Teleportasie - Realiteit: Beyond Science Fiction

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Vir die helde van wetenskapfiksiefilms is teleportasie 'n algemene ding. Een druk van 'n knoppie - en hulle los in die lug op, sodat hulle in 'n paar sekondes hulself honderde en duisende kilometers ver bevind: in 'n ander land of selfs op 'n ander planeet.

Is so 'n beweging werklik moontlik, of sal teleportasie vir altyd 'n droom van skrywers en draaiboekskrywers bly? Word daar enige navorsing op hierdie gebied gedoen - en is ons selfs 'n bietjie nader aan die implementering van die tegnologie wat so bekend is aan die helde van fantastiese aksieflieks?

Die kort antwoord op hierdie vraag is ja, eksperimente is aan die gang, en baie aktief. Boonop publiseer wetenskaplikes gereeld artikels in wetenskaplike joernale oor suksesvolle eksperimente in kwantumteleportasie – na steeds groter en groter afstande.

En alhoewel baie bekende fisici twyfel dat ons ooit mense sal kan teleporteer, is sommige kenners baie meer optimisties en verseker hulle dat teleports oor 'n paar dekades 'n werklikheid sal word.

Leuens, gerugte en stories

Laat ons eers verduidelik waaroor ons presies praat. Met teleportasie bedoel ons die oombliklike beweging van voorwerpe op enige afstand, ideaal vinniger as die spoed van lig.

Die woord self is in 1931 uitgevind deur die Amerikaanse publisist Charles Fort, wat lief was daarvoor om die paranormale na te vors. Na analogie van "televisie", afgelei van die Griekse τῆλε ("ver") en die Latynse video ("om te sien"), het hy in sy boek "Vulcanoes of Heaven" 'n term uitgevind om die onverklaarbare bewegings van voorwerpe in die ruimte te beskryf (Latynse porto beteken "om te dra") …

"In hierdie boek kyk ek hoofsaaklik na die bewyse dat daar 'n soort oordragkrag is, wat ek teleportasie noem. Ek sal daarvan beskuldig word dat ek reguit leuens, gerugte, fabels, fopnuus en bygelowe saamgevoeg het. Op 'n manier dink ek so myself. En in 'n sekere sin, nee. Ek verskaf net data," skryf Fort.

Daar is inderdaad baie mites oor sulke bewegings – byvoorbeeld die wydverspreide legende oor die Philadelphia-eksperiment van 1943, waartydens die Amerikaanse vernietiger Eldridge na bewering 320 km getel is.

In die praktyk blyk al sulke verhale egter niks meer as bespiegeling van samesweringsteoretici te wees nie, waarvolgens die owerhede enige bewyse van teleportasiegevalle as 'n militêre geheim vir die algemene publiek wegsteek.

Trouens, die teenoorgestelde is waar: enige prestasies op hierdie gebied word wyd in die wetenskaplike gemeenskap bespreek. Byvoorbeeld, net 'n week gelede het Amerikaanse wetenskaplikes gepraat oor 'n nuwe suksesvolle eksperiment in kwantumteleportasie.

Kom ons beweeg van stedelike legendes en fantastiese literatuur na streng wetenskap.

Van punt A na punt B …

Die verhaal van werklike, nie fiktiewe, teleportasie het in 1993 begin, toe die Amerikaanse fisikus Charles Bennett wiskundig - met behulp van formules - die teoretiese moontlikheid van oombliklike kwantumverplasings bewys het.

Dit was natuurlik suiwer teoretiese berekeninge: abstrakte vergelykings wat geen praktiese toepassing het nie. Op dieselfde wyse - wiskundig - is byvoorbeeld reeds swart gate, gravitasiegolwe en ander verskynsels ontdek, waarvan die bestaan veel later eksperimenteel bevestig is.

Dus het Bennett se berekeninge 'n ware sensasie geword. Wetenskaplikes het aktief navorsing in hierdie rigting begin doen - en die eerste suksesvolle eksperiment van kwantumteleportasie is binne 'n paar jaar uitgevoer.

Dit moet hier beklemtoon word dat ons van kwantumteleportasie praat, en dit is nie presies dieselfde ding wat ons gewoond is daaraan om in wetenskapfiksiefilms te sien nie. Van een plek na 'n ander word nie die materiële voorwerp self (byvoorbeeld 'n foton of 'n atoom - alles bestaan immers uit atome) oorgedra nie, maar inligting oor sy kwantumtoestand. In teorie is dit egter genoeg om die oorspronklike voorwerp op 'n nuwe plek te "herstel", nadat 'n presiese kopie daarvan ontvang is. Boonop word sulke eksperimente reeds suksesvol in laboratoriums uitgevoer - maar meer daaroor hieronder.

