Secretele Universului: viitorul influențează trecutul, iar timpul se poate derula înapoi
Timpul se poate derula dinspre viitor spre trecut, lucrurile pot exista simultan în multiple stări, iar vechea dilemă a copacului care se prăbușește într-o pădure ar putea să nu fie legată doar de prezența unui martor care să-l audă căzând, ci și, cumva, de a ști dinainte dacă va fi sau nu văzut, conform unui nou studiu publicat de revista Nature Physics.
În general, cu toții suntem de acord că trecutul este cel care influențează prezentul care, la rândul său, influențează viitorul. Probabil că aproape nicio persoană care nu suferă de afecțiuni psihice sau nu este sub influența drogurilor n-ar putea susține faptul că evenimentele viitoare le pot influența pe cele din trecut. Și, totuși, acest lucru s-ar putea petrece în lumea plină de paradoxuri a fizicii cuantice.
Pentru un om obișnuit, înțelegerea lumii observabile, dominată de fizica newtoniană, clasică, ține de bunul-simț. Timpul se scurge dinspre trecut spre viitor, lucrurile nu pot exista decât într-un singur loc, într-un anumit timp, iar dacă un copac cade într-o pădure fără ca nimeni să-l observe, va produce un sunet. Fizicienii de la Universitatea Națională din Australia (ANU) nu sunt însă de acord că lucrurile ar fi atât de simple.
Noul studiu publicat în Nature Physics demonstrează că totul ține de măsurarea directă, susține profesorul Andrew Truscott, de la Research School of Physics and Engineering, ANU. La nivel cuantic, realitatea nu există dacă nu este observată direct, a explicat acesta.
Această concluzie aparent absurdă derivă din rezultatele a două experimente, dintre care unul mai vechi, un clasic al fizicii cuantice și unul care a fost încheiat cu succes în urmă cu doar câteva săptămâni.
Experimentul clasic:
Acest principiu se află în centrul fizicii cuantice. O particulă așa cum este fotonul se comportă ca și când ar avea mai multe stări indefinite, în suspensie. Ea nu are proprietăți fizice, fiind definită de un set de probabilități conform cărora ar putea exista într-una sau alta din respectivele stări. Aceste probabilități nu sunt doar rezultatul unor teorii bombastice din fizica modernă, ci se află la baza noțiunilor noastre moderne de chimie și fac posibile tehnologii precum microprocesoarele și reacțiile nucleare. Modernismul nu ar fi existat fără aceste proprietăți bizare ale particulelor.
Aici intervine cea de-a doua ciudățenie: atunci când fizicienii observă un foton în mod direct, în cadrul unui experiment, însuși faptul că este observat îl face să cadă într-una dintre cele două stări posibile ale sale — fie particula, fie unda. Orice ar face oamenii de știință, ori de câte ori observă în mod direct un foton este ca și când chiar fotonul ar decide cum să fie văzut. Astfel, se crede că actul de a observa aduce fotonul din tărâmul cuantic al probabilităților în cel real. Acest principiu este explicat de celebra paradigmă a pisicii lui Schrödinger, unde o pisică ipotetică, pusă într-o cutie închisă alături de niște otravă, nu este nici vie, nici moartă, până când nu deschidem cutia și operăm o observație directă asupra sa.
Cel de-al doilea experiment:
Această concluzie bizară conform căreia actul de observație directă definește realitatea (sau, cu alte cuvinte, realitatea nu există în afara observației), circulă de mult timp în rândul fizicienilor, fiind susținută și de un experiment propus de americanul John Wheeler încă din anul 1978, experiment despre care se credea că nu va putea fi pus niciodată în practică. Din acest motiv, a primit numele de „Experimentul cognitiv al alegerii întârziate” (cognitiv – pentru că nu putea fi pus în practică). Acest experiment își propunea să răspundă la o întrebare aparent simplă: Când, mai exact, un foton alege să se comporte ca o particulă sau ca o undă? Atunci când este tras, înainte de a trece prin fantă sau după ce a trecut de fantă?
