Teleportacja - Rzeczywistość: Poza science fiction

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Dla bohaterów filmów science fiction teleportacja to rzecz powszechna. Jedno naciśnięcie przycisku - i rozpuszczają się w powietrzu, tak że w ciągu kilku sekund znajdują się setki i tysiące kilometrów dalej: w innym kraju, a nawet na innej planecie.

Czy taki ruch jest naprawdę możliwy, czy teleportacja na zawsze pozostanie marzeniem pisarzy i scenarzystów? Czy prowadzone są jakieś badania w tej dziedzinie – i czy jesteśmy choć trochę bliżej wdrożenia technologii tak dobrze znanej bohaterom fantastycznych filmów akcji?

Krótka odpowiedź na to pytanie brzmi: tak, eksperymenty są w toku i bardzo aktywnie. Ponadto naukowcy regularnie publikują w czasopismach naukowych artykuły o udanych eksperymentach z teleportacją kwantową - na coraz większe odległości.

I choć wielu znanych fizyków wątpi, że kiedykolwiek będziemy w stanie teleportować ludzi, niektórzy eksperci są znacznie bardziej optymistyczni i zapewniają, że teleporty staną się rzeczywistością za kilkadziesiąt lat.

„Kłamstwa, plotki i opowieści”

Najpierw wyjaśnijmy, o czym dokładnie mówimy. Przez teleportację rozumiemy natychmiastowy ruch obiektów na dowolną odległość, idealnie szybszy niż prędkość światła.

Samo słowo zostało wymyślone w 1931 roku przez amerykańskiego publicystę Charlesa Forta, który lubił badać zjawiska paranormalne. Przez analogię z „telewizją”, wywodzącym się z greckiego τῆλε („daleko”) i łacińskiego wideo („widzieć”), w swojej książce „Wulkany Nieba” wymyślił termin opisujący niewytłumaczalne ruchy obiektów w przestrzeni (Łacińskie porto oznacza „nosić”) …

"W tej książce przyglądam się przede wszystkim dowodom, że istnieje jakaś siła przenoszenia, którą nazywam teleportacją. Będę oskarżony o składanie w całość jawnych kłamstw, plotek, bajek, mistyfikacji i przesądów. W pewnym sensie tak myślę. ja. I w pewnym sensie nie. Po prostu dostarczam dane ", pisze Fort.

Rzeczywiście, istnieje wiele mitów na temat takich ruchów - na przykład powszechna legenda o eksperymencie w Filadelfii z 1943 roku, podczas którego amerykański niszczyciel Eldridge został rzekomo teleportowany na odległość 320 km.

Jednak w praktyce wszystkie takie historie okazują się niczym innym jak spekulacjami teoretyków spiskowych, według których władze ukrywają przed opinią publiczną wszelkie dowody przypadków teleportacji jako tajemnicę wojskową.

W rzeczywistości jest odwrotnie: wszelkie osiągnięcia w tej dziedzinie są szeroko dyskutowane w środowisku naukowym. Na przykład zaledwie tydzień temu amerykańscy naukowcy mówili o nowym udanym eksperymencie z teleportacją kwantową.

Przejdźmy od miejskich legend i fantastycznej literatury do rygorystycznej nauki.

„Od punktu A do punktu B…”

Historia prawdziwej, a nie fikcyjnej teleportacji rozpoczęła się w 1993 roku, kiedy amerykański fizyk Charles Bennett matematycznie – za pomocą wzorów – udowodnił teoretyczną możliwość natychmiastowych przemieszczeń kwantowych.

Oczywiście były to wyliczenia czysto teoretyczne: abstrakcyjne równania, które nie mają praktycznego zastosowania. Jednak w ten sam sposób - matematycznie - odkryto już np. czarne dziury, fale grawitacyjne i inne zjawiska, których istnienie eksperymentalnie potwierdzono znacznie później.

Tak więc obliczenia Bennetta stały się prawdziwą sensacją. Naukowcy zaczęli aktywnie prowadzić badania w tym kierunku - a pierwszy udany eksperyment teleportacji kwantowej został przeprowadzony w ciągu kilku lat.

Należy tutaj podkreślić, że mówimy o teleportacji kwantowej, a nie jest to dokładnie to samo, do czego przywykliśmy w filmach science fiction. Z miejsca na miejsce nie jest przesyłany sam obiekt materialny (na przykład foton czy atom - w końcu wszystko składa się z atomów), ale informacja o jego stanie kwantowym. Jednak teoretycznie to wystarczy, aby „przywrócić” oryginalny obiekt w nowym miejscu, otrzymując jego dokładną kopię. Co więcej, takie eksperymenty są już z powodzeniem przeprowadzane w laboratoriach - ale o tym poniżej.