In die wêreld waaraan ons gewoond is, is hierdie tegnologie die maklikste om met 'n kopieerder of faks te vergelyk: jy stuur nie die dokument self nie, maar inligting daaroor in elektroniese vorm - maar as gevolg daarvan het die ontvanger 'n presiese kopie. Met die wesenlike verskil dat in die geval van teleportasie die gestuurde materiële voorwerp self vernietig word, dit wil sê dit verdwyn – en net 'n kopie bly oor.

Kom ons probeer uitvind hoe dit gebeur.

Speel God dobbelstene?

Het jy al gehoor van Schrödinger se kat - die een wat nie lewend of dood in die boks sit nie? Hierdie oorspronklike metafoor is deur die Oostenrykse fisikus Erwin Schrödinger uitgevind om die geheimsinnige eienskap van elementêre deeltjies – superposisie – te beskryf. Die feit is dat kwantumdeeltjies gelyktydig in verskeie toestande kan wees, wat ons in die wêreld gewoond is om mekaar heeltemal uit te sluit. Byvoorbeeld, 'n elektron wentel nie om die kern van 'n atoom, soos ons vroeër gedink het nie, maar is gelyktydig op alle punte van die wentelbaan geleë (met verskillende waarskynlikhede).

Totdat ons die kat se boks oopgemaak het, dit wil sê, ons het nie die eienskappe van die deeltjie gemeet nie (in ons voorbeeld het ons nie die presiese ligging van die elektron bepaal nie), is die kat wat daar sit nie net lewend of dood nie - dit is beide lewend en dood terselfdertyd. Maar wanneer die boks oop is, dit wil sê die meting word gedoen, is die deeltjie in een van die moontlike toestande – en dit verander nie meer nie. Ons kat is óf lewendig óf dood.

As jy op hierdie stadium heeltemal opgehou het om iets te verstaan - moenie bekommerd wees nie, niemand verstaan dit nie. Die aard van kwantummeganika is vir baie dekades nie deur die briljantste fisici ter wêreld verduidelik nie.

Die verskynsel van kwantumverstrengeling word vir teleportasie gebruik. Dit is wanneer twee elementêre deeltjies dieselfde oorsprong het en in 'n interafhanklike toestand is - met ander woorde, daar is een of ander onverklaarbare verband tussen hulle. As gevolg hiervan kan verstrengelde deeltjies met mekaar "kommunikeer", selfs op 'n groot afstand van mekaar. En sodra jy die toestand van een deeltjie ken, kan jy die toestand van 'n ander met absolute sekerheid voorspel.

Stel jou voor jy het twee dobbelstene wat altyd sewe optel. Jy het hulle in 'n glas geskud en een been agter jou rug en die ander een voor jou gegooi en dit met jou handpalm toegemaak. Met jou hand opsteek, sien jy dat jy, sê, 'n ses gegooi het - en nou kan jy met selfvertroue beweer dat die tweede been, agter jou rug, een na bo uitgeval het. Die som van twee getalle moet immers gelyk wees aan sewe.

Klink ongelooflik, reg? Met die dobbelstene waaraan ons gewoond is, sal so 'n getal nie werk nie, maar verstrengelde deeltjies tree presies so op - en net so, alhoewel die aard van hierdie verskynsel ook verduideliking tart.

"Dit is die mees ongelooflike verskynsel van kwantummeganika, dit is onmoontlik om eens te begryp," sê MIT professor Walter Levin, een van die mees gerespekteerde fisici in die wêreld. Al wat ons kan sê is dat dit blykbaar is hoe ons wêreld werk."

Dit beteken egter glad nie dat hierdie geheimsinnige verskynsel nie in die praktyk gebruik kan word nie – dit word immers telkens deur beide formules en eksperimente bevestig.

Praktiese teleportasie

Praktiese eksperimente oor teleportasie het sowat 10 jaar gelede in die Kanariese Eilande begin onder leiding van die Oostenrykse fisikus, professor aan die Universiteit van Wene Anton Zeilinger.

In 'n laboratorium op die eiland Palma skep wetenskaplikes 'n paar verstrengelde fotone (A en B), en dan word een van hulle met 'n laserstraal na 'n ander laboratorium op die naburige eiland Tenerife, 144 km verder, gestuur. Boonop is albei deeltjies in 'n toestand van superposisie - dit wil sê, ons het nog nie "die kat se boks oopgemaak nie".

