Dimensiunile existenței

Sâmbătă, 22 martie 2025, ora 13:00, va avea loc ședința de primăvară a Clubului Studențesc Quantum, din cadrul Universității „Ștefan cel Mare” Suceava, club coordonat de conf. dr. ing. George Mahalu, de la Facultatea de Inginerie Electrică și Științe ale Calculatoarelor. Întâlnirea se va desfășura în incinta Observatorului Astronomic Suceava.

Întâlnirea din iarnă a avut ca temă Entanglementul Quantic, unde au participat studenți și oameni de cultură, pasionați de cunoașterea umană și universală: Doru George Pascal, Constantin Horbovanu, Ovidiu Donisă, Valerian Bedrule, Vasile Adăscăliței, Rareș Havârneanu, Marlena Ciobanu, Cătălin Ciobanu, Alex-Iustin Moraru, Mihai Alexandru Florea, Sebastian Alexandru Strugar, Cozmin Țaranu, Răzvan Bîgu.

Entanglementul cuantic este un fenomen cuantic care apare în momentul în care două sau mai multe particule cuantice sunt generate sau interacţionează astfel încât starea cuantică a fiecărei particule nu mai poate fi descrisă independent de celelalte, chiar dacă acestea sunt separate spaţial la distanţe foarte mari. Starea lor cuantică este descrisă mai degrabă ca un întreg. Inseparabilitatea cuantică (în engleză quantum entanglement) este un fenomen cuantic în care stările cuantice ale mai multor obiecte sau particule elementare diferite sunt „cuplate” între ele. Cuvântul englez „entanglement” înseamnă „prins”, „înțepenit”, „împotmolit”. În sens matematic, funcția de undă globală care descrie sistemul de obiecte „cuplate” nu poate fi redusă („factorizată”) într-un produs de mai multe funcții elementare independente, corespunzând fiecare câte unui obiect individual, chiar dacă obiectele respective sunt separate spațial. Este un fenomen din mecanica cuantică. Stările cuantice a două sau mai multe obiecte fizice cuplate sunt legate între ele în așa fel încât un obiect neseparat cuantic (cuplat cu altul sau altele) nu mai poate fi descris fără a lua în considerație celelalte obiecte, chiar dacă ele sunt separate spațial. O astfel de interconexiune duce la corelații încă neelucidate între proprietățile fizice observabile ale sistemelor depărtate. De exemplu, mecanica cuantică declară că spinul unui obiect cuantic este nedeterminat, atâta vreme cât nu se intervine fizic pentru a-l măsura. Măsurarea stării cuantice a unui număr de particule neentanglate duce la un rezultat impredictibil. De aceea, într-o serie numeroasă de măsurări ale spinului, la jumătate din ele rezultă spinul în sus, iar la cealaltă jumătate spinul în jos. Dar dacă aceleași măsurări se fac cu particule entanglate, rezultatul particulei entanglate este total predictibil: dacă starea primei din ele este de exemplu cu spinul-sus, starea celeilalte particule este întotdeauna cu spinul-jos, indiferent de distanța dintre ele. Pentru a explica acest gen de rezultate au fost inventate teorii ca teoria variabilelor ascunse. Dar dacă această teorie ar fi valabilă, variabilele ascunse ar trebui să fie într-o stare de „comunicație” oarecum misterioasă, indiferent de distanța dintre particule. Variabilele ascunse ce descriu una din particule ar trebui să se schimbe instantaneu în momentul măsurării proprietăților particulei cuplate (entanglate). Dacă variabilele ascunse nu ar „comunica” între ele atunci când distanța dintre particule e mare, datele statistice ar satisface inegalitatea Bell. Fenomenul de colapsare a funcției de undă dă impresia că actul de măsurare a unui obiect influențează instantaneu pe cel de-al doilea obiect, entanglat cu primul, chiar dacă cele două obiecte se află la o oarecare distanță unul de altul. Cu toate acestea, entanglarea cuantică „nu permite” transmiterea informației clasice mai repede decât viteza luminii în vid. Entanglarea cuantică se folosește la tehnologii ca de exemplu computere cuantice, criptarea cuantică, teleportare cuantică experimentală.

După familiarizarea cu noțiunea de „entanglament cuantic”, conferențiarul George Mahalu a continuat prezentarea, având la bază informațiile publicate deja în cartea domniei sale, „Paradigmele Mecanicii Cuantice”, apărută la  Editura Matrix-ROM, București, în 2018). Entanglementul este o proprietate din mecanică cuantică pe care Einstein n-o agrea. În 1935, Einstein, Podolski și Rosen au formulat paradoxul EPR, un experiment imaginar ce a demonstrat că mecanica cuantică devine non-locală. Este știut că Einstein, sceptic, numea cu ironie aceasta ca „acțiune fantomă la distanță”. Porecla dată de Einstein a fost „quantic entanglement", încurcătură cuantică. Două particule, aflate la distanță una de alta, pot să aibă o legătură între ele, în așa fel încât măsurarea stării cuantice a uneia dintre ele schimbă instantaneu starea cuantică a celeilalte particule entanglate cu ea. Pe atunci se părea că astfel de corelații non-locale ar putea viola postulatul limitării vitezei luminii (transmiterii de semnale) din Teoria relativității restrânse. Au existat încercări de a explica corelațiile non-locale dintre particule folosind Teoria variabilelor ascunse, unde corelațiile sunt descrise de variabile necunoscute (ascunse). În 1964, John Stewart Bell a demonstrat că nici așa nu se poate construi o teorie locală bună, iar entanglementul, prezis de mecanica cuantică, se poate deosebi experimental de teoriile cu parametri locali ascunși. Rezultatele experimentelor ce au urmat au dovedit natura non-locală a mecanicii cuantice, cu toate că în experimente au fost și mici inexactități. Corelarea non-locală duce la o interacțiune interesantă cu Teoria relativității restrânse, care afirmă că informația nu se poate transmite dintr-un loc în altul mai repede decât cu viteza luminii. Deși există sisteme cuantice entanglate care se află la mare distanță unul de altul, transmiterea instantanee a informației nu este posibilă, de acea entanglementul cuantic nu violează cauzalitatea. Este un fenomen descris de teorema non-comunicației. Alte experimente vor verifica dacă entanglementul rezultă din retrocauzalitate. Einstein considera că mecanica cuantică, așa cum o înțelegeau Bohr și adepții săi, nu putea fi o teorie completă. Trebuia ca ceva să se afle acolo, în culise, în plus față de funcția de undă. Ceva care să permită recuperarea realității obiectelor din lumea cuantică, realitate la care se părea că școala de la Copenhaga renunțase mult prea ușor și în mod definitiv. Acel ceva consta în ideea existenței unor variabile ascunse. Astfel, după o dispută de 30 de ani, în urma rezultatele experimentelor care au arătat că inegalitatea Bell este încălcată, Mecanica cuantică a ieșit, din nou, victorioasă, demonstrat că o descriere a lumii cuantice, bazată simultan pe realitate și separabilitate, nu este posibilă.

Luminița Reveica Țaran