Kontynuując wątek tajemnic, które są mniej tajemnicze, kiedy popatrzymy na nie świeżym okiem, przyjrzymy się tajemniczym stanom splątanym. Na wstępie zauważmy, że fizycy obserwują stany splątane, a nawet potrafią wytwarzać cząstki splątane, ale wydaje się, że nie mają teorii wytwarzania stanów splątanych. Nie znalazłem nigdzie odpowiedzi na następujące proste pytania:
Pytanie 1. W jakich procesach powstają stany splątane? W tym pytaniu nie chodzi o to, żeby wymienić kilka znanych metod wytwarzania cząstek splątanych (np. kreacja pary cząstka/antycząstka), ale o opis warunków koniecznych i wystarczających do tego, żeby powstał stan splątany.
Pytanie 2. Czy można zaobserwować stan splątany cząstek, o których z góry nie wiemy, że są one ze sobą splątane?
Rozpatrzmy klasyczny eksperyment. Wytwarzamy parę elektron/pozyton, o której wiemy z góry (z teorii), że mają splątane spiny. Może to być też para elektronów splątanych, ale taka para jest trudniejsza do zaakceptowania, gdyż trudno mieć pewność, że elektrony faktycznie są splątane. Dlatego skupimy się na tym co wydaje się pewne - świeżo powstała para elektron/pozyton jest parą splątaną - ich spiny zawsze są skierowane przeciwnie.
Fizycy przeprowadzili wiele analogicznych eksperymentów z fotonami i potwierdzili, że fotony wytworzone jako teoretycznie splątane, faktycznie mają splątaną polaryzację. Przyjmuje się więc milcząco, że elektrony wytworzone jako teoretycznie splątane, faktycznie będą miały splątane spiny.
Dlaczego upieram się, żeby pisać o elektronach, zamiast o dobrze zbadanych fotonach? Ponieważ interpretacja wyników badań fotonów jest niejednoznaczna ze względu na to, że fotony poruszają się z maksymalną prędkością, więc nie jest możliwa wymiana informacji, między producentem fotonów splątanych, a fizykami obserwującymi te fotony, pozwalająca skoordynować planowanie eksperymentów.
Wymiana informacji jest konieczna, aby zweryfikować wyniki pomiarów. Wyobraźmy sobie parę elektron/pozyton, która została wysłana z laboratorium na orbicie Ziemi do dwóch odległych od siebie laboratoriów - np. jedno krąży powolutku wokół Plutona, a drugie wokół Marsa. W tej samej chwili wysłana zostaje z nadajnika informacja do obydwu laboratoriów: "Uwaga! Za x (y) minut dotrze do Was elektron (pozyton). Zmierzcie jego spin i udostępniajcie wyniki pomiaru".
Co mówi teoria splątania kwantowego? Jaki będzie wynik pomiarów? Teoria mówi, że zmierzone spiny będą skierowane przeciwnie. To wydaje się oczywiste. Skoro wytworzono je w taki sposób, że ich spiny muszą być przeciwne, to nie ma powodu, aby wątpić w to, że kiedy dotrą one nietknięte (!) do celu, to nadal będą mieć przeciwne spiny. Dlaczego fizycy robią z tego wielką tajemnicę? Dlaczego sam Einstein wątpił w splątanie kwantowe?
Moim zdaniem odpowiedź jest prosta. Złudzenie tajemniczości pojawia się wtedy, gdy mówimy o splątanych fotonach. Jeżeli badamy splątane fotony, to nie możemy wyprzedzić ich informacjami o rozpoczęciu eksperymentu. Fizycy u celu nie będą więc mieli pewności, co zmierzą - złapią jakiś foton, ale nie mogą mieć pewności, co to za foton. A niepewność rodzi wątpliwości.
Jedną z nich jest fakt, że pomiar spinu elektronu daje wynik losowy - raz się okaże, że spin jest "w górę", a innym razem jest "w dół". Wątpiący fizycy pytają więc, skąd pozyton na Plutonie wiedział, jaki ma mieć spin w chwili pomiaru? Wyobrażają więc sobie, że elektron na Marsie wysyła do swojego partnera sygnał w chwili, kiedy jego spin został zmierzony. Stąd wzięła się nazwa "splątany". Fizycy wątpiący wierzą, że elektron z pozytonem są w stałym kontakcie telepatycznym, który pozwala na wymianę informacji z prędkością większą niż prędkość maksymalna.
Jeśli jednak zapomnimy o całej tej śmiesznej historii debat na temat fotonów splątanych i po prostu skupimy się na elektronach i pozytonach, to mamy proste i klarowne fakty - nie istnieje potrzeba żadnego kontaktu telepatycznego, gdyż po prostu faktem jest, że nasza para elektron/pozyton ma spiny skierowane przeciwnie. Jedynym problem jest więc wynik pomiaru, ale to jest problem wyłącznie terminologiczny.
Wytwarzamy parę elektron/pozyton o przeciwnych spinach. Nazwijmy spin elektronu spinem "dodatnim" a spin pozytonu spinem "ujemnym". Możemy też umówić się odwrotnie, to tylko kwestia umowy. Niezależnie od tego, jak nazwiemy spin elektronu, wynik pomiaru tego spinu, jak wiemy, może być czasem " w górę", a czasem "w dół" - to też kwestia umowy - kwestia tego, jak skonstruowaliśmy i opisaliśmy nasz miernik. Wyszło nam "w górę", ale nie wiemy, czy elektron miał spin dodatni czy ujemny. Identyczny miernik jest na Plutonie, więc jest oczywiste, że pokaże on spin pozytonu: "w dół".
Mamy więc odpowiedź na Pytanie 2. Jeżeli nie wiemy, czy para elektronów, wytworzona określoną technika, ma spiny jednakowe lub przeciwne, to wysyłamy takie pary do laboratoriów na Marsie i na Plutonie, a oni już tam zbadają, czy te elektrony są splątane - czy mają zawsze spiny przeciwne, a może zawsze jednakowe...
Pytanie 1. pozostaje bez odpowiedzi. Sformułuje więc hipotezę: para cząstek, wytworzona przez zdarzenie, opisane jednym najprostszym diagramem Feynmana, zawsze jest parą splątaną. To oczywiście jest tylko zarys hipotezy. Ale rozwinięcie tego wymaga osobnej notki.
