U ljeto 1935. fizičari Albert Einstein i Erwin Schrödinger vodili su bogatu, višestranu i ponekad neprijatnu prepisku o implikacijama nove teorije kvantne mehanike. Fokus njihove brige bio je ono što je Schrödinger kasnije nazvao zapletenost: nemogućnost neovisnog opisivanja dvaju kvantnih sustava ili čestica nakon međusobne interakcije.

Do svoje smrti, Einstein je ostao uvjeren da je zapletanje pokazalo kako je kvantna mehanika nepotpuna. Schrödinger je smatrao da je zaplet bio ključna značajka nove fizike, ali to nije značilo da ju je olako prihvatio. „Znam naravno kako hokus pokus funkcionira matematički’, napisao je Einsteinu 13. srpnja 1935. „Ali ne sviđa mi se takva teorija.’ Poznata Schrödingerova mačka, suspendirana između života i smrti, prvi se put pojavila u ovim pismima, kao nusprodukt nastojanja da se artikulira ono što je mučilo ova dva znanstvenika.

Problem je u tome što zapletenost poriče način na koji bi svijet trebao funkcionirati. Informacije ne mogu putovati brže od brzine svjetlosti. Ali u radu iz 1935. Einstein i njegovi koautori pokazali su kako zapletenost dovodi do onoga što se danas naziva kvantna nelokalnost, misteriozna veza koja izgleda da postoji između isprepletenih čestica. Ako se dva kvantna sustava susretnu a zatim odvoje, čak i na udaljenosti od tisuću svjetlosnih godina, postaje nemoguće izmjeriti značajke jednog sustava (kao što su njegov položaj, zamah i polaritet) bez trenutnog usmjeravanja onog drugog u odgovarajuće stanje.

Do danas, većina eksperimenata testirala je zapletenost preko prostornih praznina. Pretpostavka je da se “nelokalni” dio kvantne nelokalnosti odnosi na preplitanje svojstava u svemiru. Ali što ako se preplitanje događa i kroz vrijeme? Postoji li vremenska nelokalnost?

Čini se da je odgovor pozitivan. Taman kad ste pomislili da kvantna mehanika ne može biti čudnija, tim fizičara s Hebrejskog sveučilišta u Jeruzalemu izvijestio je 2013. da su uspješno zapleli fotone koji nikada nisu koegzistirali. Prethodni eksperimenti koji uključuju tehniku ​​nazvanu “zamjena zapleta” već su pokazali kvantne korelacije kroz vrijeme, odgađajući mjerenje jedne od koegzistirajućih zapletenih čestica; ali Eli Megidish i njegovi suradnici prvi su pokazali zapletenost fotona čiji se životni vijek uopće nije preklapao .

Evo kako su to učinili. Prvo su stvorili zapleteni par fotona, ‘1-2’ (korak I na donjem dijagramu). Ubrzo nakon toga, izmjerili su polarizaciju fotona 1 (svojstvo koje opisuje smjer oscilacije svjetlosti) – čime su ga ‘ubili’ (korak II). Foton 2 poslan je u potjeru za divljim guskama dok je stvoren novi zapleteni par, ‘3-4’ (korak III). Zatim je izmjeren foton 3 zajedno s putujućim fotonom 2, na takav način da je odnos zapletenosti “zamijenjen” sa starih parova (‘1-2’ i ‘3-4’) u novi kombinirani ‘2-3’ (korak IV). Nešto kasnije (korak V), mjeri se polarizacija jedinog preživjelog fotona 4, a rezultati se uspoređuju s rezultatima davno umrlog fotona 1 (povratak na korak II).

(Slika 1. Dijagram vremenske linije: (I) Rođenje fotona 1 i 2, (II) otkrivanje fotona 1, (III) rođenje fotona 3 i 4, (IV) projekcija fotona 2 i 3, (V) otkrivanje fotona 4.)

Rezultat? Podaci su otkrili postojanje kvantnih korelacija između “vremenski nelokalnih” fotona 1 i 4. Odnosno, do preplitanja može doći u dva kvantna sustava koji nikada nisu koegzistirali.

Što to može značiti? Na prvi pogled čini se kontroverznim, jednako kao reći da je polaritet zvjezdane svjetlosti u dalekoj prošlosti (recimo, više nego dvostruko starijoj od životnog vijeka zemlje) ipak utjecao na polaritet zvjezdane svjetlosti koja je ove zime prodirala kroz vaš amaterski teleskop. Još bizarnije: to možda implicira da su mjerenja koja je vaše oko provodilo nad svjetlošću zvijezda koja je dolazila kroz vaš teleskop ove zime nekako diktirala polaritet fotona starih više od devet milijardi godina.