W świecie, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, tę technologię najłatwiej porównać z kopiarką lub faksem: wysyłasz nie sam dokument, ale informacje o nim w formie elektronicznej - ale dzięki temu odbiorca ma dokładną kopię. Z tą zasadniczą różnicą, że w przypadku teleportacji sam przesłany obiekt materialny ulega zniszczeniu, czyli znika – i pozostaje tylko kopia.

Spróbujmy dowiedzieć się, jak to się dzieje.

Czy Bóg gra w kości?

Czy słyszałeś o kocie Schrödingera - tym, który siedzi w pudełku ani żywy, ani martwy? Ta oryginalna metafora została wymyślona przez austriackiego fizyka Erwina Schrödingera, aby opisać tajemniczą właściwość cząstek elementarnych - superpozycję. Faktem jest, że cząstki kwantowe mogą jednocześnie znajdować się w kilku stanach, do których na świecie przywykliśmy całkowicie się wykluczać. Na przykład elektron nie krąży wokół jądra atomu, jak zwykliśmy sądzić, ale znajduje się jednocześnie we wszystkich punktach orbity (z różnymi prawdopodobieństwami).

Dopóki nie otworzyliśmy kociego pudełka, to znaczy nie mierzyliśmy charakterystyki cząstki (w naszym przykładzie nie ustaliliśmy dokładnej lokalizacji elektronu), siedzący tam kot nie jest tylko żywy lub martwy - to jedno i drugie żywy i martwy jednocześnie. Ale kiedy pudełko jest otwarte, to znaczy dokonywany jest pomiar, cząsteczka jest w jednym z możliwych stanów – i już się nie zmienia. Nasz kot jest żywy lub martwy.

Jeśli w tym momencie zupełnie przestałeś cokolwiek rozumieć - nie martw się, nikt tego nie rozumie. Przez wiele dziesięcioleci najwybitniejsi fizycy świata nie wyjaśniali natury mechaniki kwantowej.

Do teleportacji wykorzystuje się zjawisko splątania kwantowego. Dzieje się tak, gdy dwie cząstki elementarne mają to samo pochodzenie i znajdują się w stanie współzależnym - innymi słowy, istnieje między nimi jakiś niewytłumaczalny związek. Dzięki temu splątane cząstki mogą „komunikować się” ze sobą, nawet będąc w ogromnej odległości od siebie. A kiedy już znasz stan jednej cząstki, możesz z absolutną pewnością przewidzieć stan innej.

Wyobraź sobie, że masz dwie kości, które zawsze dają siedem. Potrząsałeś nimi w szklance i rzucałeś jedną kość za plecy, a drugą przed siebie i zakrywałeś ją dłonią. Podnosząc rękę, zobaczyłeś, że rzuciłeś powiedzmy szóstkę - i teraz możesz śmiało stwierdzić, że druga kość za plecami wypadła w górę. W końcu suma dwóch liczb musi być równa siedmiu.

Brzmi niesamowicie, prawda? Z kostkami, do których jesteśmy przyzwyczajeni, taka liczba nie zadziała, ale splątane cząstki zachowują się dokładnie w ten sposób - i tylko w ten sposób, choć natura tego zjawiska również wymyka się wyjaśnieniu.

"To najbardziej niesamowite zjawisko mechaniki kwantowej, którego nie da się nawet pojąć" - mówi profesor MIT Walter Levin, jeden z najbardziej szanowanych fizyków na świecie. Pasy! Możemy tylko powiedzieć, że najwyraźniej tak działa nasz świat."

Nie oznacza to jednak wcale, że tego tajemniczego zjawiska nie da się wykorzystać w praktyce – wszak wielokrotnie potwierdzają to zarówno formuły, jak i eksperymenty.

Praktyczna teleportacja

Praktyczne eksperymenty z teleportacją rozpoczęły się około 10 lat temu na Wyspach Kanaryjskich pod kierunkiem austriackiego fizyka, profesora Uniwersytetu Wiedeńskiego Antona Zeilingera.

W laboratorium na wyspie Palma naukowcy tworzą parę splątanych fotonów (A i B), a następnie jeden z nich przesyłany jest za pomocą wiązki laserowej do innego laboratorium znajdującego się na sąsiedniej wyspie Teneryfie, oddalonej o 144 km. Co więcej, obie cząstki znajdują się w stanie superpozycji - to znaczy, że nie otworzyliśmy jeszcze kociego pudełka.

