Teleportaatio - Todellisuus: Tieteisfiktiota pidemmälle

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Tieteiselokuvien sankareille teleportaatio on yleistä. Yksi napin painallus - ja ne liukenevat ilmaan, niin että parissa sekunnissa ne löytävät itsensä satojen ja tuhansien kilometrien päästä: toisesta maasta tai jopa toiselta planeetalta.

Onko tällainen liike todella mahdollista, vai jääkö teleportaatio ikuisesti kirjailijoiden ja käsikirjoittajien unelmaksi? Onko tällä alueella tutkimusta - ja olemmeko edes vähän lähempänä fantastisten toimintaelokuvien sankareille tutun tekniikan käyttöönottoa?

Lyhyt vastaus tähän kysymykseen on kyllä, kokeilut ovat käynnissä ja erittäin aktiivisesti. Lisäksi tiedemiehet julkaisevat säännöllisesti tieteellisissä aikakauslehdissä artikkeleita onnistuneista kvanttiteleportaation kokeista - yhä suurempiin etäisyyksiin.

Ja vaikka monet kuuluisat fyysikot epäilevät, pystymmekö koskaan teleporttamaan ihmisiä, jotkut asiantuntijat ovat paljon optimistisempia ja vakuuttavat, että teleportaatiot tulevat todeksi muutaman vuosikymmenen kuluttua.

Valheita, huhuja ja tarinoita

Selvitetään ensin, mistä tarkalleen ottaen puhumme. Teleportaatiolla tarkoitamme esineiden hetkellistä liikettä millä tahansa etäisyydellä, mieluiten valonnopeutta nopeammin.

Itse sanan keksi vuonna 1931 amerikkalainen publicisti Charles Fort, joka oli kiinnostunut paranormaalien ilmiöiden tutkimisesta. Analogisesti "television" kanssa, joka on johdettu kreikan sanoista τῆλε ("kaukana") ja latinalaisesta videosta ("nähdä"), kirjassaan "Taivaan tulivuoret" hän keksi termin kuvaamaan esineiden selittämättömiä liikkeitä avaruudessa. Latinaksi porto tarkoittaa "kantaa") …

"Tässä kirjassa tarkastelen ensisijaisesti todisteita siitä, että on olemassa jonkinlainen siirtovoima, jota kutsun teleportaatioksi. Minua syytetään suoranaisten valheiden, huhujen, tarinoiden, huijausten ja taikauskoiden yhdistämisestä. Tietyllä tavalla luulen niin. Ja tietyssä mielessä en. Annan vain tietoja", Fort kirjoittaa.

Tällaisista liikkeistä on todellakin monia myyttejä - esimerkiksi laajalle levinnyt legenda vuoden 1943 Philadelphia-kokeesta, jonka aikana amerikkalaisen hävittäjä Eldridgen väitetään teleportoituneen 320 km:n päähän.

Käytännössä kaikki tällaiset tarinat osoittautuvat kuitenkin vain salaliittoteoreetikkojen spekulaatioiksi, joiden mukaan viranomaiset piilottavat suurelta yleisöltä todisteet teleportaatiotapauksista sotilassalaisuudeksi.

Itse asiassa asia on päinvastoin: kaikista tämän alan saavutuksista keskustellaan laajasti tiedeyhteisössä. Esimerkiksi vain viikko sitten amerikkalaiset tutkijat puhuivat uudesta onnistuneesta kvanttiteleportaation kokeesta.

Siirrytään urbaaneista legendoista ja fantastisesta kirjallisuudesta tiukkaan tieteeseen.

"Pisteestä A pisteeseen B…"

Tarina todellisesta, ei kuvitteellisesta, teleportaatiosta alkoi vuonna 1993, kun amerikkalainen fyysikko Charles Bennett todisti matemaattisesti - kaavoja käyttäen - hetkellisten kvanttisiirtymien teoreettisen mahdollisuuden.

Tietenkin nämä olivat puhtaasti teoreettisia laskelmia: abstrakteja yhtälöitä, joilla ei ole käytännön sovellusta. Kuitenkin samalla tavalla - matemaattisesti - löydettiin jo esimerkiksi mustia aukkoja, gravitaatioaaltoja ja muita ilmiöitä, joiden olemassaolo vahvistettiin kokeellisesti paljon myöhemmin.

Joten Bennettin laskelmista tuli todellinen sensaatio. Tiedemiehet alkoivat tehdä aktiivisesti tutkimusta tähän suuntaan - ja ensimmäinen onnistunut kvanttiteleportaatiokoe suoritettiin muutaman vuoden sisällä.

Tässä on syytä korostaa, että puhumme kvanttiteleportaatiosta, eikä tämä ole aivan sama asia, jota olemme tottuneet näkemään tieteiselokuvissa. Paikasta toiseen ei välitetä itse materiaalia (esimerkiksi fotoni tai atomi - loppujen lopuksi kaikki koostuu atomeista), vaan tietoa sen kvanttitilasta. Kuitenkin teoriassa tämä riittää "palauttamaan" alkuperäisen kohteen uuteen paikkaan saatuaan tarkan kopion siitä. Lisäksi tällaisia kokeita tehdään jo menestyksekkäästi laboratorioissa - mutta siitä lisää alla.