John Wheeler a propus, în experimentul său cognitiv, introducerea unui al doilea ecran, însă doar după ce fotonul a trecut deja de primul ecran. Introducerea acestui al doilea ecran ar fi o decizie aleatorie în cadrul experimentului — uneori se introduce al doilea ecran, alteori nu. De asemenea, atunci când este introdus în experiment, acest al doilea ecran este conceput să producă același timp de interferență ca și primul ecran. Astfel, teoretic, un om de știință ar fi putut urmări în ce stare se afla fotonul după ce a trecut de primul ecran și dacă rămâne în aceeași stare și după ce trece de cel de-al doilea.
Dificultatea tehnică a fost aceea că nimeni nu a reușit să introducă la timp în experiment cel de-al doilea ecran, imediat după ce fotonul a trecut de primul ecran și înainte de a ajunge la perete. Această problemă părea insurmontabilă până acum câteva săptămâni. Echipa de fizicieni australieni a transformat acest experiment de gândire într-unul cât se poate de concret, de laborator, cu ajutorul unei instalații de lasere. Subiectul lor de experiment nu a fost însă un foton, ci un atom de heliu care, deși este mult mai masiv decât un foton, ar trebui, din punct de vedere teoretic, să aibă același comportament în cadrul experimentului — și anume să existe într-o stare indefinită și apoi, odată observat, să se comporte fie ca o particulă, fie ca o undă. Laserele au fost folosite pe post de grilaje, unul în fața celuilalt, iar cel de-al doilea laser era pornit aleatoriu, în timpul experimentului.
Rezultatul acestui experiment este chiar mai ciudat decât se așteptau fizicienii specializați în domeniul cuantic: de fiecare dată când cele două grilaje laser erau pornite, atomii de heliu s-au comportat mereu precum undele. De fiecare dată când al doilea grilaj laser nu era introdus în sistem, atomul de heliu a trecut sub formă de particulă. Ceea ce este fascinant sau, poate, de-a dreptul înfricoșător, este că decizia privind prezența celui de-al doilea grilaj laser în sistem a fost cu totul aleatorie și, din punctul de vedere al atomului de heliu care tocmai a trecut de primul grilaj, nici măcar nu s-a întâmplat încă.
Cu alte cuvinte, este ca și cum atomul de heliu ar fi putut vedea în viitor și ar fi știut dacă va exista cel de-al doilea grilaj laser chiar în timpul în care trecea prin primul. Ori, cu alte cuvinte, eventuala prezență în viitor a celui de-al doilea grilaj pare să determine starea din prezent a atomului de heliu care trece prin primul laser. Dacă atomul de heliu apare ca particulă sau ca undă este determinat cu precizie de ceva ce încă nu s-a întâmplat, ci urmează să se întâmple. Pe scurt, viitorul determină prezentul!
Cum este posibil acest lucru? Cum este posibil ca un eveniment viitor — activarea celui de-al doilea grilaj din sistem — să determine starea din trecut a atomului de heliu? Timpul ar trebui, deci, să se scurgă înapoi.
Profesorul Andrew Truscott ne oferă explicația:
„Atomii nu au parcurs distanța dintre punctele A și B. Abia când au fost măsurați, la sfârșitul drumului, a devenit reală una dintre cele două stări posibile, de particulă sau de undă. Dacă ar fi să credem că acești atomi chiar au ales o anumită cale sau mai multe căi, atunci trebuie să acceptăm faptul că o măsurătoare viitoare determină trecutul acestor atomi.”
Ideea că viitorul afectează/influențează trecutul are implicații profunde, care transcend lumea fizicii cuantice. O astfel de idee pune la îndoială, spre exemplu, conceptul de liber arbitru. Acest experiment, care va fi, fără îndoială, repetat, precum și implicațiile sale, vor ridica mai multe întrebări decât vor oferi răspunsuri.
