Behatzaileek gertaera kuantikoak ikusteko erabiltzen dituzten erreferentzia esparruek zenbait kokapen izan ditzakete aldi berean, eta hori ondorio garrantzitsuak dituen aurkikuntza da.
Irudika ezazu zeure burua nasa batean zutik tranbia bat pasatzen ikusten. Tranbian doan neska bati pilota gorri distiratsu bat erortzen zaio. Neskaren ustez, pilota beherantz erori da zuzen-zuzenean. Baina, nasatik, ikusten duzu pilotak arku bat egiten duela tranbiaren lurra ukitu aurretik. Biek gertaera bera ikusten duzue, baina erreferentzia esparru desberdinetatik: batek tranbiatik bertatik eta besteak nasatik.
Erreferentzia esparruen ideiak historia luzea du fisika klasikoan: Isaac Newton, Galileo eta Albert Einstein esparru horietan oinarritu ziren mugimenduaren gaineko ikerketak egiteko. Erreferentzia esparru bat, funtsean, koordenatuen sistema bat da (zero puntu baten edo “jatorriaren” kokapenak eta denborak zehazteko modu bat), eta mugimenduan egon daiteke. Einsteinek erreferentzia esparruak erabili zituen erlatibitatearen teoriak garatzeko, zeinak aditzera eman zuten espazioa eta denbora ez direla unibertsoaren hondoko oihal finkoak, baizik eta luzatu, uzkurtu edo deformatu daitezkeen entitate malguak.
Baina fisika kuantikoak, neurri handi batean, alde batera utzi ditu erreferentzia esparruak. Alicek eta Bobek, fisika kuantikoko esperimentu askotako fikziozko behatzaileek, kokapen fisiko desberdinak izaten dituzte, baina suposatzen da erreferentzia esparru bera dutela. Hori aldatzen ari da orain. Fisikari kuantikoak konturatzen ari dira ezin dutela ahaztu Alice dagoen erreferentzia esparruak (tranbiaren edo nasaren antzekoa) kokapen posible ugari izan ditzakeela aldi berean. Edo Bobek denbora neurtzeko erabiltzen duen erlojua ziurgabetasun kuantikoari lotuta egon daitekeela.
“Mundu kuantikoan, erreferentzia esparruak teoria kuantikoaren teoriaren formalismoaren bidez [ere] deskribatu beharko lirateke”, dio Zuricheko Suitzako Teknologia Institutu Federaleko fisikari teoriko Renato Rennerek.
Vienako Unibertsitateko Optika Kuantikoko eta Informazio Kuantikoko Institutuko fisikari Časlav Bruknerek eta bere kideek aurten argitaratutako artikulu batean erakutsi zuten luzez aztertutako fenomeno kuantikoen ikuspegi berri bat eskaintzen dutela erreferentzia esparru kuantikoek, hala nola gainezarpena eta korrelazioa. Aurkikuntza horien ondorioz, Rennerrek susmoa hartu zuen erreferentzia esparru kuantikoek esperimentu mental kuantikoetan sortzen diren paradoxa bitxietako batzuk ebazten lagundu lezakeela.
Anbizio handiagoz, Bruknerrek eta bere kideek espero dute erreferentzia esparru kuantikoen logikan pentsatzeak grabitate kuantikoari buruzko ezagutza berriak sor ditzakeela, grabitatea gainerako funtsezko indarrek jartzen duten leku berean kokatu nahi duen ikerketa programa.
Rennerren arabera, erreferentzia esparru kuantikoetan esku hartze berri honekin, “oso handia den zerbaiten hasieran baino ez gaude”.
Kokapen lausoak
Erreferentzia esparru kuantikoen ideia 1984an sartu zen lehenengo aldiz, baina zenbait taldek 2019. urtearen inguruan ekin zioten berriro ideia horri. Horrek azterlan berri ugari abiarazi ditu. Argudioek bi propietate kuantiko nagusiri buruz pentsatzeko dugun modua aldarazten digute. Honako hauek dira bi propietate horiek: gainezarpena, zeinetan objektu bat egoera posible ugaritan egon daitekeen aldi berean; eta korrelazioa, zeinetan zenbait partikulak egoera kuantiko bakarra partekatzen duten, eta bat neurtzeak bestearen egoera zehazten du berehala, beraien arteko distantzia gorabehera.
Nola gertatzen den ikusteko, har ditzagun aintzat bi erreferentzia sistema. A eta B deituko ditugu. Eman dezagun Aren jatorria zenbait kokapen izan ditzakeen objektu kuantiko batean dagoela. Bren ikuspegitik, Aren kokapena lausotuta dago eskualderen batean. Baina Aren ikuspegitik, Brekiko distantzia lausotuta dago. Badirudi B dagoela gainezarpen batean.
Kontuak hobera egiten du. Eta B bi kokapenen gainezarpen batean dagoen objektu kuantiko batean badago? Orduan, Aren egoera kuantikoa bi modutara lausotzen da, Bren kokapen posibleen arabera. Bren egoera kuantikoa zehazteak Aren egoera zehatzen duenez, orain A eta B korrelazioan daude.
