Kvantum-radar 3.

Csak HD felbontásban, teljes képernyőn / sötétségben élvezhető!
Vimeo változat lent (ha esetleg torzulna a Youtube hangsáv - köszönjük a visszajelzést!)
Megjegyzés - A továbbiakat csak a rövidfilm megtekintése után érdemes átolvasni

Ami filmünkből kimaradt

Bár a videóban részletesen, több száz fotó, egyéb felvétel és illusztráció segítségével mutatjuk be mini időfizikai-, kvantum-optikai laboratóriumunkat, illetve az azzal összekötött, távvezérelhető csillagászati távcső működését - ennek ellenére jó néhány fontos kiegészítés már nem fért bele az igencsak hosszúra nyúlt anyagba. Ilyen például:

A Paradoxonok kérdésköre

Tegyük fel, hogy elméleti felvetésünk helyes és a távcsővel - kvantumfizikai szinten - valóban a jövőbe láthatunk. Okozhat-e ez elvben paradoxont? Első ránázásre igen. Hiszen ha láthatjuk a jövőt, akkor talán megkísérelhetnénk tenni valamit, hogy mégse az következzen be, amit láttunk és máris ellentmondáshoz jutottunk. De mi van, ha valamilyen trükkös módon és okból kifolyólag bármit is teszünk, a már megismert jövőt nem változtathatjuk meg? (Rengeteg sci-fi foglalkozik ezzel a témával, amelyek ötletesebbnél ötletesebb, mégis igen szórakoztató módon vezetik le, mi történik, ha valaki megpróbálja megváltoztatni a megváltoztathatatlant - a szerk.)

Térjünk vissza kísérletünkhöz. Ha a téridőben szétvált, mégis összefonódott foton-ikerpárok egyik nyalábját a Hold felé irányítjuk, akkor a helyi ikerpár tulajdonságainak megmérésével majdnem pontosan 1 másodperccel korábban tudhatjuk meg, mi lesz majd égi kísérőnkön a másik ikerpár jövője. Leegyszerűsítve: 1 másodperccel láthatunk a jövőbe, ha a Holdat vizsgáljuk. Ha a Nap, vagy éppen a Mars a célpont, akkor azok távolságából adódóan 7, esetleg 8 percnyi "előnyünk" lehet, ennyivel korábban érzékelhetnénk például egy még be sem következett napkitörést. A legközelebbi csillag, az Alpha Centauri 4 és fél fényévre van tőlünk, tehát annak jövőjét - ezzel összhangban 4 és fél fényévvel előre láthatnánk. A Tejútrendszerhez legközelebbi galaxis - az Androméda-köd - egyes, kvantumfizikai szintű, most még nem is létező tulajdonságait pedig 2 millió évvel korábban érzékelhetnénk (normál távcsöveinkkel ehhez képest most olyan formában / irányban és olyannak látjuk, amilyen 2 millió évvel ezelőtt volt).

Tehát jelenlegi kísérletünkkel soha nem a saját, helyi jövőnket, hanem egy tőlünk távoli objektum jövőjét érzékelhetnénk. Ez egyszerűen abból következik, hogy a világűr felé irányított iker-fotonok - a mi inercia-rendszerünk viszonylatában - pont fénysebességgel távolodnak tőlünk, méghozzá a fénykúp jövő idejű palástjának hiperfelszínén. Így tehát alapesetben nem azt tudjuk megmondani, hogy mi lesz 1 év múlva "itt", hanem, hogy mi lesz 1 év múlva éppen 1 fényévnyire tőlünk.

Ez azt jelenti, hogy a megfigyelt, jövőbeli tulajdonság, jellemző vagy esemény mindig éppen olyan messze lesz tőlünk, hogy már elvben sem tudnánk semmit tenni, hogy azt megváltoztassuk (hiszen még egy fénysebességgel haladó űrhajóval sem lennénk rá képesek, mindig éppen lekésnénk azt). Ezzel csodálatos módon megmaradt a kecske és a káposzta is - a jövőbe láttunk és meglehetősen elegáns módon elkerültük a paradoxonok kialakulásának lehetőségét.

