„Dekodiranjem stvarnosti“ Vedral nam kroz kvantnu teoriju informacija daje odgovor na ključna pitanja života, univerzuma i svega ostalog
Fundamentalna definicija stvarnosti na njenom najosnovnijem nivou ne obuhvata ni materiju ni energiju već informacije, i to obradu onih informacija koje leže u osnovi svih fizičkih, bioloških, ekonomskih i društvenih fenomena. Kroz ovakvo stanovište Vlatko Vedral, jedan od ključnih istraživača današnjice u oblasti kvantne fizike, u knjizi „Dekodiranje stvarnosti“ razmatra mnoga prividno nepovezana pitanja: Zbog čega se DNK vezuje baš na način na koji to čini? Koji način ishrane je idealan za dugovečnost? Kako da zaradite svoj prvi milion dolara?
Ako je tačna teza da je sve sačinjeno od bitova informacija, postavlja se pitanje odakle potiču ti informacioni bitovi. Da bi pronašao odgovor na ovo pitanje, Vedral nas vodi na putovanje u bizarno carstvo kvantne fizike. Na ovom sub-sub-subatomskom nivou pronaći ćemo interakciju među zasebnim kvantnim česticama – ono što je Ajnštajn nazivao „sablasnom akcijom na daljinu“. Štaviše, Vedral naglašava da skorašnji događaji sugerišu da kvantna čudnovatost, za koju se doskora mislilo da se odražava samo na najsitnije fizičke entitete, ipak može dosegnuti i do makrosveta, te čak i fenomen poput teleportacije učiniti mogućim.
O autoru
Vlatko Vedral je rođen u Beogradu 1971. godine. Detinjstvo je proveo na Auto-komandi, gde je pohađao Osnovnu školu „Vojvoda Mišić“. Nakon završene Matematičke gimnazije u Beogradu odlazi u London, gde je studirao fiziku na Imperijal koledžu i odbranio doktorsku tezu iz oblasti kvantifikacije zapletenih stanja.
Nakon kraćeg vremena koje je proveo na mestu profesora kvantne fizike na Univerzitetu u Lidsu, dobija mesto profesora kvantne teorije informacija na Univerzitetu u Oksfordu. Takođe je angažovan i na mestu profesora fizike na Nacionalnom univerzitetu u Singapuru, gde predvodi grupu za teoretsku fiziku pri Centru za kvantne tehnologije.
Vlatko je direktor Instituta za Bio-inspirisane kvantne tehnologije, koji funkcioniše u okviru oksfordske Martin škole. Taj institut je posvećen istraživanjima uzbudljive mogućnosti da živi biološki sistemi u svom funkcionisanju koriste kvantne efekte, sa krajnjim ciljem da se kopiraju rešenja koja iznalazi priroda i dizajnira arhitektura buduće kvantne tehnologije koja će pomoći u rešavanju izazova sa kojima se suočava čovečanstvo u 21. veku.
Dobitnik je brojnih nagrada koja su priznanje za njegov doprinos razvoju nauke. Te nagrade uključuju i Wolfson Research Merit Award Britanskog kraljevskog društva (2007), Nagradu „Marko Jarić“ (2011), kao i Svetsku naučnu medalju i nagradu (2010). Objavio je preko 220 naučnih radova, koji su citirani više od 20.000 puta.
U nastavku sledi odlomak preuzet iz knjige ”Dekodiranje stvarnosti” Vlatka Vedrala, u izdanju Lagune iz 2014. godine.
Kvantno, folirantno: Svetlo, kamera, akcija!
U proleće 2005, dok sam još sedeo za svojim radnim stolom na katedri za fiziku Univerziteta Lids, i ocenjivao ispitne radove, prekinuo me je telefonski poziv. Prekidi u to vreme nisu bili toliko veliko iznenađenje, pošto sam nekoliko nedelja ranije objavio jedan članak o kvantnoj teoriji u časopisu za popularnu nauku ”Novi naučnik”, pa me je otad javnost zasipala raznoraznim pozivima.
Oni koji su zvali većinom su bili veoma oduševljeni, i očigledno su pokazivali zdrav apetit prema dodatnim informacijama o toj opčinjavajućoj temi, premda povremeno poneko ili nije ni pročitao članak ili je u njemu pronašao možda malčice previše. Komentari u rasponu od „Može li kvantna mehanika da spreči moje ćelavljenje?“ do toga da mi je neko rekao kako je sreo svog brata blizanca u paralelnom univerzumu, podrazumevali su se, i svakog dana mi je pristizalo po nekoliko takvih pitanja.
Na Oksfordu smo imali tablu za najkreativnija pitanja, naročito za ona koja su jasno pokazivala da je onaj ko ih postavlja neke principe veoma dobro shvatio, ali ih je odveo do ekstrema i često, ni sam ne znajući, usput prekršio nekoliko drugih fizičkih zakona. Takva pitanja su služila tome da nas podsete na to kakvu odgovornost imamo u predočavanju nauke – da ona bude jasna i pristupačna, ali da pritom budemo i pragmatični. Kao što je jedan moj kolega često govorio – ponekad rad sa malo fizike može biti opasniji nego rad potpuno lišen nje.
