Co warto rozumieć… ale czy się da zrozumieć?

            Mija wiek odkąd  zaczęła się krystalizować teoria fizyczna  , która skłania nas do rozważenia  pewnych alternatywnych scenariuszy tego jak właściwie funkcjonuje świat fizyczny.  Obok Teorii  Względności nie da się pokonać i sprawdza się doświadczalnie niechciana, nierozumiana, zagadkowa i kłopotliwa dla fizyków klasyków , albo prawie wszystkich fizyków - Mechanika Kwantowa (MK).
To może i będzie wpływać na powszechne postrzeganie świata. Może wykazać ,że świat funkcjonuje w sposób  zdecydowanie inny niż nam się powszechnie i intuicyjnie wydaje.   Tę zmianę paradygmatu oferuje Mechanik Kwantowa, ale  problem w tym , że trudno w dotychczasowym, tzw. klasycznym spojrzeniu na świat fizyczny znaleźć modele obrazujące to, co ma miejsce w zjawiskach fizycznych, o których wiemy ,że zachodzą wskutek pewnych niemożliwych do bezpośredniego zaobserwowania  procesów kwantowych.  Nie możemy  sobie pewnych rzeczy wyobrazić i przyjąć  jako naturalnie występujące, gdyż w naszym makroskopowym , klasycznym świecie takie efekty nie występują. Zapewne gdyby MK była do końca zrozumiana łatwiej byłoby znaleźć klasyczne analogie , aby ją zobrazować, a ponieważ , jak twierdzą, nikt jej do końca nie rozumie, tak też nikt nie potrafi jej wytłumaczyć w prostych słowach.  I właśnie dlatego ,że jej nie rozumie. A zatem co jest niezrozumiałego ?

             Na przykład kwantowa nielokalność. 
W klasycznym świecie zakładamy ,że wszystkie obiekty materialne oraz oddziaływania  są przestrzennie i  czasowo jednoznacznie zlokalizowane. Innymi słowy każda cząstka materii w określonym czasie gdzieś jest. I każda fala gdzieś jest. Czyż można sobie wyobrazić , że jest jakoś inaczej ? Nie obserwuje się jednego obiektu w wielu miejscach naraz.    Nie wdając się w analizę szczegółów , określenia położenia, efektów relatywistycznych, że co do zasady musimy się zgodzić ,że wszystko co obserwujemy ma określone położenie względem otoczenia, czy wybranego układu odniesienia. Materia oddziałuje na siebie poprzez lokalną koincydencję przestrzenną i czasową. Cząstki zderzają się , gdyż ich trajektorie się przecinają , a nasze oczy widzą , gdyż przez źrenice przelatują fotony. Czy można sobie wyobrazić ,że to nie jest poprawny opis tego co się dzieje ? Czy istnieje inny scenariusz ?

                A więc najprostszy efekt – źródło światła kieruje pojedynczy foton na kawałek szkła tak, że foton może przez tę szybkę przeniknąć lub się od niej odbić w bok. Klasycznie stwierdzimy, że foton wykonał jeden z dwóch możliwych scenariuszy i dał się zarejestrować w detektorze A lub B. Patrzę na przeszklone półotwarte drzwi i myślę , że jeżeli widziałbym foton odbity, to ktoś patrzący na drzwi z drugiej strony tego fotonu nie zobaczy. Gdyby źródłem była matryca 10x10 złożona z pojedynczych fotonów , to obserwator po drugiej stronie zobaczy negatyw mojego obrazu. To co zobaczylibyśmy zostałoby losowo zdecydowane dopiero w momencie obserwacji. Nielokalnie. Mógłbym być na Ziemi , ten drugi na Marsie. Ale nie da się w ten sposób przesłać informacji. To jest losowe. Wiem co zobaczyłem , wiem co on zobaczył. Ale nie o tym chciałem, bo gdybym napisał ,że zobaczyłem co chciałem zobaczyć, ten drugi zobaczyłby co chciałem zobaczyć , a to już byłaby jakaś telepatia kwantowa. Jak na razie czegoś takiego nie ma. 

                Kwantowo , uważam , że funkcja falowa pojedynczego fotonu przyjęła na obu drogach konkretne wartości ( zespolone, sprawa jest złożona) , aż do detektorów, co pozwala wyznaczyć prawdopodobieństwa zarejestrowania fotonu przez poszczególne detektory.  ( Oraz prawdopodobieństwo rozproszenia się fotonu w jakikolwiek inny sposób .) Jednocześnie uznaję ,że oba tory Funkcji Falowej FF pozostają ze sobą w nielokalnym powiązaniu w tym sensie , że detekcja fotonu w jednym z torów natychmiast „kolapsuje” FF na torze alternatywnym.
Jeżeli uznamy, że foton jest rzeczywiście lokalnie po stronie A lub B, możemy też uznać , że funkcja falowa może być traktowana jak abstrakcja realnie istniejąca tylko w umyśle fizyka pozwalająca wyznaczyć tylko prawdopodobieństwo znalezienia się fotonu po konkretnej stronie. No bo amplituda zespolona przyjmuje w trójwymiarowej przestrzeni i czasie konkretne wartości, dwu-wartości zespolone, ale jest to raczej rodzaj abstrakcji. Również ruch amplitudy na płaszczyźnie zespolonej odbywa się w wirtualnej przestrzeni , a nie wokół osi ruchu. Nieprawdaż ?