Dan word die derde foton (C) aan die behuizing gekoppel - die een wat geteleporteer moet word - en hulle laat dit in wisselwerking met een van die verstrengelde deeltjies. Dan meet fisici die parameters van hierdie interaksie (A + C) en stuur die gevolglike waarde na 'n laboratorium in Tenerife, waar die tweede verstrengelde foton (B) geleë is.

Die onverklaarbare verband tussen A en B sal dit moontlik maak om B in 'n presiese kopie van deeltjie C (A + C-B) te verander - asof dit onmiddellik van een eiland na 'n ander beweeg het sonder om die see oor te steek. Dit wil sê, sy het teleporteer.

"Ons onttrek soort van die inligting wat die oorspronklike dra - en skep 'n nuwe oorspronklike elders," verduidelik Zeilinger, wat reeds duisende en duisende elementêre deeltjies op hierdie manier teleporteer het.

Beteken dit dat wetenskaplikes in die toekoms enige voorwerpe en selfs mense op hierdie manier sal kan teleporteer – ons is immers ook saamgestel uit sulke deeltjies?

In teorie is dit baie moontlik. Jy hoef net 'n voldoende aantal verstrengelde pare te skep en hulle na verskillende plekke te dra, hulle in "teleportasiehokkies" te plaas - sê, in Londen en Moskou. Jy gaan die derde stand binne, wat soos 'n skandeerder werk: die rekenaar ontleed die kwantumtoestand van jou deeltjies, vergelyk hulle met verstrengelde en stuur hierdie inligting na 'n ander stad. En daar vind die teenoorgestelde proses plaas - en jou presiese kopie word herskep uit die verstrengelde deeltjies.

Fundamentele kwessies opgelos

In die praktyk is dinge 'n bietjie meer ingewikkeld. Die feit is dat daar ongeveer 7 oktiljoen atome in ons liggaam is (na sewe is daar 27 nulle, dit wil sê sewe biljoen biljoen biljoen) - dit is meer as sterre in die waarneembare deel van die Heelal.

En dit is immers nodig om nie net elke individuele deeltjie te ontleed en te beskryf nie, maar ook al die verbande tussen hulle - hulle moet immers op 'n nuwe plek in 'n ideaal korrekte volgorde versamel word.

Dit is byna onmoontlik om so 'n hoeveelheid inligting te versamel en oor te dra - ten minste op die huidige vlak van tegnologie-ontwikkeling. Dit is nie bekend wanneer rekenaars wat sulke volumes data kan verwerk, sal verskyn nie. Nou word daar in elk geval gewerk om die afstand tussen laboratoriums te vergroot, en nie die aantal teleporteerbare deeltjies nie.

Daarom glo baie wetenskaplikes dat die droom van menslike teleportasie skaars verwesenlik is. Alhoewel, byvoorbeeld, 'n professor aan die New York City College en 'n bekende gewilder van die wetenskap, Michio Kaku, oortuig is dat teleportasie 'n werklikheid sal word teen die einde van die 21ste eeu - en miskien selfs 50 jaar later. Sonder om spesifieke datums te noem, stem sommige ander kenners oor die algemeen met hom saam.

"Dit is 'n kwessie van die verbetering van tegnologie, die verbetering van kwaliteit. Maar ek sou sê dat fundamentele kwessies opgelos is - en daar is geen beperking op perfeksie verder nie," sê Eugene Polzik, 'n professor by die Niels Bohr-instituut aan die Universiteit van Kopenhagen.

Baie ander vrae ontstaan egter langs die pad. Sal die "kopie van my" wat as gevolg van sulke teleportasie verkry word, byvoorbeeld die regte ek wees? Sal sy op dieselfde manier dink, dieselfde herinneringe hê? Soos vroeër genoem, word die oorspronklike van die gestuurde item immers vernietig as gevolg van kwantumanalise.

"Vir kwantumteleportasie is die vernietiging van die teleporteerbare voorwerp in die proses absoluut noodsaaklik en onvermydelik," bevestig Edward Farhi, wat van 2004 tot 2016 hoof van die Sentrum vir Teoretiese Fisika by MIT was en nou by Google werk. "Ek dink jy sal net verander in 'n klomp neutrone, protone en elektrone. Jy sal nie op jou beste lyk nie."

Aan die ander kant, uit 'n suiwer materialistiese oogpunt, word ons nie bepaal deur die deeltjies waarvan ons gemaak is nie, maar deur hul toestand - en hierdie inligting, sê wetenskaplikes, word uiters akkuraat oorgedra.

Ek wil graag glo dat dit so is. En dat die droom van die mensdom oor teleportasie nie in die beroemde gruwelfilm sal verander nie, waar die hoofkarakter nie opgemerk het hoe 'n vlieg per ongeluk in sy teleportasiekajuit ingevlieg het nie …