És bár így egyetlen szerencsejátékot sem fogunk jövőbe látással megnyerni, képességünk akkor is rendkívüli: a jövőbe látás még akkor is hatalmas előny, ha a megfigyelt jövő megváltoztatása képtelenség. Gondoljunk csak a napkitörések előrejelzésére. Hiszen ha 8 és fél perccel előre tudjuk, ami még meg sem történt, akkor annak hatásai legkorábban 17 perc múlva érik el a Földet. Ez már elég idő lenne például a műholdak megvédéséhez - de ez csak egy praktikus példa - szerencsére katonai alkalmazása ma még teljesen értelmetlen, ám a tudományos lehetőségek tárháza már most is szinte kimeríthetetlen volna.

Kijátszható a paradoxon?

Jogosan merülhet persze fel bárkiben a kérdés, hogy mi történik, ha megpróbáljuk "kicselezni" jövőbe látó kísérletünket, például úgy, hogy egy tükröt helyezünk el a távoli világűrben, ami pont a Földünk egy előre kiszámított, jövőbeli pontját veszi célba, majd a távcső segítségével errefelé irányítjuk iker-fotonjainkat (melyek így visszaverődnek hozzánk).

Ezzel a jövőből múltba történő információáramlás visszakerül a helyi fénykúp belsejébe, és így azt remélhetnénk, hogy a saját (elvben befolyásolható) jövőnk megismerésére is felhasználható a kísérlet. Csak találgatni tudunk, hogy milyen trükkel jelentkezne az univerzum, hogy elkerülje az így kialakuló paradoxonok lehetőségét (ha erre egyáltalán szükség van) - de lehetséges, hogy valami hasonló történne, mint az ún. "Késleltetett választásos kvantumradír" esetében.

Ezzel a híres és döbbenetes kísérlettel már eredeti, 2010-es cikkünkben is nagyon sokat foglalkoztunk, hiszen végső soron abból vezettük le mind a fénysebességnél gyorsabban zajló kommunikáció lehetőségének esélyét, és persze a kvantum-radar megépítésének esetleges létjogosultságát, alapötletét is. Amit igen kevesen vettek észre, hogy ott - a kísérlet topológiai elrendezése miatt - a későbbi (idler) foton-becsapódást érzékelő, D1-D4 detektorok éppen az alkalmazott tükrök miatt benne voltak a korábban célba érő foton-ikreket érzékelő "D0" detektor-ernyő jövő idejű fénykúpjának belsejében. Ebből következően fennáll(hat)ott volna a még be sem következettt, de már érzékelt jövő megváltoztatásának, idő-paradoxonok kialakulásának lehetősége.

Noha az összefüggés nem tekinthető közvetlennek a topológia és a paradoxon lehetőségének elkerülése között, mégis figyelemreméltó, hogy a Késleltetett választásos kvantumradír-kísérletben a D0 ernyőről önmagában még soha nem lehetett következtetni a foton ikerpárjának sorsára, ehhez mindig meg kellett várni az egybeesési számláló párosítást lehetővé tévő, időszinkron adatait. Utólag persze mindig be lehetett bizonyítani,hogy a kísérlet "látta előre a jövőt", de az egybeesési számláló adatai is csak fénysebességgel érhettek "vissza", így elképesztően trükkösen, de mégis kicselezve a kutatókat. A D0 ernyőn önmagában csak statikus "fehér zaj" látszódott, amiről később mindig kiderült, hogy benne volt a jövő mintázata - de mindig csak annyival később, hogy azt már ne lehessen a "jövőben már bekövetkezettek" megváltoztatására felhasználni.