Następnie trzeci foton (C) jest podłączony do obudowy - ten, który ma zostać teleportowany - i powoduje interakcję z jedną ze splątanych cząstek. Następnie fizycy mierzą parametry tej interakcji (A + C) i przekazują otrzymaną wartość do laboratorium na Teneryfie, gdzie znajduje się drugi splątany foton (B).

Niewytłumaczalny związek między A i B umożliwi przekształcenie B w dokładną kopię cząstki C (A + C-B) - tak, jakby natychmiast przeniosła się z jednej wyspy na drugą bez przekraczania oceanu. To znaczy, teleportowała się.

„W pewnym sensie wyodrębniamy informacje, które zawiera oryginał – i tworzymy nowy oryginał w innym miejscu”, wyjaśnia Zeilinger, który w ten sposób teleportował już tysiące cząstek elementarnych.

Czy to oznacza, że w przyszłości naukowcy będą mogli w ten sposób teleportować dowolne obiekty, a nawet ludzi – w końcu my też składamy się z takich cząstek?

W teorii jest to bardzo możliwe. Wystarczy stworzyć odpowiednią liczbę splątanych par i przenieść je w różne miejsca, umieszczając je w "kabinach teleportacyjnych" - powiedzmy w Londynie i Moskwie. Wchodzisz do trzeciej kabiny, która działa jak skaner: komputer analizuje stan kwantowy twoich cząstek, porównuje je z splątanymi i wysyła te informacje do innego miasta. I tam ma miejsce odwrotny proces - i twoja dokładna kopia jest odtwarzana z splątanych cząstek.

Podstawowe problemy rozwiązane

W praktyce sprawy są nieco bardziej skomplikowane. Faktem jest, że w naszym ciele jest około 7 oktylionów atomów (po siedmiu jest 27 zer, czyli siedem miliardów miliardów miliardów) - to więcej niż gwiazdy w obserwowalnej części Wszechświata.

A przecież trzeba przeanalizować i opisać nie tylko każdą pojedynczą cząstkę, ale także wszystkie połączenia między nimi – w końcu w nowym miejscu muszą być zebrane w idealnie poprawnej kolejności.

Zbieranie i przekazywanie takiej ilości informacji jest prawie niemożliwe – przynajmniej na obecnym poziomie rozwoju technologii. Nie wiadomo, kiedy pojawią się komputery zdolne do przetwarzania takich ilości danych. Teraz w każdym razie trwają prace nad zwiększeniem odległości między laboratoriami, a nie liczby teleportowalnych cząstek.

Dlatego wielu naukowców uważa, że marzenie o ludzkiej teleportacji jest trudne do zrealizowania. Chociaż np. profesor New York City College i znany popularyzator nauki Michio Kaku jest przekonany, że teleportacja stanie się rzeczywistością pod koniec XXI wieku – a może nawet 50 lat później. Niektórzy eksperci generalnie się z nim zgadzają, nie podając konkretnych dat.

„To kwestia ulepszenia technologii, poprawy jakości. Powiedziałbym jednak, że podstawowe problemy zostały rozwiązane – i nie ma ograniczeń co do dalszej perfekcji” – mówi Eugene Polzik, profesor Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze.

Jednak po drodze pojawia się wiele innych pytań. Na przykład, czy „kopia mnie” uzyskana w wyniku takiej teleportacji będzie prawdziwym mną? Czy będzie myśleć w ten sam sposób, mieć te same wspomnienia? W końcu, jak wspomniano wcześniej, oryginał wysłanego przedmiotu ulega zniszczeniu w wyniku analizy kwantowej.

„W przypadku teleportacji kwantowej zniszczenie teleportowalnego obiektu w tym procesie jest absolutnie konieczne i nieuniknione” – potwierdza Edward Farhi, który kierował Centrum Fizyki Teoretycznej na MIT w latach 2004-2016, a teraz pracuje w Google. zamienić się w wiązkę neutronów, protonów i elektronów. Nie wyglądałbyś najlepiej."

Z drugiej strony, z czysto materialistycznego punktu widzenia, nie determinują nas cząstki, z których jesteśmy zbudowani, ale ich stan - i ta informacja, jak twierdzą naukowcy, jest przekazywana niezwykle dokładnie.

Chciałbym wierzyć, że tak jest. I że marzenie ludzkości o teleportacji nie urzeczywistni się w słynnym horrorze, w którym główny bohater nie zauważył, jak mucha przypadkowo wleciała do jego kabiny teleportacyjnej…