Czy splątanie kwantowe jest oddziaływaniem?

Nie jest to główny tekst dotyczący splątania kwantowego jaki planuję, raczej przystawka. Powinienem go napisać jakieś cztery miesiące temu, przy okazji publikacji filmiku dotyczącego prędkości światła. Niestety tego nie zrobiłem i w spokoju znosiłem dziesiąty z kolei komentarz zarzucający ten sam, rzekomy błąd…

Nie prawda, że nie ma oddziaływania natychmiastowego, które działa bez ograniczenia prędkością światła. Istnieje przecież splątanie kwantowe, a.k.a. upiorne oddziaływanie na odległość!

Przeciętny internauta

Już sobie wyobrażam uśmiech zadowolenia na twarzy widza, który dostrzegł taki “babol”. Jeszcze większą radochę musiałem sprawić osobom święcie wierzącym, że autor bloga i kanału ze słowem “kwantowo” w tytule, o efekcie splątania nie słyszał, i które w swojej łaskawości postanowiły mnie w komentarzach oświecić.

Oczywiście te drobne złośliwości piszę z przymrużeniem oka. Tak naprawdę, nie mam prawa się wściekać o coś, za co sam (jako popularyzator nauki) jestem w pewnym stopniu odpowiedzialny. Powinienem się wręcz cieszyć, widząc jak dokładnie analizujecie moje słowa i nie przyjmujecie ich bezkrytycznie.

O splątaniu pisze się dużo: tajemniczy efekt powodujący, że dwie cząstki wzajemnie na siebie wpływają i to natychmiastowo, bez względu na odległość. Magia, przyszłość, szansa na teleportacje – trudno o zacniejszy temat dla futurystów i fanów science-fiction. Problem polega na tym, że kładąc ludziom do głów tego typu fantastyczne teorie, mało kto zastanawia się czy uświadamianie społeczeństwa zaczął od właściwej strony. Czy czytelnik słuchający o splątaniu wie np. czym jest mechanika kwantowa, jaka jest jej relacja z fizyką relatywistyczną, co oznaczają takie pojęcia jak model standardowy lub oddziaływanie? Bez tych informacji jak najbardziej można wchłonąć jakiś półgodzinny program z Discovery. Rzecz w tym, że nasze umysły mają brzydki zwyczaj uzupełniania luk własnymi pomysłami i wyobrażeniami. Może się więc skończyć tak, że zamiast zrozumienia realnych konsekwencji splątania kwantowego, widz zacznie kreślić w swojej głowie zręby własnej fizyki. W skrajnym przypadku, mógłby nawet dojść do wniosku, że splątanie i eksperyment EPR dowodzą błędności teorii względności.

I tak właśnie się zastanawiam, ile osób spośród wytykających “wyraźny” brak w filmiku, naprawdę zastanowiła się nad wiadomością, którą przekazałem: Skoro światło potrzebuje 8 minut na dotarcie do Ziemi, to tego czasu potrzebuje tym bardziej np. grawitacja. Tym samym w naturze nie występują oddziaływania natychmiastowe.

Kluczem jest słowo “oddziaływanie”. W tym kontekście powinno być ono kojarzone z czterema oddziaływaniami fundamentalnymi: grawitacją, elektromagnetyzmem, oddziaływaniem słabym oraz oddziaływaniem silnym. Osoby czytające blog regularnie, doskonale wiedzą, że każdą z przywołanych sił charakteryzują odpowiednie nośniki “wymieniane” między konkretnymi obiektami: fotony, wuony, zetony, gluony i grawitony(?). Cząstki w ramach danej interakcji, niczym para tenisistów, “odbijają” między sobą piłeczkę. Oczywiście “piłeczka” ma swoje właściwości i nie może łamać praw fizyki, w tym poruszać się szybciej od światła. Tę informację starałem się przemycić w filmiku.

To czy w ogóle można nazywać splątanie oddziaływaniem i czy byłoby to terminologicznie właściwe, to osobny temat. Efekt na pewno nie ma nic wspólnego z oddziaływaniami podstawowymi – nie wydaje się aby istniał jakiś bozon i pole odpowiedzialne za tę interakcję; w każdym razie nie w kształcie do jakiego przyzwyczaił nas model standardowy.

Wiele zamieszania wprowadził Albert Einstein swoją niefortunną wypowiedzią o upiornym oddziaływaniu na odległość. Musimy być jednak świadomi, iż geniusz w tamtym czasie nie wiedział właściwie o czym mówi (znał wyniki, ale natura zjawiska pozostawała i w pewnym stopniu nadal pozostaje zagadką), a poza tym ukuł ten termin w imię wykazania paradoksu wypływającego z dziwacznej koncepcji, a nie pomocy w jej zatytułowaniu. Moim zdaniem, w stosunku do splątania najbezpieczniej byłoby unikać tego typu nazewnictwa. Fizycy elegancko wybrnęli z sytuacji, mówiąc o stanie splątanym i “stan” wydaje się tu rzeczywiście najporęczniejszym słowem. Dwie splątane cząstki niewątpliwie posiadają jakąś wspólną właściwość, ale rozciągająca się między nimi niewidzialna nić, wymyka się poza mechanizmy znane z obserwacji tradycyjnych oddziaływań. I dobrze, bo dzięki temu zabawa jest lepsza.

Jasne, że w tym kwantowym zamieszaniu można mi zarzucić niedokładność, bo w wypowiedzi nie dodałem felernego przymiotnika. Ale zaufajcie mi – po stworzeniu kilkunastu, może kilkudziesięciu materiałów, w których w szerszy lub węższy sposób przywoływałem siły podstawowe, po prostu zapominam o świeżynkach czytających i słuchających mnie po raz pierwszy. Uwierzcie też, że zaraz po zmontowaniu filmiku przeszła mi przez głowę myśl – cholera, pewnie zaś przylezie jakaś maruda z tym splątaniem – ale nie sądziłem, że tych marud znajdzie się aż tyle!

Bóg gra w kości: Przemyślenia o naturze przypadku Kwanty w praniu – 7 zastosowań mechaniki kwantowej Gdzie zaczyna się przestrzeń kosmiczna?