Leegyszerűsítve úgy képzelhetjük el az egészet, hogy kapunk a jövőből egy táviratot, ami totális halandzsának látszik. Mint egy titkosírás, ahol látszólag véletlenszerűen követik egymást a betűk és az írásjelek. Viszont utólag megkaphatjuk hozzá a kódkulcsot, vagy jelszót és amikor azzal visszafejtjük a "halandzsát", kiderül, hogy az igazi, értelmes és akkor még nem is létező információt tartalmazott a jövőről - de a kódkulcsot mindig csak utólag tudtuk megszerezni. Másképp fogalmazva: a jövőbe láttunk, de nem érthettük, mit látunk. Így lehet talán a legjobban megérteni és érzékeltetni, hogyan "cselezhet" ki minket is a világegyetem, ha megpróbálunk trükközni a jövőbe látással - annak befolyásolása céljából. Sokkal nagyobb esély van tehát a már nem befolyásolható jövő megismerésének, mint a sajátunkénak. De ez azért felvet néhány elég mélyreható filozófiai kérdést.

Sérülhet-e a kauzalitás?

A világunkban uralkodónak tekintett ok-okozati viszonyok időbeliségét - vagyis, hogy az okozat nem előzheti meg a kiváltó okot - a logika és gondolkodásmódunk alaptételének tekinthető. Ez azonban csak egy buta axióma, amit nem tudunk sehogyan sem bizonyítani, sem másból levezetni. Egyszerűen csak így látjuk, mivel kizárólag így tudjuk értelmezni a minket körülvevő univerzumot.

A kauzalitás a logikában általában egy olyan implikáció, ahol egy esemény vagy hatás kivált egy másikat, amelyet időben későbbinek tekintünk. Ez egyébként már Newton híres alaptörvényénél is megkérdőjelezhető, hiszen a klasszikus mechanikában ismert hatás-ellenhatás törvénye - a fellépő ellenerő megjelenése - azonnali. Ha belerúgunk gyermekkorunk egy kedves emlékét őrző, piros pöttyös labdába, a labda is belénk rúg, ugyanakkora erővel és időkésleltetés nélkül (csak éppen a labda könnyebb, azért nem mi repülünk el). Ennek ellenére szeretjük azt hinni, hogy az eseménysor minden egyes eleme időben folytonos és előremutató - vagyis az, hogy a labda a kedvenc szomszédunk medencéjébe esik és előtte felborítja azt a nagyon drága, a házi úszómedence szélén csábító koktélt, az annak a (korábbi) eseménysornak, vagy kiváltó oknak az időben későbbi következménye, hogy a piros pöttyös játékunkba csúnyán belerúgtunk. A fentiek alapján érdemes lehet azonban eljátszani a gondolattal, hogy teljesen bizonyosan ez az egyetlen lehetőség, mármint az idő irányát tekintve?

Amikor miniatűr kvantum-optikai laboratóriumunkban látszólag az idővel manipulálunk, valójában nem teszünk semmi igazán "gonosz" dolgot. Csak megpróbálunk kihasználni egy olyan, a relativitás elméletéből bizonyítottan következő jelenség - igaz, szélsőséges, extrém megjelenési formáját, amelyet úgy nevezünk, hogy

"Idődilatáció"

Az idődilatáció lényegében abból következik, hogy eltérő sebességgel mozgó inerciarendszerekben másképp telik az idő (minél jobban megközelítjük a fénysebességet. annál lassabban). Ha elérnénk a fénysebességet, akkor az éppen megszűnne létezni (nem telne az idő). És bár tömeggel rendelkező részecskék esetében ez csak végtelen energiával volna lehetséges, szerencsére kísérletünkben mi eleve tömeg nélküli fényrészecskéket - fotonokat használunk. Ha pedig ezek a fotonok össze vannak fonódva helyben lefényképezett / érzékelt ikertestvéreikkel, akkor végső soron így zérus idő alatt juthat vissza hozzánk információ a jövőből. Ez pedig úgy értelmezhető, mint egy