Maailmassa, johon olemme tottuneet, tätä tekniikkaa on helpoin verrata kopiokoneeseen tai faksiin: et lähetä itse asiakirjaa, vaan tietoja siitä sähköisessä muodossa - mutta seurauksena vastaanottajalla on tarkka kopio. Sillä olennaisella erolla, että teleportaation tapauksessa itse lähetetty materiaali tuhoutuu, eli se katoaa - ja jäljelle jää vain kopio.

Yritetään selvittää, kuinka tämä tapahtuu.

Pelaako Jumala noppaa?

Oletko kuullut Schrödingerin kissasta – kissasta, joka istuu laatikossa ei elävänä eikä kuolleena? Tämän alkuperäisen metaforan keksi itävaltalainen fyysikko Erwin Schrödinger kuvaamaan alkuainehiukkasten salaperäistä ominaisuutta - superpositiota. Tosiasia on, että kvanttihiukkaset voivat olla samanaikaisesti useassa tilassa kerralla, jotka maailmassa olemme tottuneet sulkemaan toisensa kokonaan pois. Esimerkiksi elektroni ei pyöri atomin ytimen ympärillä, kuten aiemmin luulimme, vaan se sijaitsee samanaikaisesti kaikissa kiertoradan pisteissä (eri todennäköisyyksillä).

Ennen kuin avasimme kissan laatikon, eli emme mittaaneet hiukkasen ominaisuuksia (esimerkissämme emme määrittäneet elektronin tarkkaa sijaintia), siellä istuva kissa ei ole vain elossa tai kuollut - se on molempia elossa ja kuolleena samaan aikaan. Mutta kun laatikko on auki, eli mittaus on tehty, hiukkanen on yhdessä mahdollisista tiloista - eikä se enää muutu. Kissamme on joko elossa tai kuollut.

Jos tässä vaiheessa lakkasit täysin ymmärtämästä mitään - älä huoli, kukaan ei ymmärrä tätä. Maailman loistavimmat fyysikot eivät ole selittäneet kvanttimekaniikan luonnetta vuosikymmeniin.

Kvanttikietoutumisilmiötä käytetään teleportaatioon. Tällöin kahdella alkuainehiukkasella on sama alkuperä ja ne ovat toisistaan riippuvaisessa tilassa - toisin sanoen niiden välillä on jokin selittämätön yhteys. Tästä johtuen takertuneet hiukkaset voivat "kommunikoida" toistensa kanssa, vaikka ne ovat valtavan etäisyyden päässä toisistaan. Ja kun tiedät yhden hiukkasen tilan, voit ennustaa toisen tilan ehdottomalla varmuudella.

Kuvittele, että sinulla on kaksi noppaa, joiden summa on aina seitsemän. Ravistit niitä lasissa ja heitit yhden luun selkäsi taakse ja toisen eteesi ja peitit sen kämmenelläsi. Kun nostit kätesi, näit, että olet heittänyt esimerkiksi kuuden - ja nyt voit vakuuttaa, että toinen luu, selkäsi takana, putosi yhden ylöspäin. Loppujen lopuksi kahden luvun summan on oltava yhtä suuri kuin seitsemän.

Kuulostaa uskomattomalta, eikö? Tottumillamme nopalla tällainen luku ei toimi, mutta takertuneet hiukkaset käyttäytyvät juuri näin - ja vain näin, vaikka tämän ilmiön luonne on myös selittämätön.

"Tämä on kvanttimekaniikan uskomattomin ilmiö, sitä on mahdotonta edes käsittää", sanoo MIT:n professori Walter Levin, yksi maailman arvostetuimmista fyysikoista. vyöt! Voimme vain sanoa, että ilmeisesti näin maailmamme toimii."

Tämä ei kuitenkaan tarkoita ollenkaan, etteikö tätä mystistä ilmiötä voisi käyttää käytännössä - loppujen lopuksi se vahvistetaan toistuvasti sekä kaavoilla että kokeilla.

Käytännöllinen teleportaatio

Käytännön teleportaatiokokeet alkoivat noin 10 vuotta sitten Kanariansaarilla itävaltalaisen fyysikon, Wienin yliopiston professorin Anton Zeilingerin johdolla.

Palman saarella sijaitsevassa laboratoriossa tutkijat luovat parin kietoutuneita fotoneja (A ja B), ja sitten yksi niistä lähetetään lasersäteellä toiseen laboratorioon, joka sijaitsee viereisellä Teneriffan saarella, 144 km:n päässä. Lisäksi molemmat hiukkaset ovat superpositiotilassa - eli emme ole vielä "avaanneet kissan laatikkoa".