A więc skoro foton już przeleciał przez szkiełko możnaby uznać ,że jeden z torów FF jest nieważny.
No i tutaj jest taka teoria , która nie uznaje losowości i chce przyznać naszej cząstce prawo do życia także w alternatywnej rzeczywistości. Czyli jak wiadomo cały wszechświat musi się cudownie powielić , aby cząstka mogła zaistnieć także w drugim torze. Podobno jest sposób , aby światy nie powielały się w nieskończonej ilości , ale istniały tylko niektóre. Ale wróćmy z fantastyki do fizyki.

             Jednak właśnie kluczowe doświadczenia fizyki kwantowej udowadniają ,że oba tory rozprzestrzeniania się FF po ich ponownym spleceniu ( interferencji ) muszą jednocześnie i łącznie wpływać na miejsce w którym ostatecznie zaobserwujemy foton.  Możemy zamknąć oba tory budując coś w rodzaju interferometru Macha-Zendera z odpowiednio dobranymi drogami wywołującymi interferencję FF konstruktywną lub destruktywną na odpowiednich detektorach. Możemy też przywołać  eksperyment z dwiema szczelinami, gdzie tylko przejście FF przez obie szczeliny poprawnie określa ostateczne położenie fotonu na detektorze - ekranie.  Jeżeli wyobrażamy sobie ,że foton jest lokalnie po konkretnej stronie, to jego zachowanie i tak musiałaby determinować nielokalna funkcja falowa  zbierająca informację z obu ( wielu ) dróg, czyli cząstka musiałaby np. skręcać wg. wskazań FF. Na przykład będąc w jednej ze szczelin musiałaby  udawać - kierować się tym ,że przechodzi przez obie szczeliny i to w równym stopniu. Ponadto lokalna obecność cząstki nie jest możliwa do sprawdzenia. Utrzymywanie ,że cząstka gdzieś tam leci byłoby zgodne z naszymi makroskopowymi wyobrażeniami  o lokalności obiektów we wszechświecie, ale skoro wynik całkowicie determinuje nielokalna FF to dlaczego miałaby się tam pętać lokalna cząstka bez wpływu i związku z ostatecznym jej stwierdzeniem w detektorze. Pojawia się tutaj taka dwoistość opisu, fala określa wszystko, a cząstka tam jest tylko po to , aby wykazać ciągłość jej obecności pomiędzy źródlem a detektorem. Skoro była stwierdzona i tu i tu , to dlaczego by nie założyć ,że leciała ?
Chyba nie skłamię pisząc ,że to pogląd zbliżony do tzw. Bohmian Mechanics.
Prawdopodobnie jednak da się ustawić doświadczenie w taki sposób , aby wykazać ,że cząstki tam nie ma. Być może wystarczy popatrzeć na kształt orbitala 2p , aby zrozumieć , że nie ma tam miejsca dla lokalnego latającego elektronu.

          W wykładach fizyków często słyszę , cząstka była tu, była tam. Szczególnie gdy przywołujemy przykład interferometru Macha-Zendera musimy stwierdzić , że zaburzenie FF choćby jednego toru propagacji FF zmienia wynik doświadczenia, a więc cząstka nieobserwowana wykorzystuje oba tory w pełni. Gdy tylko przy jednym torze umieścimy czujnik wykrywający przelot cząstki , będzie on klikał w 50% przypadków , ale w pozostałych 50% będzie zaburzał wynik doświadczenia nie klikając. Tak jak w doświadczeniu z testowaniem bomb Elitzura - Vaidmana. W sumie nie muszą to być bomby. Układ wykrywa nielokalnie obecność detektora w „nieużywanym przez cząstkę” torze pomimo , że detektor nie klika.
Z przykładów nielokalności najbardziej podoba mi się doświadczenie myślowe J. A.Wheelera , w którym FF pojedynczego fotonu z jakiejś gwiazdy jest ogniskowana przez pole grawitacyjne galaktyki i daje się zarejestrować po interferencji obrazu z dwóch oddzielnych kierunków.
Fizyka jest piękna. 
W każdym razie jest w niej coś pięknego.