W świecie cząstek elementarnych, popularnie zwanych kwantami, obowiązują prawa tzw. mechaniki kwantowej będącej zapewne jednym z największych osiągnięć naukowych ludzkości.
Jej geneza sięga przełomu XIX i XX wieku kiedy fizyków dręczył tzw. „problem promieniowania ciała doskonale czarnego”. Chodziło o to, że ilość energii wypromieniowanej przez ciało stałe w poszczególnych obszarach widma wynikająca z klasycznej termodynamiki nie zgadzała się z obserwacjami eksperymentalnymi. W roku 1900 Max Planck zaproponował wyjaśnienie oparte na założeniu, że energia nie jest emitowana w sposób ciągły lecz określonymi porcjami (kwantami).
Chwilę później (a dokładniej w roku 1905) namieszał swoim artykułem o powstawaniu i przemianie światła młodziutki pracownik szwajcarskiego urzędu patentowego w Bernie - Albert Einstein. Wyjaśnił on w tym artykule tzw. efekt fotoelektryczny. Efekt fotoelektryczny polega na tym, że światło padając na niektóre metale powoduje ich dodatnie naładowanie elektryczne poprzez wybijanie elektronów (co jest np. wykorzystywane w matrycach aparatów cyfrowych). Problemem, który niepokoił fizyków, był fakt, że prędkość wybijanych elektronów nie zależy od natężenia światła a tak powinno być jeżeli światło byłoby falą. Einstein zaproponował następujące rozwiązanie: elektrony są wybijane z atomów metalu tylko wtedy gdy długość fali (a nie natężenie) jest właściwa, energia jaką przenosi światło jest więc proporcjonalna do częstości fali a zatem ma ono kwantową naturę. Za to Einstein otrzymał później nagrodę Nobla (nie za teorię względności).
I tak się zaczęło.
Później swój wkład dorzucili m.in. następujący nobliści:
- Werner Heisenberg (podwaliny pod mechanikę kwantową, zasada nieoznaczoności),
- Ernest Rutherford (odkrycie struktury atomu – istnienie jądra atomowego, badania nad rozpadem pierwiastków, przekształcenie atomów azotu w atomy tlenu),
- Erwin Schrödinger (funkcja falowa),
- Max Born (urodzony we Wrocławiu!, interpretacja funkcji falowej),
- Niels Bohr (opracowanie struktury atomu i podstaw mechaniki kwantowej).
Świat kwantów różni się dość znacznie od naszego.
Niektóre z zasad w nim obowiązujących zakrawają na absurd, niektóre są nie do zrozumienia a niektóre nie do przyjęcia.
Sam nie wiem od czego zacząć.
Może standardowo czyli od dualizmu falowo-korpuskularnego. O tym uczyliśmy się w szkole.
Dualizm falowo-korpuskularny
Polega on na tym, że cząstka elementarna np. foton czy elektron w pewnych sytuacjach może zachowywać się jak cząstka (np. można precyzyjnie określić jej położenie) a w niektórych jak fala (tzn. może przebywać w wielu miejscach jednocześnie i interferować czyli oddziaływać sam ze sobą).
Cząsteczkowa natura cząsteczek jest dla nas czymś naturalnym, sami mamy taką naturę:-).
Trudniejsza do przyswojenia jest natura falowa cząstek elementarnych. Najlepiej widać ją w eksperymencie, w którym strzela się fotonami do tarczy, w której jest szpara. Na ekranie ustawionym za tarczą pojawia się wzór odzwierciedlający tę szparę. Jeżeli jednak szpary są dwie to na zdrowy chłopski rozum na ekranie powinien pojawić się wzór odzwierciedlający te dwie szpary. Okazuje się jednak, że wzór jest zupełnie inny a odzwierciedla on falową naturę kwantów, co wynika z tego, że wierzchołki fal przechodzących przez szpary sumują się i powstaje większy wierzchołek (jaśniejsze miejsce na ekranie), szczyt fali z jednej szpary łączy się dołkiem z drugiej i efekt zeruje się itd. itd.