Sitten kolmas fotoni (C) liitetään koteloon - se, joka on teleportoitava - ja ne saavat sen olemaan vuorovaikutuksessa yhden sotkeutuneen hiukkasen kanssa. Sitten fyysikot mittaavat tämän vuorovaikutuksen parametrit (A + C) ja lähettävät tuloksena saadun arvon Teneriffalla sijaitsevaan laboratorioon, jossa sijaitsee toinen sotkeutunut fotoni (B).

Selittämätön yhteys A:n ja B:n välillä mahdollistaa B:n muuttamisen C-hiukkasen (A + C-B) tarkaksi kopioksi - ikään kuin se siirtyisi välittömästi saarelta toiselle ylittämättä valtamerta. Eli hän teleporttui.

"Me tavallaan poimimme alkuperäisen kantaman tiedon - ja luomme uuden alkuperäisen muualla", selittää Zeilinger, joka on jo teleportoinut tuhansia ja tuhansia alkuainehiukkasia tällä tavalla.

Tarkoittaako tämä sitä, että tulevaisuudessa tiedemiehet pystyvät teleportoimaan mitä tahansa esineitä ja jopa ihmisiä tällä tavalla - koostummehan mekin tällaisista hiukkasista?

Teoriassa tämä on hyvin mahdollista. Sinun tarvitsee vain luoda riittävä määrä kietoutuneita pareja ja kuljettaa ne eri paikkoihin sijoittamalla ne "teleportaatiokoppeihin" - esimerkiksi Lontooseen ja Moskovaan. Menet kolmanteen koppiin, joka toimii kuin skanneri: tietokone analysoi hiukkasten kvanttitilan, vertaa niitä sotkeutuneisiin ja lähettää nämä tiedot toiseen kaupunkiin. Ja siellä tapahtuu päinvastainen prosessi - ja tarkka kopiosi luodaan uudelleen sotkeutuneista hiukkasista.

Perusasiat ratkaistu

Käytännössä asiat ovat hieman monimutkaisempia. Tosiasia on, että kehossamme on noin 7 oktillionaa atomia (seitsemän jälkeen on 27 nollaa, eli seitsemän miljardia miljardia miljardia) - tämä on enemmän kuin tähtiä universumin havaittavassa osassa.

Ja loppujen lopuksi on tarpeen analysoida ja kuvata paitsi jokaista yksittäistä hiukkasta, myös kaikkia niiden välisiä yhteyksiä - loppujen lopuksi uudessa paikassa ne on kerättävä ihanteellisesti oikeassa järjestyksessä.

On lähes mahdotonta kerätä ja välittää tällaista määrää tietoa - ainakin nykyisellä teknologian kehitystasolla. Ei tiedetä, milloin tietokoneita, jotka pystyvät käsittelemään tällaisia tietomääriä, ilmestyvät. Nyt joka tapauksessa työskennellään laboratorioiden välisen etäisyyden lisäämiseksi, ei teleportoitavien hiukkasten lukumäärän lisäämiseksi.

Siksi monet tutkijat uskovat, että unelma ihmisen teleportoinnista on tuskin toteutettavissa. Vaikka esimerkiksi New York City Collegen professori ja tunnettu tieteen popularisoija Michio Kaku on vakuuttunut siitä, että teleportaatiosta tulee todellisuutta 2000-luvun lopulla - ja ehkä jopa 50 vuotta myöhemmin. Nimeämättä tiettyjä päivämääriä, jotkut muut asiantuntijat ovat yleensä hänen kanssaan samaa mieltä.

"Tässä on kysymys tekniikan parantamisesta ja laadun parantamisesta. Sanoisin kuitenkin, että peruskysymykset on ratkaistu - eikä täydellisyydellä ole enää rajoja", sanoo Kööpenhaminan yliopiston Niels Bohr -instituutin professori Eugene Polzik.

Matkan varrella herää kuitenkin monia muita kysymyksiä. Esimerkiksi, onko tällaisen teleportaation tuloksena saatu "kopio minusta" todellinen minä? Ajatteleeko hän samalla tavalla, onko hänellä samat muistot? Loppujen lopuksi, kuten aiemmin mainittiin, lähetetyn kohteen alkuperäinen tuhoutuu kvanttianalyysin seurauksena.

"Kvanttiteleportaation kannalta teleportoitavan kohteen tuhoutuminen on ehdottoman välttämätöntä ja väistämätöntä", vahvistaa Edward Farhi, joka johti MIT:n teoreettisen fysiikan keskusta vuosina 2004–2016 ja työskentelee nyt Googlella. muuttua joukoksi neutroneja, protoneja ja elektroneja. Et näyttäisi parhaalta."

Toisaalta puhtaasti materialistisesta näkökulmasta meitä ei määrää hiukkaset, joista meidät on valmistettu, vaan niiden tila - ja tämä tieto välitetään tutkijoiden mukaan erittäin tarkasti.

Haluaisin uskoa, että näin on. Ja että ihmiskunnan unelma teleportaatiosta ei muutu todeksi kuuluisassa kauhuelokuvassa, jossa päähenkilö ei huomannut, kuinka kärpänen lensi vahingossa hänen teleportaation hyttiin …