Kvanttimekaniikka kuvaa mikroskooppista maailmaa vaikuttavalla tarkkuudella. Sen ennusteita ei ole koskaan kumottu kokeilla. Mutta se on myös tunnettu outouksistaan.
Itse asiassa mikroskooppiset objektit käyttäytyvät intuitiivisesti vastoin. Ensinnäkin niiden ominaisuudet (kuten sijainti ja nopeus) voivat joskus saada vain tiettyjä tarkkoja arvoja. Jos teemme vertauksen makroskooppiseen maailmaamme, kaikki tapahtuu kuin niin, että kun liikkuisimme suoralla viivalla, voisimme liikkua vain "hypyin" metrin verran, ilman että voisimme koskaan olla välissä.
Lisäksi kaksi entiteettiä näyttää voivan vaikuttaa toisiinsa erittäin pitkältä etäisyydeltä, nopeuksilla, jotka ylittävät valonnopeuden. Lopuksi, tietyillä objekteilla on ominaisuuksia (kuten niiden sijainti tai nopeus), jotka ovat "kvanttihybridissä" useista arvoista. Mitä tarkoittaa, että objekti on "superpositiossa" useista sijainneista? Onko objekti missään? Kaikkialla yhtä aikaa? Nämä kysymykset ovat askarruttaneet fyysikoita ja filosofeja vuosikymmenten ajan.
Yksi outous lisää kvanttimailmassa
Viimeisen vuosikymmenen aikana on kuitenkin noussut esiin uusia löytöjä, jotka lisäävät ongelman monimutkaisuutta. Fyysikoiden ympäri maailmaa tekemät tutkimukset viittaavat siihen, että kun kaksi tapahtumaa tapahtuu kvanttimailmassa, aikajärjestys näiden tapahtumien välillä on joskus määrittelemätön.Meidän mittakaavassamme on aina mahdollista sanoa, onko henkilö ensin aivastanut ennen anteeksipyyntöä vai päinvastoin. Kvanttimekaniikka näyttää viittaavan siihen, että pienessä mittakaavassa saattaa joskus olla niin, että mikään näistä kahdesta mahdollisuudesta ei ole oikea.
Kuitenkin aikajärjestys eri tapahtumien välillä on vahvasti sidoksissa syy-seuraussuhteisiin. Itse asiassa syyn on aina edettävä sen vaikutusta. Näin ollen, jos aikajärjestys eri tapahtumien välillä on määrittelemätön, se voi olla sama myös niiden syy-seuraussuhteelle.
Miten ymmärtää maailmaa, jossa asiat eivät tapahtuisi hyvin määritellyssä järjestyksessä? Tämä kysymys on haaste tieteiden filosofeille. Rohkeita vastauksia tullaan varmasti ehdottamaan, ja meidän on ehkä hyväksyttävä syvällinen kyseenalaistaminen fyysisen maailmankuvamme suhteen.
Häiritsevä kokeilu
Voimme havaita määrittelemättömiä syy-seuraussuhteita laboratoriossa, esimerkiksi "kvanttikytkimen" avulla, joka on hyvin erityinen kokeellinen asettelu, jota on toteutettu useita kertoja. Tarkastellaan yhtä näistä kokeellisista toteutuksista. Kaksi kokeilijaa suorittaa kummatkin toimenpiteen samalla valohiukkasella, jota kutsutaan fotoniksi.Nämä manipuloinnit koostuvat esimerkiksi tämän fotonin ominaisuuden, jota kutsutaan "tilamoodiksi", muuttamisesta. Kahden toimenpiteen järjestys määräytyy ei niinkään tieteilijöiden itsensä, vaan toisen fotonin ominaisuuden, jota kutsutaan "polarisaatioksi", arvon mukaan.
Kun fotonin polarisaatio on "kvanttihybridissä" kahdesta erillisestä arvosta, ja kolmas kokeilija on mitannut tämän polarisaation kokeen lopussa, koko tämä kokeellinen asettelu ei voi olla kuvattu ei skenaariossa, jossa hiukkanen on ensin manipuloitu ensimmäisen kokeilijan toimesta ennen kuin se lähetetään toiselle, eikä päinvastaisessa skenaariossa.
Nämä kiehtovat tutkimukset ovat vielä alkuvaiheessa. Ne mahdollistavat aikarajojen tai syy-seuraussuhteiden käyttäytymisen tutkimisen erittäin pienessä mittakaavassa kvanttimailmassa. On tärkeää pystyä antamaan merkitys aikajärjestyksen tai syy-seuraussuhteen puuttumiselle tapahtumien välillä. Itse asiassa tapahtumien järjestys ajan (ja tilan) läpi muodostaa perustan, jonka varaan ihminen rakentaa ymmärryksensä kaikesta.
Esimerkiksi, kun esine rikkoutuu pudotuksen jälkeen, selitämme sen sen vaikutuksesta maahan, sen jälkeen kun se on seurannut tarkkaa reittiä ilmassa. Samoin ihmiskunnan historia kerrotaan purkamalla jatkuva tapahtumien ketju, joka on tapahtunut eri puolilla maailmaa, tietyissä ajankohdissa.
Jotta voisimme säilyttää klassiset ajattelutapamme, meidän on ymmärrettävä, mitä aikakäsitteille ja tilalle tapahtuu kvanttimailmassa. Meidän on myös annettava merkitys niiden mahdolliselle puuttumiselle. Vastataksemme näihin kysymyksiin jotkut filosofit ja fyysikot miettivät esimerkiksi, että tulevaisuus voisi vaikuttaa menneisyyteen. Toiset pohtivat ajatusta, että aika ja tila voisivat olla vain "johdettu tuote" perustavammista ilmiöistä, joiden luonteen ymmärtäminen on vielä kesken.
Lopuksi, "kvanttikytkimen" ja määrittelemättömien syy-seuraussuhteiden löytäminen voisi osoittautua hyödylliseksi kvanttitietojenkäsittelyssä ja tulevien uudenlaisten "kvanttitietokoneiden" kehittämisessä. Itse asiassa näiden ilmiöiden olemassaoloa voitaisiin hyödyntää uusien tehtävien suorittamiseksi. Ne voisivat myös mahdollistaa tiettyjen laskentatehtävien suorittamisen tehokkaammin kuin tavallisilla kvanttitietokoneilla.
Näin ollen tuoreimmat tutkimukset kvanttimekaniikassa lupaavat mahdollisia vallankumouksia, niin filosofisia kuin teknologisia.
Laurie Letertre - Filosofian tohtoriopiskelija, Grenoble Alpesin yliopisto (UGA).
Cyril Branciard, CNRS:n tutkija, on lukenut tämän artikkelin, ja kirjoittaja haluaa kiittää häntä.