Da vam se ovaj scenarij ne bi učinio previše neobičnim, Megidish i njegovi kolege ne mogu odoljeti špekulacijama o mogućim i prilično sablasnim interpretacijama njihovih rezultata. Možda mjerenje polarizacije fotona 1 u koraku II nekako upravlja buduću polarizaciju 4, ili mjerenje polarizacije fotona 4 u koraku V nekako prepisuje prošlo polarizacijsko stanje fotona 1. U smjeru naprijed i natrag, kvantne korelacije obuhvaćaju uzročnu prazninu između smrti jednog fotona i rođenja drugog.

Ipak, samo žlica relativnosti pomaže da stvari izgledaju manje sablasno. Razvijajući svoju teoriju posebne relativnosti, Einstein je svrgnuo koncept istovremenosti s njegovog newtonovskog pijedestala. Kao posljedica toga, istovremenost je prešla iz apsolutne u relativnu vrijednost. Ne postoji jedinstveni mjeritelj vremena za svemir – kada se nešto događa ovisi o vašoj točnoj lokaciji u odnosu na ono što promatrate, što je poznato kao vaš referentni okvir. Dakle, ključ za izbjegavanje neobičnog uzročnog ponašanja (upravljanja budućnošću ili mijenjanje, tj. ponovno ispisivanje prošlosti) u slučajevima vremenskog razdvajanja znači prihvatiti da nazivanje događaja “simultanim” ima malu metafizičku vrijednost. To je samo svojstvo specifično za okvir, izbor između mnogih ali jednako mogućih alternativa – stvar dogovora ili vođenja evidencije.

Isto se direktno odnosi i na prostornu i vremensku kvantnu nelokalnost. Misteriji vezani uz zapletene parove čestica predstavljaju neslaganja oko označavanja, kao posljedica relativnosti. Einstein je pokazao da nijedan slijed događaja ne može biti metafizički privilegiran, da se ne može smatrati stvarnijim nego bilo koji drugi. Samo prihvaćanjem ovog saznanja može se napredovati u ovakvim kvantnim zagonetkama.

Razni referentni okviri u eksperimentu Hebrejskog sveučilišta (okvir laboratorija, okvir fotona 1, okvir fotona 4 i tako dalje) imaju svoje “povjesničare”, da tako kažem. Iako se ovi povjesničari neće složiti oko toga kako su se stvari odvijale, niti jedan od njih ne može imati monopol na istinu. Unutar svakog se odvija različit slijed događaja, prema njegovom prostorno-vremenskom gledištu. Jasno je, dakle, da će svaki pokušaj dodjeljivanja svojstava specifičnih za okvir općenito, ili vezivanje općih svojstava za jedan određeni okvir izazvati sporove među povjesničarima. No, evo u čemu je stvar: iako bi moglo postojati legitimno neslaganje oko toga koja bi svojstva kojim česticama trebala biti dodijeljena i kada, ne bi trebalo biti neslaganja oko postojanja ovih svojstava, čestica i događaja.

Ova otkrića otvaraju još jedno neslaganje između naše drage klasične intuicije i empirijske stvarnosti kvantne mehanike. Kao što je vrijedilo za Schrödingera i njegove suvremenike, znanstveni će napredak uključivati ​​istraživanje ograničenja određenih metafizičkih stavova. Schrödingerova mačka, poluživa i polumrtva, stvorena je da ilustrira kako zapletenost sustava dovodi do makroskopskih pojava koje prkose našem uobičajenom razumijevanju odnosa između predmeta i njihovih svojstava: organizam poput mačke je ili mrtav ili živ. Tu nema sredine.

Većina suvremenih filozofskih prikaza odnosa između predmeta i njihovih svojstava prihvaća zapletenost samo iz perspektive prostorne nelokalnosti. Ali još uvijek treba obaviti značajan posao na inkorporiranju vremenske nelokalnosti, ne samo u rasprave o svojstvu predmeta, već i u rasprave o materijalnom sastavu (kao što je odnos između grude gline i kipa koji se može napraviti od nje), te odnosu dijela i cjeline (kao što je odnos ruke prema udu ili uda prema osobi). Na primjer, “zagonetka” o tome kako se dijelovi uklapaju u cjelinu pretpostavlja jasno izražene prostorne granice među temeljnim komponentama, ali prostorna nelokalnost upozorava protiv toga. Vremenska nelokalnost dodatno komplicira ovu sliku: kako netko može opisati nešto čiji sastavni dijelovi nisu niti suživotni?

Razumijevanje prirode zapletenosti ponekad može biti neugodan projekt. Nije jasno koja bi se suštinska metafizika mogla pojaviti iz uvida u fascinantna nova istraživanja poput Megidisha i drugih fizičara. U pismu Einsteinu, Schrödinger ironično primjećuje (i primjenjuje neobičnu metaforu): “Ima se osjećaj da se upravo najvažnije izjave ove nove teorije mogu zaista utisnuti u ove španjolske čizme – ali samo s poteškoćama.” Ne možemo si priuštiti ignoriranje prostorne ili vremenske nelokalnosti u budućoj metafizici: bez obzira pristaju li čizme, morat ćemo ih nositi.

Elise Crull, Aeon