Füüsikalise maailma veidrus sai miljardite aastate tagant järjekordse kinnituse

Pilt on illustreeriv. Foto: Handout / Reuters / Scanpix

Teadlased kasutasid kvantfüüsika argimõistusele täiesti hoomamatu veidruse kinnitamiseks ära miljardite valgusaastate kaugusel asuvate tähtede valguse.

Kvantfüüsika on jätkuvalt ka teadlastele suures osas müstiline osa füüsikast – selle valemite põhjal loodud ennustused peavad paika ning seega teame me Universumi pisema taseme füüsikat piisavalt hästi, et seda reaalselt rakendada. Samas on kvantfüüsika toimemehhanismid jätkuvalt suuresti teadmata, kirjutab Science Alert.

Üks võimalik seletus kvantmaailma arusaamatusest on, et meil võib lihtsalt puududa mingi oluline pusletükk kogu pildi nägemiseks – võib-olla suudab nn klassikaline füüsika siiski kvantmehaanikale seletuse anda, kuid me ei ole seda veel lihtsalt välja mõelda suutnud?

Üks kõige veidramatest kvantnähtustest, millele füüsikud seletust otsivad, kannab nime kvantpõiming, mis kirjeldab kahe osakese omavahelist seletamatut seotust. Alustuseks ütleb kvantfüüsika, et osakestel, olgu need siis elektronid, prootonid, footonid või miski muu, ei ole olemas omadusi seni, kuni inimene neid ei mõõda. Enne seda, kui me mõne osakese spinni, asendi või mõne muu omaduse kindlaks teeme, tal justkui ei olegi seda.

Asi läheb aga veelgi segasemaks, kuna osakesi on võimalik omavahel ühendusse viia ehk põimida niimoodi, et isegi kui need üksteisest tohutute vahemaade taha viia, siis teame kohe ka midagi teise kohta – tema olek muutub ebamäärasest kõikide võimaluste pilvest konkreetseks väärtuseks. Kogu idee on niivõrd ebatavaline, et koguni Albert Einstein hakkas seda ühel hetkel nimetama «tontlikuks kaugmõjuks».

Kogu asi on võrreldav sellega, kui ostaksite kingapaari, aga ei tohiks karpi avada enne koju jõudmist. Kui selle aga kord avate, siis ei saa te teada mitte ainult seda, et karpi on kogemata sattunud ainult üks king vaid ka seda, et teine king peab olema parema jala oma. Kuniks te aga karpi avanud ei ole, on tõenäosus saada parem või vasak king mõlemad 50 protsenti.

1960. aastatel töötas iiri füüsik John Stewart Bell aga välja käputäie teoreeme, mille abil peaks olema teoreetiliselt võimalik kvatfüüsikat ümber lükata. Kogu asja eesmärk ei olnud aga areneva teadusharu hävitamine, vaid pigem oletatavate salajaste jõudude olemasolu tõestamine või ümberlükkamine.

Üks tema kirjeldatud võimalikest kvantnähtusi põhjustavatest tavafüüsika nähtustest on nn valikuvabaduse küsimus – kas pole ehk võimalik, et tegelikult ei kaasne põimumisega osakese oleku ülekandumist, vaid miski hoopis loob info ülikiirest liikumisest illusiooni? Tulles tagasi kingade analoogi juurde – ehk on tegemist riukaliku kingamüüjaga, kes pakib teadlikult kaasa vaid ühe jalanõu?

Samamoodi on ka võimalik, et füüsikalaboris toimib kahe põimunud osakese vahel mõni meile tundmatu jõud, mis määrab ka osakeste omavahelised seosed ja loob seega põimumise illusiooni. Üks viis, kuidas seda vältida, on eraldada üksteisest mõõtmise valikud – millist osakese omadust mõõta? – ja reaalsed mõõtmised. Sisuliselt teha kogu asi võimalikult juhuslikuks. Selleks on aga mõistagi erinevaid võimalusi.

Üks hiljutine eksperiment hõlmas endas näiteks üle 100 000 arvutimänguri, kelle mängus tehtud valikute põhjal kvantveidrus kinnitust leidis.

Seekordses uuringus võtsid Massachusettsi Tehnikainstituudi teadlased aga kasutusele väga vana ja kauge informatsiooni, täpsemini ühelt 12,2 miljardi ja ühelt 7,8 miljardi valgusaasta kauguselt kvasarilt meieni jõudnud valguse. Täpsemini kasutati kaht teleskoopi nende tähtede valguse värvuse mõõtmiseks ning seda infot kasutati põimunud footonite polariseerituse mõõtmise otsuste tegemiseks.

Uuringu tulemusel tehti korrelatsioon kindlaks 30 000 prootonipaari puhul, mis on enam kui piisav Bell’i seatud tingimuste kinnitamiseks. Sisuliselt võib tähtede valguselt saadud infot võrrelda 12,2 ja 7,8 miljardi aasta eest tehtud kulli ja kirja viskamisega. Selline ajavahe on aga piisav, et välistada kulissidetaguse kujundliku kingamüüja mahhinatsioonid. Õigemini vähenes sellise salamõju tõenäosus allapoole ühe saja miljardi miljardiku. Oleks ju kogu vandenõu pidanud kestma vähemalt 12,2 miljardit aastat.

Uuring ilmus ajakirjas Physical Review Letters.