Bardzo fajna wizualizacja tego eksperymentu (animowana) znajduje się tutaj:
Filmik niestety jest po angielsku.
Powiedzmy, że nie jest niczym nadzwyczajnym, że fotony czy elektrony interferują ze sobą i tworzą jakieś wzory. Jednak prawdziwą ciekawostką jest, że wzór interferencyjny pojawia się również jeżeli strzeli się pojedynczym kwantem. Tutaj dopiero przejawia się natura falowa. Kwant przechodzi przez obie szpary jednocześnie i interferuje sam ze sobą.
To zresztą nie koniec ciekawostek.
Jeżeli spróbuje się zaobserwować, którą szparą „faktycznie” przeleciał taki foton czy elektron to okazuje się, że wzór interferencyjny znika a kwant przelatuje tylko jedną szparą. Innymi słowy kwant „widzi”, że jest obserwowany z zewnątrz i wówczas zachowuje się jak cząstka. Jeżeli nie jest obserwowany zachowuje się jak fala. Oczywiście stwierdzenie „kwant widzi” to duże uproszczenie, faktycznie chodzi o to, że sam proces obserwacji zaburza stan kwantu.
Uprzedzałem, że niektóre zachowania w świecie kwantów są nie do przyjęcia. No więc teraz do takiego właśnie dochodzimy. To, że kwant przechodzi przez obie szpary jednocześnie to dopiero mały pikuś. Wg mechaniki kwantowej on nie tylko przeszedł przez obie szpary, on jednocześnie przebył wszystkie możliwe drogi od działa do ekranu, jedna prowadziła przez Wrocław, inna przez Księżyc, inna przez centrum Drogi Mlecznej a inne przez sąsiednie galaktyki itd. Wszystkie te drogi zostały przebyte jednak z nieskończenie małymi prawdopodobieństwami. Wszystkie możliwe drogi ze swoimi prawdopodobieństwami dają wkład w końcową trajektorię. Tak mówi mechanika kwantowa i to jest chyba miejsce gdzie zasady świata kwantów kłócą się najsilniej z naszym postrzeganiem świata.
Generalnie można stwierdzić, że np. taki elektron bardziej niż maleńką kulkę przypomina chmurę rozmytą wokół jądra atomowego.
A wiąże się z tym ściśle tzw. funkcja falowa.
Kolaps, funkcja falowa i kot Schrödingera
Dopóki nie próbuje się zmierzyć faktycznego położenia kwantu mówi się jedynie o prawdopodobieństwie znalezienia kwantu w danym położeniu. Tzw. równanie Schrödingera opisuje ewolucję układu kwantowego w czasie. Różne potencjalne położenia wnoszą z różnym prawdopodobieństwem wkład w faktyczne położenie lub trajektorię cząstki - mówi się o tzw. superpozycji stanów kwantowych. Dopiero próba dokonania pomiaru położenia powoduje tzw. kolaps funkcji kwantowej - cząstka "decyduje się" w którym miejscu przebywa. Dotyczy to również innych niż położenie cech stanu kwantowego cząstki (np. spinu).
Wiąże się z tym ciekawy eksperyment myślowy zaproponowany przez samego Schrödingera. Załóżmy, że w zamkniętym pojemniku mamy kota, źródło emitujące z 50% prawdopodobieństwem jedną cząstkę promieniowania na godzinę i detektor promieniowania. Do detektora podłączony jest pojemnik z trucizną, która zostanie uwolniona jeżeli detektor wykryje promieniowanie. Wydawało by się, że po godzinie z 50% prawdopodobieństwem kot jest martwy i z 50% prawdopodobieństwem żywy. Jednak do momentu faktycznej obserwacji a więc przed kolapsem funkcji falowej istnieje kwantowa superpozycja stanów (jeden stan - cząstka promieniowania została wyemitowana, drugi stan - nie została wyemitowana) i obie te te rzeczywistości współistnieją równolegle i równocześnie. Przekładając to wprost na skalę makroskopową oznaczałoby to, że kot jest jednocześnie żywy i jednocześnie martwy. Dopiero próba dokonania faktycznej obserwacji kota spowoduje kolaps funkcji falowej, kwant "zdecyduje się" czy został wyemitowany w postaci promieniowania czy nie i kot będzie albo żywy albo martwy.
