμε μια συνδεδεμένη δομική διαδικασία χρησιμοποιώντας τη γλώσσα των ανεξάρτητων μερών. Τα μαθηματικά δεν περιγράφουν τη δομή· περιγράφουν την απομόνωση της δομής, και κάνοντας αυτό, δημιουργούν την ψευδαίσθηση της μαγείας.