De ce să nu cred? Anton Zeilinger în interviuri și citate

Cu mulți ani în urmă, aflându-mă într-o cameră a institutului care găzduiește marele radiotelescop de la Effelsberg, priveam prin fereastră la antena cu diametrul de 100 m, cea mai mare antenă mobilă din lume, când am observat afișat pe perete un text: „Lui J.B.S. Haldane (1892-1964), gânditor remarcabil care de-a lungul vieții a încercat să clarifice baza filosofică a biologiei, relația acesteia cu fizica și chimia și problemele mecanismului și personalității”.

Iată textul complet al citatului, așa cum apare în cartea sa Possible Worlds (1927): „Nu am nici o ­îndoială că în realitate viitorul va fi cu mult mai surprinzător decât orice ne-am putea imagina. Acum, bănuiala mea este că universul este nu doar mai straniu decât presupunem noi, ci mai straniu decât noi putem presupune” Cartea apare (coinci­dență?!) în anul când are loc una dintre cele mai cunoscute și importante con­ferințe de fizică din toate timpurile: A cincea Confe­rință Solvay, dedicată Mecanicii Cuantice (QM). Celebritatea ei se datorează, în primul rând, aș spune, confruntărilor între Niels Bohr, susținător ferm al noii QM, și Albert Einstein, permanent contestatar al ei! Începuse „Prima Revoluție Cuantică”. Aceste aprige „turniruri științifice”, în care luptele se duceau cu argumente care aveau să aducă lumii concepte, idei și descoperiri fundamentale. Dintre acestea, poate cel mai spectaculos avea să fie Entanglementul Cuantic (QE): existența unor ... „cupluri cuantice” de particule care, odată create, vor rămâne permanent împreună și orice i s-ar întâmpla uneia dintre ele transmițându-se celeilalte și in­fluențând instantaneu starea ei - motiv pentru care am ales ca în română să folosesc termenul îngemănare...

Prima revoluție cuantică a adus un adevărat tsunami de mari descoperiri: tranzistori și LED-uri, smartphone, imagistică medicală și marii acceleratori de particule. Aplicațiile QM contribuie la economia majorității țărilor - în SUA s-a ajuns ca aproximativ 50% din produsul na­țional brut al SUA să fie generat de aplicații ale QM.

Cea mai spectaculoasă realizare a lui Anton Zeilinger este teleportarea cuantică (QTP) - un concept esențial în multe protocoale de informație cuantică. Pe lângă rolul său în transferul fără nici o pierdere de informație, este considerată un posibil mecanism important pentru domeniul calculatoarelor cuantice. Mai târziu, el a extins această cercetare în vederea dezvoltării unei surse pentru propagarea liberă a qu­biților (biților cuantici) tele­portați și QTP pe 144 de kilometri între două insule din Canare (1997).

Anton Zeilinger a contribuit la realizarea QE cu multe particule. Mai mult, el este interesat și de extinderea QM la domeniul macroscopic - are un program de teste fundamentale care vizează implementarea mai multor caracteristici neclasice din fizica cuantică la sisteme individuale. Astfel se poate spune că cercetările lui Anton Zeilinger deschid calea către a doua revoluție ­cuantică.

Despre asemenea lucruri și încă multe altele va vorbi luni, 25 noiembrie, la ora 18:30, la Ateneul Român, profesorul Anton Zeilinger, Universitatea din Viena/Academia de Științe a Austriei, membru de onoare al Academiei Române, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică 2022, invitatul de onoare al celei de-a 12-a Conferințe de Crăciun la București, pe care a intitulat-o „Miracole cuantice?”.

Citate despre mecanica cuantică din Anton Zeilinger

Pentru a înțelege mai bine profunzimea gândirii și spectacolul cercetărilor lui Anton Zeilinger, culminând cu QTP, am ales ca până la conferința sa din 25 noiembrie să vă invit să-l cunoașteți prin câteva citate și dialoguri (scrise cu aldine), cu minime intervenții ale mele (scrise cu italice). „Am încercat de secole să căutăm din ce în ce mai profund să găsim cauze și explicații și, la un moment dat, când mergem încă și mai profund, la comportamentul particulelor individuale, constatăm că această căutare a unei cauze se încheie. Nu există nici o cauză. În ochii mei, această nedeterminare fundamentală a universului nu a fost încă integrată în viziunea noastră asupra lumii... În general, nu există nici o modalitate de a explica ce face un singur foton și avem motive întemeiate să credem că aceasta nu este doar ignoranța noastră, ci că rolul fundamental al probabilității este o caracteristică de bază a modului în care funcționează universul. Cred că este nevoie de ceva complet nou. Ceva prea diferit, prea neașteptat, pentru a fi acceptat încă. Revenind la controversele Einstein-Bohr, care au culminat la Conferințele Solvay din anii 1927 și 1930, acestea au debutat cu paradoxurile „inventate” de Einstein, care, nemulțumit de ­caracterul profund probabilist al Mecanicii Cuantice în formularea „Școlii de la Copenhaga” și de Principiul Complementarității (la nivel atomic, o cunoaștere completă trebuie să țină seama atât de aspectele corpusculare, cât și de cele ondulatorii). Termen introdus de Niels Bohr pornind de la lucrările lui Werner Heisenberg, în particular de la Principiul de Incertitudine/Nedeterminare: enunțat de el - există mărimi complementare care nu pot fi cunoscute simultan cu ­precizie totală. Ce urmărea ­Einstein? Să demonstreze că teoriile și explicațiile lui Heisenberg și Bohr erau greșite și că astfel QM nu putea să ofere o teorie ­completă a naturii (a realității). Dintre aceste paradoxuri, cel mai spectaculos a fost QE-Entanglementul, care în mai puțin de 50 de ani avea să schimbe fundamental fizica și să deschidă noi drumuri spre ceea ce putem numi acum „civilizația informației ­cuantice”!