Kolejny ciekawy temat to tzw. tunelowanie kwantowe.
Tunelowanie
Jeśli rzucę małym kamykiem w szybę sąsiada to nic się nie stanie. Jeżeli rzucę porządnym kamieniem to szybę szlag trafi i dalszy ciąg zdarzeń będzie zależał od tego czy ktoś mnie widział czy nie.
W przypadku cząstek elementarnych zdarza się, że rzucony kamyk przejdzie przez szybę i nie zostawi na niej śladu. Odpowiednikiem kamyka byłaby oczywiście cząstka elementarna a szyby jakaś bariera, której cząstka nie ma prawa pokonać.
Nie ma prawa pokonać bo nie ma odpowiedniej energii. Jednak okazuje się, że cząsteczka może pożyczyć energię od otoczenia (w zasadzie od próżni) pod warunkiem, że ją szybko zwróci. Im większa pożyczka tym szybciej musi być zwrócona. Ta pożyczka pozwala na dokonanie przeskoku przez barierę nie do pokonania. Efekt ten to nie jakieś hipotetyczne zjawisko niepotwierdzone eksperymentalnie. Jest nawet wykorzystywany w konkretnych urządzeniach, np. w mikroskopie skaningowym:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Skaningowy_mikroskop_tunelowy
W książce „Przestrzeń czasu zerowego” Nimtz i Haibel prezentują wyniki najnowszych doświadczeń związanych z tunelowaniem a w szczególności z pomiarem czasu tunelowania. Okazuje się, że przeskok cząsteczki przez barierę jest dokonywany natychmiastowo tj. bez straty czasu co oznaczałoby, że prędkość osiągana przez cząstkę jest nie tylko wyższa od prędkości światła, ale wręcz jest nieskończona.
W jednym miejscu cząstka znika i pojawia się w innym. Może zresztą to już wcale nie jest ta sama cząstka, przecież są one nieodróżnialne.
Rozszczepienie i fuzja
Wszyscy wiemy na czym polega rozszczepienie jąder atomowych. W wyniku uderzenia w jądro atomowe np. neutronem powstają dwa jądra innych pierwiastków, których suma mas jest mniejsza od masy jądra rozbijanego. Różnica jest emitowana w postaci neutronów - wyzwala się potężna energia. Energia jest potężna bo z małej masy można otrzymać bardzo dużą energię - pamiętamy E=mc2 (c podniesione do kwadratu to całkiem spora liczba). Na tej zasadzie działają np. elektrownie atomowe.
Jednak o wiele bardziej efektywnym pod względem energetycznym procesem jest fuzja (synteza) a więc łączenie jąder. Ilość energii emitowana podczas syntezy jest znacznie większa niż podczas rozszczepienia. Synteza jest źródłem promieniowania gwiazd. Najpierw atomy wodoru przekształcane są w atomy helu, potem poprzez węgiel aż do żelaza, które posiada najbardziej stabilne jądro (dalsze przekształcanie żelaza wymagałoby zbyt wielkich energii). Synteza może też być wykorzystywana w bombie. Bomba wodorowa (nieporównywalnie bardziej niszczycielska od "zwykłej" bomby atomowej tj. opartej o rozszczepienie) może teoretycznie mieć nieograniczoną moc. Na razie nie jesteśmy w stanie wykorzystywać syntezy do kontrolowanej produkcji energii ponieważ w technologiach, którymi dysponujemy wkład energii niezbędny do scalania jąder jest większy od energii otrzymywanej - tzn. jesteśmy w stanie uzyskiwać energię z fuzji (np. w rosyjskim tokamaku), ale wciąż wkładamy więcej niż wyjmujemy.