Foton-"Virtuális tachion interakció"

Tachionok azok a - feltételezett, de még nem bizonyítottan létező - részecskék, melyek a fénynél eleve gyorsabban mozognak és ezt - a közhiedelemmel ellentétben - nem tiltja sem a speciális, sem az általános relativitás elmélete (csupán a fénysebesség, mint határsebesség átlépését). A negatív megoldásból következik viszont az a furcsa tény, hogy ezek a "szellem-részecskék" egyben saját múltjukba is utaznak. Összefonódott, a távoli jövőben elnyelődő fotonunkat ily módon végső soron egy virtuális, információt hordozó tachionnak is tekinthetjük, ami "negatív fénysebességgel" haladva, a hipertér síkjára tükörszimmetrikusan haladva juthat vissza hozzánk, a fénykúp jövő idejű palástjának hiperfelszínén, a jelenbe. 

Akkor ez most azt jelenti, hogy a jövő okozza a múltat?

Nem. Ezt feltételezni a lehető legnagyobb félreértése volna felvetéseinknek. Az egyetlen, paradoxont nem okozó feloldása a kérdésnek az, hogy a jövő és a múlt kölcsönösen alakítják ki a jelent - fénysebességgel haladó részecskék esetén. Ez kényszerűen - és egyben csodálatra méltóan - következik abból, nem beszélhetünk időben elkülönülő okról és okozatról. Ahol fotonok vannak - vagy bármely, fénysebességgel terjedő bozonok - ott az idő dimenziója nem játszik szerepet. Leegyszerűsítve - ez az extrém határeset lehet az első ékes bizonyítéka - vagy ráutaló jele - annak, hogy Az ok és az okozat valójában nem implikációk, hanem ekvivalenciák.

A kauzalitás szimmetrikus. 

Talán mindig is az volt, csak az idő - általunk szubjektíven megélt - illúziója eddig ezt sosem engedte felismerni. Ez azt is jelenti, hogy a kauzalitási axióma nem dől meg - az okozat tényleg soha nem előzi meg a kiváltó okot - ám olyan extrém vonatkoztatási-rendszerekben, mint a fényé, egyenértékűvé válnak. Mégis, ezt tapasztalni - megélni és felfogni nem kevésbé észbontó lehet. És persze azt is tegyük hozzá, hogy ez csupán jelen cikkünk szerzőjének - megalapozottnak vélt - de mégis csak egyedi véleménye.

És ha a kvantum-radar működik, akkor az azt jelenti, hogy a jövő már létezik?

Igen, ez azt jelentené - azonban ebből még nem feltétlenül következne, hogy csak egyetlen lehetséges jövő létezik. Nagyon szépen utalhatna ugyanakkor arra, amit már nagyon régóta sejtünk, hogy az idő is éppúgy csak egy dimenzió, mint a tér bármelyik kiterjedése - csupán mi, emberek nem vagyunk képesek azt valamiért érzékelni (vagy a jövőre emlékezni).

Ha eltekintünk egy pillanatra ettől - mármint, hogy az időt (vagy annak illúzióját) csupán egy irányban a múltból a jövő felé, tehetetlenül sodródva vagyunk képesek megélni - akkor is érdekes felvetni a kérdést, hogy miből gondoljuk a múltat szilárdabbnak, "már megtörténtebbnek", mint a jövőt. Hiszen a korábbi cikkünkben részletesen leírt "intergalaktikus késleltetett választásos kvantumradír kísérlet"-ből pont az következik, hogy a múlt legalább olyan képlékeny lehet, mint amilyennek a jövőt gondoljuk.

Pedig, ha igaz az, ami a fenti kísérlet tanulságaiból levonható ("A múlt nem létezik, amíg meg nem mérjük a jelenben" - J. Wheeler), akkor akár a jövővel kapcsolatban is megkockáztathatjuk ugyanezt. 