Pașii următori au însemnat mai întâi testele experimentale: în ordine cronologică, John Clauser, Alain Aspect și Anton Zeilinger au demonstrat că Einstein nu avusese dreptate și au primit astfel împreună în 2022 Premiul Nobel pentru Fizică. Apoi a venit Anton Zeilinger cu noul concept al QTP, pe care tot el l-a validat experimental.

La ce poate fi însă folositor QE?

Sunt câteva răspunsuri „comune” la această întrebare, de la criptografia cuantică la computerul cuantic, dar și altele, de exemplu sugestia că un proces similar are loc (și) între persoane, putând astfel explica fenomene cum ar fi vindecări considerate imposibile. Iată însă ce spune chiar Anton Zeilinger despre QE în interviul cu ziaristul Manuel Ansede, publicat în 2023 în cunoscutul cotidian spaniol „El Pais”, care întreabă cum s-ar putea explica QE celor care nu au cunoștințe speciale de QM (întrebările sunt puse în paranteză): „Simțul comun, este inutil în lumea lucrurilor extrem de mici, unde se aplică doar QM... Una dintre cele mai uluitoare diferențe este că doi fotoni de ex. pot fi îngemănați (entangled) în așa fel, încât ceea ce se întâmplă unuia determină ceea ce se întâmplă celuilalt, chiar dacă ei se află la foarte mare distanță. Este ceea ce, sceptic, Einstein numise acțiune înfricoșătoare (spooky) la distanță”. El spunea că Dumnezeu nu joacă zaruri (la care Bohr i-a răspuns: „Einstein, încetează să-i mai spui lui Dumnezeu ce să facă”!) ... AZ: Eu cred că Dumnezeu pune numere ca noi să credem că joacă zaruri, dar nu joacă zaruri. Dumnezeu spune: acum este trei, acum doi, acum este șase. Și noi credem că Dumnezeu joacă zaruri.

(Ați afirmat că nici măcar Dumnezeu „nu știe ce informație se află într-o particulă”) ... Poate că știe, poate că nu. Noi nu putem ști. (Îl folosiți pe Dumnezeu ca o metaforă sau credeți în Dumnezeu?) ... Da. De ce să nu cred? Celebrul Isaac Newton a publicat cărți despre multe subiecte, dar a publicat mult mai multe despre religie decât despre fizică. Era o persoană religioasă.

(Două particule îngemănate pot fi imaginate ca doi frați gemeni care se comportă similar la distanță pentru că împart același ADN, dar nu așa funcționează.)

În QE, cei doi gemeni cuantici se comportă la fel, dar fără ADN... (Einstein a definit QE ca pe o acțiune înfricoșătoare la distanță. Dvs. vi se pare înfricoșătoare?)

Einstein a folosit cuvântul german „geisterhaft”, care are semnificația de ceva spiritual (Geist înseamnă spirit/duh). Este un fenomen fantasmagoric dacă încerci să-l explici cu regulile obișnuite. Dar în fizica cuantică știm cum funcționează.

Există și răspunsuri utile la clarificarea unor probleme fundamentale ale fizicii și ale cunoașterii în general?

Anton Zeilinger - Un asemenea exemplu este originea SPT, a Spațiu-Timpului (a Relativității Generale a lui Einstein): Din punctul de vedere al SPT, proprietatea intrinsecă a entității în sine este cea care întruchipează apariția QE... Cu alte cuvinte, structura însăși a SPT în care să poți avea încredere se datorează trăsăturilor fantomatice ale QE. Pe măsură ce îngemănăm două sisteme cu multe grade de libertate, pare posibilă generarea unei conexiuni geometrice între acestea, chiar dacă nu există o inter­acțiune directă între ele. Și să nu uităm că, așa cum a atras atenția AZ, de fapt termenul folosit de Einstein a fost, în germană, geisterhaft, cum spuneam, cu o evidentă nuanță spirituală...

Cum se ajunge de la Spațiu și Timp la QE și înapoi?