Rozbijanie atomów i boska cząstka
W 2012 roku naukowcy pracujący w LHC (Large Hadron Collider, Wielki Zderzacz Hadronów) ogłosili odkrycie tzw. boskiej cząstki, czyli bozonu Higgsa.
Po co w ogóle rozbijać cząstki i czemu potrzebne są coraz większe energie?
Świetnie jest to wyjaśnione w „Boskiej Cząstce” autorstwa Leona Ledermana (laureata Nobla i wieloletniego szefa Fermilabu, amerykańskiego zderzacza cząstek) oraz Dicka Teresiego.
Najkrócej jak się da:
Jądra atomowego nie da się po prostu obejrzeć i sprawdzić naocznie czy ma strukturę jednolitą czy może jest posklejane z mniejszych kawałków. Aby to sprawdzić naukowcy uderzają w jądro atomowe czymś „twardym” i szybkim i liczą, że jeśli jest ono posklejane z mniejszych elementów to rozleci się a oni zaobserwują „szczątki”. Jak pisze Lederman „w zasadzie nie wiemy nic o samym zderzeniu, wiemy tylko co zderzamy i co pozostało po zderzeniu”.
Problem polega na tym, że „kawałki”, z których zbudowane są jądra atomowe są powiązane ogromnymi siłami. Aby je rozbić trzeba użyć obiektów o bardzo dużej prędkości co wymaga bardzo dużej energii. Coraz większa energia pozwala rozbić elementy, z których zbudowane są kawałki materii na coraz niższym poziomie.
A tych poziomów i tych „kawałków” jest od groma (elektrony, kwarki górny i dolny, neutrina, miony, piony, kaony, kwarki powabne i dziwne, szczytowe i denne :-):
http://pl.wikipedia.org/wiki/Model_Standardowy
Natomiast bozon Higgsa, nazywany boską cząstką, jest hipotetyczną cząstką, która nadaje innym cząstkom masę. A nazwę „boska cząstka” wymyślił zresztą sam Lederman szukając tytułu do swojej książki. Jak pisze „wydawca nie zaakceptowałby tytułu „Diabelska cząstka„” a to określenie byłoby bardziej adekwatne zważywszy na to jak skutecznie bozon Higgsa wymyka się naukowcom.
Przy okazji warto wspomnieć jak w ogóle odkryto jądro atomowe. W 1909 roku pod nadzorem Ernesta Rutherforda prowadzone były eksperymenty, w których ostrzeliwano cienką złotą folię cząstkami alfa. W zasadzie cząstki alfa (którymi były atomy helu pozbawione elektronów) powinny przechodzić przez tę folię jak patyk przez wodę ewentualnie tylko lekko odchylając się. A okazało się, że średnio jedna na 8000 cząstek alfa zamiast przejść przez folię odbijała się od niej. W oparciu o te wyniki Rutherford sformułował teorię, wg. której atom jest w zasadzie pusty natomiast wewnątrz znajduje się niezwykle małe, twarde i masywne centrum - jądro.
A jak już wspomniałem o „Boskiej Cząstce” Ledermana i Teresiego to najbardziej utkwiła mi w pamięci taka oto anegdota.
Pewnego razu Lederman jechał gdzieś koleją i tak się złożyło, że tym samym wagonem jechała grupa podopiecznych zakładu psychiatrycznego z opiekunką, która zaczęła ich liczyć. Kiedy doszła do Ledermana spytała:
-A ty kim jesteś?
On na to:
-Nazywam się Leon Lederman. Jestem laureatem Nagrody Nobla i dyrektorem Fermilabu.
- „Tak, tak” pokiwała opiekunka i ze smutną miną kontynuowała:
- Dobrze, cztery, pięć, sześć...
