Þróun heimsmyndar – Ný sýn á raunveruleikann í ljósi skammtaflækju

Skammtaflækja (e. quantum entanglement), eitt af meginfyrirbærum skammtafræðinnar, hefur breytt þeirri heimsmynd sem mótaðist á grundvelli klassískrar eðlisfræði. Í einföldu máli felst skammtaflækja í því að tvær (eða fleiri) skammtaagnir (quantum particles) geta myndað samstæðu sem samtvinnar eiginleika þeirra, sama hversu langt er milli agnanna. Það sem raunverulega gerist og hefur verið mælt, er að mæling á ástandi einnar samtvinnaðrar agnar virðist ákvarða niðurstöðuna fyrir hina ögnina, óháð fjarlægðinni á milli þeirra. Þetta ferli virðist gerast samstundis og brýtur þannig í bága við hefðbundna hugmynd um staðbundna áhrifavalda (local causality).

Hugtakið skammtaflækja hefur djúpstæðar heimspekilegar og tilvistarlegar afleiðingar sem hafa áhrif langt út fyrir svið eðlisfræðinnar. Hin klassíska heimsmynd, mótuð af lögmálum Newtons, byggðist á hugmyndinni um aðgreinda og sjálfstæða hluti í rýminu. Skammtaflækja kollvarpar þessari hugsun með því að benda á innbyggð tengsl í raunveruleikanum sem hefðbundin eðlisfræði getur ekki útskýrt.

Ein af þekktustu ráðgátum skammtaflækju er hraðinn á áhrifum milli samtvinnaðra agna, sem virðist brjóta gegn því lögmáli að ekkert geti farið hraðar en ljósið. Albert Einstein kallaði þetta „sérkennilega fjarlæga verkun“ (á ensku: “spooky action at a distance”) og var lengi efins um raunverulega tilvist fyrirbærisins. Í dag hafa mælingar á skammtaflækju hins vegar sannað að um raunverulegt fyrirbæri sé að ræða. Ein fremsta sönnunin fyrir þessu kemur úr tilraunum sem byggja á svokölluðum Bell-ójöfnum. Þær sýna að hefðbundnar kenningar, geta ekki útskýrt niðurstöðurnar. Tilraunir frá 20. öld, eins og Aspect-tilraunin árið 1981, og nýlegar endurbætur hennar hafa styrkt þessar niðurstöður.

Tæknilega séð hefur skammtaflækja opnað áður óþekkt svið. Með því að samtvinna skammtabita (e.qubit/quantum bit) í flæktu ástandi er hægt að framkvæma reikninga margfalt hraðar en með hefðbundnum tölvum. Þetta hefur leitt til byltingar í tækni þar sem flækjan gerir bæði útreikninga og gagnamiðlun öruggari og skilvirkari.

Hin heimspekilegu áhrif skammtaflækju á heimsmynd nútímans eru djúpstæð. Þegar skammtafræðin var fyrst kynnt á fyrri hluta 20. aldar var hún flestum óskiljanleg. Í dag hefur þekkingin orðið aðgengilegri, og ratað inn í almenna umræðu. Fyrir marga vekur hugmyndin um samtengingu agna spurningar um hvort allt í alheiminum sé tengt á einhvern hátt. Hugmyndir um einingu ósýnilegrar heildar sem er innbyggð í raunveruleikann er að því er virðist ekki mögulegt að rannsaka með hefðbundnum vísindarannsóknum. 

Þessi þróun hefur einnig vakið spurningar um samband okkar við náttúruna og möguleg tengsl milli allra hluta alheimsins. Sumir hafa sett fram vangaveltur um hvort skammtaflækja gæti opnað dyr að nýjum skilningi á raunveruleikanum, þar sem eðli tengsla og samtengingar væri sett í forgrunn. Slíkar hugmyndir, hafa orðið umfjöllunarefni í heimspeki og andlegum umræðum, þó þær séu ekki studdar beinum vísindalegum sönnunum. Hér eru nokkur dæmi:

David Bohm, eðlisfræðingur og heimspekingur (1917-1992), þróaði tilvísunarhugsun sína (implicate order), þar sem hann lagði til að alheimurinn væri samtengdur á dýpra stigi en skynsemi okkar sýnir. Hann sá skammtaflækju sem vísbendingu um undirliggjandi tengsl milli allra hluta. Í bók sinni Wholeness and the Implicate Order (1980) lýsir hann þessum tengslum og tengir þau við djúpstæðar hugmyndir um einingu alheimsins.

Henry Stapp er eðlisfræðingur sem hefur unnið með kenningar um skammtafræði og meðvitund. Hann hefur haldið því fram að skammtaflækja geti tengst því hvernig hugur og efni eru samtengd, sérstaklega með tilliti til þess hvernig ákvarðanir og mælingar virðast hafa áhrif á skammtaástand.

Erwin Schrödinger (1887-1961), einn af brautryðjendum skammtafræðinnar, sagði í ritum sínum að skammtaflækja sýndi að „heildin“ væri grundvallaratriði í skammtaheiminum og að við gætum ekki skilið hana út frá einstökum hlutum. Hann hélt því fram að tengsl skammtaagna bentu til þess að við þyrftum að hugsa á nýjan hátt um samband hluta og heildar.

Í bók sinni The Tao of Physics (1975) tengir Fritjof Capra skammtafræði, þar á meðal skammtaflækju, við hugmyndir úr austrænum heimspekihefðum, eins og taóisma og búddisma. Hann heldur því fram að skammtafræðin bendi til einingar alheimsins sem sé í samræmi við fornar andlegar kenningar.

Eðlisfræðingurinn Nick Herbert hefur skrifað um skammtaflækju í samhengi við hugmyndir um skynjun og meðvitund. Í bók sinni Quantum Reality: Beyond the New Physics (1985) skoðar hann hvernig skammtaflækja gæti verið lykillinn að skilningi á eðli meðvitundar og samtengingar.

Þetta sýnir svo ekki verður um villst að skammtaflækja hefur opnað dyr að nýjum möguleikum til að skilja heiminn – ekki aðeins í gegnum lögmál eðlisfræðinnar, heldur einnig með því að vekja grundvallarspurningar um tengslin á milli hluta og heilda, orsaka og afleiðinga. Fyrirbærið skorar á hin klassísku mörk milli hins efnislega og hins óefnislega og krefst þess að við endurhugsum grunnforsendur okkar um veruleikann sjálfan. Í stað einangraðra eininga blasir við framtíðarsýn þar sem samtenging og heildrænni sýn eru í forgrunni – þar sem það að skilja heiminn þýðir jafnframt að skilja hvernig allt í honum er óaðskiljanlega samtengt. Á þann hátt neyðir skammtaflækjan okkur til að takast á við þann möguleika að hinn efnislegi heimur sé aðeins hluti af stærri, órjúfanlegri veruleika sem enn bíður dýpri skilnings.

Athugasemdir

[Hörður Þormar, 6.1.2025 kl. 16:23]

Ég þakka greinagóðan og mjög áhugaverðan pistil.

[Ragnar Geir Brynjólfsson, 6.1.2025 kl. 16:53]

Takk fyrir innlitið og góð orð Hörður!