Natalie Paquette (NP), Perimeter Institute: Un număr tot mai mare de fizicieni din diferite domenii, cu abordări diferite, converg din ce în ce mai mult către o idee profundă: spațiul nu este fundamental - și poate nici timpul. În schimb, Spațiul și Timpul pot fi emergente: ele ar putea apărea din structura și comportamentul unor componente încă și „mai de bază” ale naturii. La cel mai profund nivel al realității, întrebări precum „Unde?” și „Când?” pur și simplu s-ar putea să nu aibă răspuns. „Avem o mulțime de indicii din fizică că SPT, așa cum înțelegem, nu este adevăratul lucru fundamental” - SPT poate apărea (emerge) dintr-o realitate mai fundamentală. A descoperi cum este posibil acest lucru ar putea debloca accesul la cel mai urgent obiectiv din fizică - o teorie cuantică a gravitației - mult visata unificare a Relativității Generale a lui Einstein cu Mecanica Cuantică (a lui Bohr-Heisenberg).

Dar spațiul de unde provine? Dacă este emergent, din ce „emerge”?

Răspunsul este un tip special și ciudat de interacțiune cuantică - QE, conexiunea la mare distanță între obiecte, corelând instantaneu comportamentul lor în moduri improbabile din punct de vedere statistic. (În principiu, două particule îngemănate și-ar putea menține legătura aflân­du-se chiar și pe părți opuse ale galaxiei sau ale universului. Distanța pur și simplu nu pare să conteze pentru QE, o enigmă care a tulburat îndelung fizicienii). Și totuși, Einstein nu este primul care „s-a speriat”. Newton, primul care a dat o teorie a gravitației, „a făcut” prima unificare (legile cosmice cu legile terestre) și în 2019, cum scria NYT, a fost „detronat” de AE, îi scria clericului Richard Bentley că „este de neconceput ca materia brută neînsuflețită să opereze și să afecteze altă materie fără a avea un contact reciproc, fără medierea a ceva care nu este material... Gravitația ar trebui să fie înnăscută, inerentă și esențială materiei, astfel încât un singur corp să poată acționa asupra altuia la distanță, prin vid, fără mijlocirea altora și prin care acțiunea și forța lor pot fi transmise de la unul la altul. Aceasta este pentru mine o absurditate atât de mare, încât cred că nici un om care are în ches­tiunile filosofice o facultate competentă de gândire ar putea cădea vreodată în ea. Gravitația trebuie să fie cauzată de un agent, acționând constant după anumite legi; dar că acest agent este material sau imaterial, am lăsat (aceasta) în seama cititorilor mei...”

Aveți aceste conversații cu un lider spiritual oriental, înțeleg. Sunt revelatoare? Se îmbină bine cele două lumi?

Într-un fel, da, dar într-un sens diferit, așa cum cred mulți oameni din Occident. Această discuție cu el nu a fost deloc ezoterică sau mistică și așa mai departe. Era vorba despre fapte dure, era despre știință. Dalai Lama este o minte foarte deschisă... Ideea este că trebuie să mergi, și asta este paralel cu știința, mergi în analiză din ce în ce mai adânc. La fel este și în budism. La un moment dat trebuie să spui că așa stau lucrurile. Nu poți argumenta mai profund. În știință, avem concepte fundamentale. Nu poți explica fiecare concept fundamental. Trebuie să începi de undeva.

Care sunt de fapt cele mai fundamentale concepte pe care trebuie să le folosim?

Sunt, într-un fel, o persoană re­li­gioasă, după cum probabil ați aflat. Nu în sensul de a urma în mod precis ritualurile unei anumite religii. Dar în viața mea am avut întotdeauna sentimentul că undeva există un Dumnezeu. Nu pot argumenta asta. Nu poți argumenta asta logic. Nu poți oferi un motiv pentru așa ceva.

Voi încheia revenind la Einstein, cel de la care a plecat marea aventură a fizicii și a adevăratei cunoașteri omenești. Se zice că el a spus odată că „sunt doar două feluri de a-ți trăi viața. Unul este ca și cum miracolele n-ar exista. Celălalt este ca și cum totul ar fi un miracol”.

Toți, credincioși sau nu, avem în noi scânteieri, dacă nu chiar de credință, cel puțin de conștien­tizare a faptului că Dumnezeu există, se află în noi și cu noi.

De multe ori am văzut asta la oameni de știință, chiar și la cei care se autoproclamă atei: pentru că de ce și-ar consuma atât muncă, un efort atât de mare, uneori o viață întreagă, ca să nege (nu totdeauna să și dovedească) existența lui Dumnezeu, dacă nu ar „lucra” în ei asemenea scânteieri? Ele măcar le aduc un pic de îndoială și de tulburare în convingerile lor... Și un ultim lucru: Tot Haldane spunea într-o altă carte, „Daedalus”, că „omul înarmat cu știință este ca un copil mic cu o cutie de chibrituri”. Și trebuie să fie cineva tot timpul lângă el, gata să-i ia chibriturile ca să nu poată pune în pericol tot ceea ce întreaga lume a construit.