Splątanie
Splątanie kwantowe, nazwane przez Einsteina „diabelskim (lub upiornym, w zależności od źródła) oddziaływaniem”, polega na tym, że dwie (lub więcej) cząstki elementarne (np. fotony) mogą utworzyć układ, w którym pewne cechy cząstek (np. spin) będą ze sobą ściśle powiązane. Pomiar takiej cechy na jednej cząstce powoduje, że druga cząstka natychmiast dostosowuje odpowiednio swój stan tej cechy. W pewnym sensie druga cząstka dowiaduje się natychmiast (dosłownie natychmiast) o tym, że ma się dostosować do stanu pierwszej cząstki i dzieje się tak niezależnie od tego jak daleko od siebie są cząstki - mogą np. znajdować się w innych galaktykach.
Jak to możliwe, że jedna cząstka dowiaduje się o tym, że coś stało się z drugą niezależnie od dzielącej je odległości?
Bodajże Lawrence Krauss w "Tajemnicach Kosmosu" wyjaśnia, że te dwie cząstki osobnymi tworami są jedynie z naszego makroskopowego punktu widzenia, natomiast z punktu widzenia kwantowego są nadal jednym bytem.
Ta natychmiastowa komunikacja między splątanymi kwantami odbywa się z prędkością znacznie przekraczającą prędkość światła bo z prędkością nieskończoną. Jednak nie narusza to teorii względności bo nie można w ten sposób przesłać żadnej informacji a tym samym zakłócić związku przyczynowo-skutkowego.
Czas na poziomie kwantów
Jeżeli atomowa teoria czasu, którą przedstawiłem w poprzedniej części cyklu, ma coś wspólnego z rzeczywistością (a przypomnę, że wg. niej czas to tylko makroskopowe skutki drgań atomów) to na poziomie atomów czas praktycznie nie powinien istnieć. Bo jak atom miałby wznieść się na poziom makroskopowy i zaobserwować upływ czasu?
To czy na poziomie kwantowym czas w ogóle płynie (cokolwiek to znaczy) nie jest chyba jeszcze przesądzone.
Wydaje się jednak, że czas po zejściu na poziom kwantów zachowuje się trochę inaczej niż nasz czas makroskopowy.
W tym miejscu warto opisać niezwykle ciekawy eksperyment, który wykorzystuje zarówno splątanie kwantowe, tunelowanie jak i falową naturę kwantów i prowadzi do pewnych wniosków trudnych do zaakceptowania z naszego, tj. makroskopowego, punktu widzenia.
Eksperyment jest nazywany „kwantowym wymazywaczem opóźnionego wyboru” (w skrócie „kwantowy modyfikator przeszłości”) i trzeba przyznać, że ta nazwa bardzo dobrze oddaje charakter eksperymentu.
W najprostszej wersji i w skrócie polega on na tym, że strzela się dwoma splątanymi kwantowo fotonami, które lecą w różne strony. Następnie oba odbijają się od zwierciadeł tak, aby znowu spotkały się w jednym miejscu - na lustrze półprzepuszczalnym, które wykorzystując efekt tunelowania jeden foton odbija a drugiemu pozwala przetunelować. Który foton będzie odbity a który przetuneluje jest kwestią losową z prawdopodobieństwem 50%. Efekt jest jednak taki, że od tego miejsca oba fotony lecą już wspólną drogą, jedną z dwóch możliwych (w zależności od tego, który foton przetunelował a który został odbity). Na końcu obu możliwych dróg są detektory, które rejestrują przejście fotonów i pozwalają stwierdzić, którą drogą one przyleciały. Ponieważ fotony mają różne możliwe/potencjalne drogi do przebycia, wnoszą one swój wkład w końcową trajektorię. Wzór interferencyjny wynikający z falowej natury kwantów pokaże się przy strzelaniu seriami podwójnych fotonów.
W następnym etapie oznakowuje się jeden z fotonów skręcając jego polaryzację jeszcze przed odbiciem od zwierciadła. Wówczas wzór interferencyjny w detektorach znika i dokładnie wiadomo, który foton przeleciał którą drogą.