Megváltoztatható a már létező jövő?

Tegyük fel, hogy a kvantum-radar kísérlet működik, és - például - kiválóan tudjuk vele érzékelni a még be sem következett napkitöréseket, viszont a saját jövőnkbe tükrökkel visszakényszerítve megmérjük és kiderül, hogy valahogy mégis meg tudjuk változtatni azt.

Ez nagyon jó hír volna, hiszen arra utalna, hogy létezik szabad akarat, és - még ha létezik is a jövő - abból végtelen sok változat van és "választhatunk", hogy melyikben akarunk élni. Ez azonban már filozófia - csak akkor van értelme tovább boncolgatni, ha eljutunk oda, hogy a kísérlet valóban zérusnál több információt képes visszanyerni a jövőből.

Ha kész a kvantum-radar, akkor miért nincs még egyetlen kép sem a jövőről?

A videón látottak alapján talán úgy tűnhet, mini laboratóriumunkban összeállított kísérlet már annyira előrehaladott állapotban van, hogy szinte bármelyik tiszta éjjelen letapogathatnánk és vizualizálhatnánk a világűr egyes, tetszőlegesen kiválasztott részeinek jövőjét. Ám még ha az elv helyes is, hihetetlenül sok akadályt kell még leküzdeni, hogy erre esély legyen - erre utaltunk is rövidfilmünkben. A teljesség igénye nélkül, csak néhány "apró", megoldandó kellemetlenség -

- Divergencia, illetve a távcsőből kibocsájtott iker-fotonok nyalábjának fókuszálása. Ez elsősorban a távcső tükrének nagyságától / minőségétől, a fókuszáló mechanika pontosságától, valamint a bejövő üvegszál átmérőjétől függ. Jelenleg egy 10 cm-es főtükröt használunk a távvezérelhető robot-távcsőben (az ideális legalább 30-50 cm-es lenne), a fókuszálást majdnem lehetetlen kézzel pontosan beállítani (az ikerfotonok olyan halványak és ráadásul nagyrészt infravörös tartományba esnek, hogy gyakorlatilag láthatatlanok), az üvegszál pedig 400 mikrométeres (az ideális 50-100 mikrométer lennne, de inkább még kevesebb). Ebből következően mostani legjobb eredményünk 2 m-es átmérőjű nyaláb kb. 2 km-en - ez látható a Szabadság-szobor talpazatán tükröződő fényen-, így ezt is csak segédlézerrel tudtuk ellenőrizni (lásd videónkban). Természetesen ezek megoldható problémák, a következő 1-2 évben igyekszünk elérni az optimális értékeket

- Kolliminátor lencse (vagy tükör) optikai tengelyének hiperfinom beállítása. A videón látható aszférikus lencsetag felelős azért, hogy a BBO kristályból kilépő ikerfotonok egyik nyalábját befogja és a távcső főtükrének fókuszába továbbítsa. Ezt kézzel pontosan beállítani szinte lehetetlen, főleg, ha egy adott hullámhosszra és síkra kell azt optimalizálni (kettős BBO kristály és a tervezett interferometriai kiegészítések esetén pedig még a kettős fénykúp kereszt-polarizációs metszetét is el kell találni). Jelenleg még néhány száz (talán ezer) próbálkozás után is csak hozzávetőlegesen sikerült - feltehetőleg - értékelhető hatékonysággal begyűjteni az I-es típusú lekonvertálódott fotonokat, amit a másik, helyben maradó nyalábra történő szándékosan elrontott fókusszal próbáltunk kompenzálni (hogy legyen egyáltalán olyan lefényképezett foton közöttük, amelynek az ikerpárja a megfelelő világűr-tériránnyal kapcsolódott össze). Ez elvben lehetséges, ám tovább rontja az esélyeket a hiperfinom fluktuációk kimutatására. A probléma megint csak gyakorlati jellegű, "könnyedén" megoldható néhány nagyságrenddel pontosabb optikai pozícionáló elemek használatával, szintén a következő 1-2 év során.