Aurreko adibidean, sistema kuantikoen funtsezko bi propietate (gainezarpena eta korrelazioa) erreferentzia esparruaren mende daude. “Mezu nagusia da oso garrantzitsutzat jotzen ditugun eta, modu batean, absolutuak diren propietate asko erlazionalak edo erlatiboak direla”, dio argitaratu berri den artikuluaren egilekide Anne Catherin de la Hamettek.
Gertaeren ordena ere erreferentzia esparru kuantikoen zorroztasunaren mende dago. Adibidez, erreferentzia esparru batetik detektagailu baten klika ikusi ahalko genuke, une jakin batean gertatzen dena, baina beste erreferentzia esparru batetik klika gainezarpen batean amai lezake baldin eta beste gertaeraren baten aurretik edo ondoren gertatzen bada. Klika une jakin batean gertatuko balitz bezala edo hainbat gertakariren ordenaren gainezarpena balitz bezala ikustea erreferentzia esparrua aukeratzearen araberakoa da.
Urrats bat grabitaterantz
Ikertzaileek espero dute ikuspegi kuantiko horiek erabiltzea grabitatearen izaera nahasgarriari zentzua emateko. Einsteinen erlatibitate orokorrak (grabitatearen teoria klasikoak) dio grabitatea espazio-denbora ehunaren deformazioa dela, objektu masibo batek eragindakoa. Baina nola deformatu daiteke espazio-denbora baldin eta objektua bera bi kokapenen gainezarpen batean badago? “Oso zaila da galdera horri erantzutea ohiko fisika kuantikoaren eta grabitatearen bidez”, baieztatzen du Bruknerren taldeko ikertzaile eta artikulu berriaren egilekide Viktoria Kabelek.
Hala ere, jatorria gainezarpen batean duen erreferentzia sistema batera aldatzen badugu, objektu masiboak kokapen zehatz batean amai dezake. Orain grabitate eremua kalkula daiteke. “Erreferentzia sistema kuantiko egokia aurkituz gero, ebatzi ezin dugun arazo bat har dezakegu [eta arazo bihurtu], eta, horretarako, ezagutzen dugun fisika estandarra erabil dezakegu”, adierazten du Kabelek.
Ikuspegi aldaketa horiek baliagarriak izan beharko lukete etorkizuneko esperimentuak (masa txikiak-txikiak gainezarpenetan jartzea helburu dutenak) aztertzeko. Adibidez, Oxford Unibertsitateko Chiara Marletto eta Vlatko Vedral fisikariek proposatu dute bi masa, bakoitza bi kokapenen bi gainezarpenetan jartzea eta ondoren aztertzea horrek nola eragiten dien grabitate eremuei. Erreferentzia esparru kuantikoak formalki deskribatzeko ahalegin gero eta handiagoak lagungarriak izan litezke grabitatearen eta teoria kuantikoaren arteko interakzioari buruzko ikerketa horiei zentzua emateko, grabitate kuantikoaren teoria bateranzko funtsezko urratsa.
Rennerrek uste du erreferentzia esparru kuantikoak ere funtsezkoak izan daitezkeela fisika kuantikoaren oinarriak argitzeko. Duela urte batzuk berak eta bere kide Daniela Fauchigerrek kontraesan logikoa eragiten duen esperimentu mental kuantiko bat diseinatu zuten. Badirudi, ondoriozko paradoxaren arabera, fisikariek gure munduari buruz onartutako ideia ugarietako bati gutxienez uko egin behar diotela, hala nola honi: teoria kuantikoa unibertsala da eta gizakiei zein atomoei aplikatzen zaie.
Hala ere, Rennerrek orain susmatzen du paradoxa soilik sortzen dela fisikoek ez dituztelako arretaz aintzat hartu erreferentzia esparruak. Oraindik inork ez du deskubritu nola berridatzi esperimentu hori edo beste batzuk erreferentzia esparru kuantikoak erabiliz; baina, baliteke, hori eginez gero, “paradoxa ebatzi ahal izatea”, baieztatzen du.
Ez da erraza izango, erreferentzia sistema kuantikoek ebatzi gabeko arazo asko dituztelako. Adibidez, erreferentzia sistema klasikoekin, zure ikuspegia sistema batetik beste batera aldatzen baduzu, eraldaketa hori itzulgarria da, zure hasierako ikuspegira itzul zaitezke. Ez dago argi gaur egun hori modu unibertsalean egin daitekeen erreferentzia sistema kuantikoekin.
Gainera, une honetan ez dago erreferentzia sistema kuantiko horiek definitzeko eta aldatzeko modu estandarrik. Fisikari talde desberdinek ikuspegi diferenteak dituzte. “Lehen begiratuan, denak zentzuzkoak dirudite, baina ez dira baliokideak beraien artean”, dio Rennerrek.
Denborak aurrera egin ahala, ordea, erreferentzia esparru kuantikoak funtsezkoak izan litezke mundu kuantikoari zentzua emateko.
Jatorrizko artikulua:
Anil Ananthaswamy (2024). In the Quantum World, Even Points of View Are Uncertain , Quanta Magazine, 2024ko azaroaen 22a. Quanta Magazine aldizkariaren baimenarekin berrinprimatua.