A gdzie pojawia się „modyfikacja przeszłości”?
W ostatnim etapie polegającym na zamontowaniu przed detektorami polaryzatorów, które powodują, że polaryzacja fotonu oznakowanego zostanie „odkręcona”, więc nie będzie on już oznakowany i tym samym nie będzie wiadomo, który foton przeleciał którą drogą. Okazuje się, że wzór interferencyjny znowu się pojawia.
Tylko, że fotony tworząc wzór interferencyjny musiały z góry wiedzieć, że na końcu drogi będą polaryzatory. To tak jakby ustawiając na ich drodze końcowe polaryzatory modyfikowało się ich wcześniejsze zachowanie, które już się dokonało, a tym samym następuje modyfikacja przeszłości.
Szczegółowy opis pełnej wersji eksperymentu znajduje się tutaj:
http://en.wikipedia.org/wiki/Delayed_choice_quantum_eraser
Podsumowując oddajmy głos Daviesowi („Czas. Niedokończona rewolucja Einsteina”):
„Czas zniknął w dymie kwantowej nieokreśloności, podobnie jak inne precyzyjne pojęcia – położenie i trajektoria ruchu cząstek – znikają w konwencjonalnej mechanice kwantowej. Kosmologia kwantowa wyeliminowała czas równie skutecznie jak usunęła odmienne stany świadomości mistyka. Pojęcie to jest po prostu pozbawione znaczenia dla typowego stanu kwantowego w tej teorii.”
Komputer kwantowy
Coraz częściej w prasie słyszy się, że nadchodzi kres możliwości obecnych mikroprocesorów a to dlatego, że dalsze zagęszczanie obwodów elektronicznych doprowadzi nieuchronnie do występowania niekontrolowanego tunelowania a więc przeskoków elektronów z jednych obwodów na sąsiednie. Jednak powoli, ale nieuchronnie nadchodzi też epoka nowego rodzaju komputerów - opartych nie na bitach, ale na qubitach. Wiemy, że podstawowa jednostka informacji, pojedynczy bit, może przyjmować wartość 0 lub 1. Jeżeli informacja ta byłaby jednak przechowywana jako stan kwantowy atomu (qubit) to kwantowa superpozycja stanów atomu spowoduje, że będzie on mógł być mieszaniną 0 i 1 a więc zawierać znacznie więcej informacji. Zespół atomów powiązanych jednocześnie dostosowujących swoje stany będzie pozwalał na wykonywanie operacji z niewiarygodną szybkością.
Spekuluje się, że komputer kwantowy niektóre obliczenia wykona miliardy razy szybciej niż komputer tradycyjny.
Teleportacja
Jak wszyscy wiemy teleportacja polega na natychmiastowym (lub bardziej realnie z prędkością światła) przeniesieniu jakiegoś obiektu z jednego miejsca do innego. Miałaby ona polegać na analizie budowy obiektu i przesłaniu jedynie informacji o jego budowie do miejsca przeznaczenia gdzie obiekt byłby budowany na nowo z materiałów dostępnych na miejscu. Na razie teleportacja funkcjonuje jedynie w filmach i książkach S-F.
Co jakiś czas w mediach pojawiają się jedynie doniesienia o faktycznej teleportacji pojedynczych kwantów a konkretnie fotonów.
Mogłoby się wydawać, że szczegółowa analiza budowy obiektu i odtworzenie go z innych atomów wg otrzymanej recepty jest tylko problemem inżynierskim i silnie zaawansowana cywilizacja będzie w stanie robić to rutynowo, a więc jest to tylko kwestia czasu kiedy my też tę umiejętność opanujemy.