- Még nincs kész a hullámfüggvény-összeomlást vizsgáló interferométer. A 2010-es cikkben még kétrés-kísérletet vízionáltunk, ám a gyakorlatban könnyebben megvalósíthatónak tűnik a II-es típusú lekonvertálódás során keletkező dupla fénykúp kereszt-polarizációsan összefonódott fotonjainak vizsgálata. A kísérlet elvben enélkül is működhet - például fekete lyukakat találhatunk vele - de a legtöbb információt vélhetően interferometrikus hullámfüggvény-összeomlás vizsgálatával lehetne kinyerni a jövőből (pontosabban, sokkal nagyobb eséllyel lehetne fluktuációkat találni). Az interferométert várhatóan 2014-2015-ben sikerül majd a rendszerbe illeszteni.

Ez csak néhány kiragadott nehézség, de bízunk benne, hogy az első eredmények talán már 2015-ben megszülethetnek. 

Mielőtt pezsgőt bontanánk

Videónkban is kiemeltük - bármilyen érdekfeszítően is hangzik mindez, még egyszer, minden épeszű lénynek fel kell tennie a kérdést, legalább elméletben – lehetséges-e ez egyáltalán? És ha igen, akkor milyen fizikai elven működhetne ez a látszólagos képtelenség? Tiltja-e bármilyen természeti alaptörvény, hogy információt nyerjünk ki a jövőből, pontosabban a jelenből induló fénykúp palástjának jövő idejű felületére eső hipertérből?  

Véleményünk szerint a választ a relativitás-elmélet és a kvantumfizika csak együtt adhatják meg. Az idődilatációban, más kauzális jelenségekkel együtt is megnyilvánuló összefonódottság a kvantum-korreláció speciális esete, ugyanakkor a relativitás elméletéből következik, hogy a fénysebességgel terjedő foton számára nem telik az idő, így – számukra - nincs is semmilyen időkülönbség. De tér és így távolság sincsen - a fotonnak nem kell áthaladnia azon a több millió, vagy milliárd fényévnyi űrön ahhoz, hogy elérje felfoghatatlanul távoli végcélját, sem pedig, hogy elérje a fényképező közeli lencséjét. Ezek számára ugyanott és ugyanakkor történnek. Összegezve és leegyszerűsítve, a foton  - idézőjelbe véve - észre sem veszi, hogy számunkra kettévált. A foton szemszögéből - a relativitás elméletéből következően - a mi dimenzióink egyáltalán nem is léteznek. A foton vonatkoztatási rendszerében a kibocsájtás és az elnyelődés időpillanatai között nincs különbség és térbeli távolság sem.

Másképp megközelítve - a legszebb az egészben az, hogy a relativitás elmélete nem csak, hogy nem tiltja a fénysebességnél gyorsabban történő információáramlást, hanem éppen hogy alátámasztja a kvantum-radar kísérlet létjogosultságát. Einstein híres elméletéből ugyanis az következik, hogy ha valami fénysebességnél gyorsabban halad, akkor az egyben saját múltjába is utazik. Gondoljunk csak bele – ha a világűrbe kilőtt ikerfoton a mi szemszögünkből nézve a távoli jövőben ér csak célba, és a téridő ezen pontjából –idézőjelben véve - negatív fénysebességgel haladó információ nyerhető ki, akkor az az időben visszafelé terjedve éppen a mi jelenünkben lesz megfigyelhető. Bármilyen elképesztően is hangzik tehát mindez, a kvantumfizikai szintű jövőbe látás ezen módja nem ellentétes jelenlegi fizikai ismereteinkkel. Filmünkben a foton saját interciarendszerét tekintve is elemeztük; csak így érthetjük meg, hogy hogyan is láthatja előre ez az illúzív fény-részecske saját jövőjét.