Niestety, istnieje pewne prawo fizyczne, które być może całkowicie blokuje taką możliwość a jest to zasada nieoznaczoności Heisenberga.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Zasada_nieoznaczono%C5%9Bci
Mówi ona, że nie można zmierzyć wszystkich cech układu kwantowego z dowolną dokładnością. W szczególności nie da się ustalić jednocześnie położenia i pędu atomu, gdyż sam proces pomiaru jednej cechy zaburzy tę drugą. I nie jest to kwestia „niezdarności” naszych przyrządów pomiarowych bo cecha ta jest wbudowana w każdy proces pomiaru na poziomie kwantowym i nie zależy od sprawności instrumentarium.
Jeżeli tak, to nie da się zanalizować i zapisać stanu kwantowego (pędu i położenia oraz pewnie kilku innych cech) wszystkich kwantów wchodzących w skład danego obiektu. Jeżeli tak to nie da się go odtworzyć z dokładnością do atomu.
Pytanie czy taka dokładność jest potrzebna przy teleportacji np. ludzi, ale obawiam się, że jednak tak. Jeżeli bowiem składamy się z cząstek chemicznych a cząstki z atomów to zmiana położenia atomu może wpłynąć na kształt cząstki chemicznej. Może nie ma to wielkiego znaczenia przy np. włosach (chociaż nie wiem czy brunetki byłyby zadowolone gdyby po wyjściu z teleportera stawały się blondynkami :-), ale z pewnością ma to już wielkie znaczenie gdy mówimy np. o neuronach w mózgu (ich zmiana mogłaby spowodować np. zmiany osobowości, umiejętności, utratę wspomnień i pewnie liczne inne nawet trudne do przewidzenia skutki) czy o DNA (potencjalne zaburzenie replikacji komórek, ryzyko nowotworowe itp.).
A jak już jesteśmy przy zasadzie nieoznaczoności to warto wspomnieć o jednej z jej ciekawszych hipotetycznych konsekwencji. A jest nią możliwość, że czasoprzestrzeń nie jest ciągła lecz podzielona na „klatki”: przestrzeń byłaby podzielona na mikroskopijne (10-35 metra x 10-35 metra x 10-35 metra) sześcianiki a czas nie płynąłby płynnie lecz przeskakiwał krokowo. Zresztą to ostatnie byłoby zgodne z „atomową” teorią czasu, o której pisałem w części 2 cyklu – jeżeli czas jest makroskopowym skutkiem drgań atomów a atomy drgają cyklicznie to skutki makroskopowe też chyba powinny zmieniać się krokowo.
A wracając do teleportacji to warto jeszcze wspomnieć o potencjalnych konsekwencjach, które niechybnie pojawiłyby się gdyby jej możliwość istniała.
Mistrz Lem wspomniał o nich w żartobliwy sposób w „Dziennikach gwiazdowych” w podróży dwudziestej trzeciej. Ijon Tichy odwiedza planetę krążącą wokół podwójnej gwiazdy Erpeya zamieszkałą przez cywilizację Bżutów, powszechnie wykorzystujących teleportację. I pewnemu młodzieńcowi śpieszącemu na swój ślub przydarza się fatalny pech. Oryginał zostaje "rozproszkowany", ale w wyniku zbiegu okoliczności w miejscu docelowym "wyprodukowane" zostają dwie identyczne kopie. Każda z nich staje przed panną młodą i oczywiście utrzymuje, że jest tą właściwą.
Można jednak ten problem rozwinąć. Co się bowiem stanie jeżeli ktoś przechwyci dane potrzebne do stworzenia kopii i wytworzy kopie na skalę masową. Co jeśli można by w ten sposób powielać np. złoto, diamenty, albo broń albo armię klonów itp.?
Albo inny aspekt. Powiedzmy, że chciałbym mieć za żonę Jessicę Albę (tak naprawdę to oczywiście wcale bym nie chciał bo mam już Najlepszą z Żon;-).
Ale gdybym (czysto hipotetycznie) jednak zechciał to zlecam jej porwanie i zeskanowanie jej struktury atomowej a następnie wytworzenie kopii (albo lepiej od razu trzech kopii:-). Co by to oznaczało w praktyce? Że Jessica Alba byłaby bezustannie porywana i skanowana ;-).
A teraz jeszcze jeden problem na serio. Zauważmy, że założeniem teleportacji jest niszczenie oryginału. Co to w oznacza? Dosłownie, dezintegrację. Innymi słowy, ja jako „ja” przestaję istnieć, zasypiam i nigdy się już nie obudzę. Co to za pociecha, że gdzieś tam zostanie odtworzony ktoś, nawet identyczny, jeżeli to już nie będę ja. Z punktu widzenia otoczenia, wszedłem do teleportera i wyszedłem gdzie indziej. Ale z mojego punktu widzenia niestety umarłem. Dla mnie osobiście nie brzmi to zachęcająco. Problem ten zresztą ma jeszcze dalej idące konsekwencje, ale o tym w części "Kilka cech natury ludzkiej".
Dziwadełko
I na koniec coś całkiem egzotycznego ze świata kwantów. W zamierzchłych czasach tj. w 2000 roku w „Wiedzy i Życiu” ukazał się artykuł zawierający spekulacje na temat zagrożeń, które potencjalnie niosło ze sobą uruchomienie w Stanach zderzacza potężniejszego niż wszystkie inne ówcześnie - RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider).
Jedną ze spekulacji było ryzyko wytworzenia w nim tzw. materii dziwnej,
http://pl.wikipedia.org/wiki/Materia_dziwna
złożonej z cząstek dziwnych a głównie z kwarków dziwnych
http://pl.wikipedia.org/wiki/Kwark_dziwny
Skupiska materii dziwnej nazywa się dziwadełkami.
Problem polega na tym, że jeżeli ta materia zetknie się ze zwykłą materią to w sprzyjających warunkach przekształca ją w materię dziwną i jest to reakcja łańcuchowa. W przypadku wytworzenia w RHIC dziwadełka, w najgorszym scenariuszu Ziemia niemal natychmiast zamieniłaby się w bardzo gęsty i bardzo mały obiekt. Na szczęście nawet byśmy się o tym nie dowiedzieli bo przestalibyśmy istnieć praktycznie natychmiast:-).
Ale jak do tej pory RHIC działa a my jakoś nie jesteśmy dziwni. No może niektórzy :-).
Cały artykuł można znaleźć tutaj:
http://archiwum.wiz.pl/2000/00043600.asp
A na koniec rozważań o atomach jeszcze dwie ciekawostki, które wyczytałem bodajże w „Wytworach rzeczywistości" znakomitej książce autorstwa Ian’a Steward’a i Jack’a Cohen’a a może w „Tlenie” Nick’a Lane’a, już nie pamiętam.
Otóż, atomy są tak „ruchliwe” i jest ich tak wiele, że w każdym z nas są atomy, które znajdowały się kiedyś w ciele np. Szekspira, albo Kolumba albo innego Michała Anioła albo jakiejkolwiek innej dowolnej postaci, która żyła odpowiednio dawno temu.
A druga ciekawostka – w naszym ciele nie ma już większości atomów, z których było ono zbudowane rok wcześniej, innymi słowy co roku następuje wymiana ponad połowy atomów. Co roku rodzimy się więc na nowo, w pewnym sensie.
I tym optymistycznym akcentem zakończmy temat kwantów.
pozdrawiam
posceptyk
W serii artykułów próbuję opisać co nauka ma do powiedzenia w następujących kwestiach:
Skąd się wziął Wszechświat?
Czym jest czas i jakie ma właściwości?
Świat na poziomie kwantowym
Skąd się wzięło życie?
Czy istnieje życie na innych planetach?
Skąd się wziął Homo Sapiens?
Dlaczego jesteśmy tacy jacy jesteśmy?
Dokąd zmierzamy?
Przyszłość Ziemi, Drogi Mlecznej i Wszechświata.
Zapraszam też na mojego bloga poświęconego książkom:
i polecam swój najnowszy kryminał
https://play.google.com/store/books/details/Robert_Mi%C5%9B_Belladonna?id=_MJtCQAAQBAJ