„Alo, profesore Vedrale, zovem se Džon Spuner, ja sam pozorišni režiser i pripremam komad o kvantnoj teoriji“, rekao je glas kad sam podigao slušalicu. „Uplićemo elemente kvantne teorije u komad pa bismo želeli da budete naš konsultant i verifikujete da li je tačno tumačimo.“ Potpuno zapanjen najmanje dobrih nekoliko sekundi, upitao sam sebe: „Šta to ovaj lik radi?“ Zar sam ga pogrešno čuo? Pozorišni komad o kvantnoj teoriji? U svakom slučaju, palo mi je na pamet da bi mogla postojati izvesna glad za nečim takvim, s obzirom na to koliko je uspešna bila predstava Kopenhagen, komad Majkla Frejna, nekoliko godina ranije.
Kopenhagen je bio zasnovan na stvarnom sastanku dvojice prvih očeva kvantne teorije, Danca Nilsa Bora i Nemca Vernera Hajzenberga, koji se dogodio 1941. U Kopenhagenu (komadu) trud da se razjasne ili predoče suptilnosti kvantne teorije bio je primetan, ali nije to bio cilj, pa je Spunerov komad trebalo da stvari prikaže na nov način. Zato sam pomislio: zašto ne? Pošto smo razmenili nekoliko detalja, saglasili smo se da se sastanemo sledećeg jutra i još malo o tome porazgovaramo.
Poželeo sam da saznam više o tome zato što se na nauku i umetnost često gleda kao na ljute protivnike, i bilo je zanimljivo ustanoviti kako neko pokušava da premosti taj jaz. Od pomoći je bilo i to da je zgrada u kojoj su izvodili probe udaljena samo dvesta metara od moje kancelarije (ko kaže da teorijski fizičari nisu praktični!).
Sledećeg jutra sam ostavio svoje torbe u kancelariji i otišao u pozorište da se sastanem sa Džonom. Pozorište je bilo smešteno na jednom od istorijski najpoznatijih mesta na istočnoj strani univerziteta. Na istom mestu je Saborna crkva Trojstva Svetog Davida, koju je 1898. podigao DŽ. F. Danbi, i ona predstavlja jedan od najređih i najlepših primera gotske arhitekture u centru Lidsa.
Univerzitetu se zaista može zameriti na nepreduzimljivosti zbog toga što je ova crkva sada dom zadivljujućeg studentskog pozorišta, kao i jednog od najboljih noćnih klubova u Lidsu (stanovnici Lidsa poznaju ga po nazivu Oreol)! Neki su komentarisali kako je to izgleda deo sadašnjeg trenda, da su glumci i noćne ptice danas izgleda glavne grupe zainteresovane za organizovanu religiju.
Prilikom svoje prve posete, bio sam malo nervozan, jer nisam mnogo toga znao o pozorištu, kao ni o tome šta se očekuje od mene. Mislio sam da bih mogao, u najgorem slučaju, samo da održim uvodno predavanje o kvantnoj teoriji, pa sam za svaki slučaj poneo i neke odštampane dijagrame. Kad sam ušao u glavnu salu, zatekao sam nekoliko likova zgurenih u ćošku, zadubljenih u aktivnu raspravu. Kada su podigli poglede, ugledali su me i ja sam im mahnuo.
„Ah, profesore Vedrale, uđite i sedite. Imamo za vas nekoliko pitanja.“ Činilo se verovatnim da je moje prisustvo u nekakvoj vezi s onim o čemu su razgovarali, pošto je puko moje pojavljivanje izazvalo pristojnu količinu meškoljenja i potpuno skretanje pažnje. Završivši sa formalnostima, prešli su pravo na stvar i upitali me koliko je uverljiv lik u komadu koji bi trebalo da se nalazi istovremeno na dva mesta. Kazali su da su čuli ponešto o kvantnoj teoriji i teleportaciji, pa ih zanima je li to moguće.
Dok se činilo da je nekoliko članova ekipe prihvatilo tu zamisao, nekoliko ih je još sa skepsom gledalo na to ima li u kvantnoj teoriji ikakve osnove za neku toliko nečuvenu ideju. Međutim, svi su bili razumljivo preneraženi kad sam otkrio da je to deo mog svakodnevnog posla (premda sam na njihovo veliko razočaranje morao da pojasnim kako ne eksperimentišem na ljudima).
Nastavio sam da objašnjavam kako je u srcu kvantne fizike koncept nedeterminizma. Nedeterminizam je povezan sa činjenicom da jedan objekt zaista može biti istovremeno u više od jednog stanja (npr. bacite novčić i on vam istovremeno pokazuje i glavu i pismo). U tehničkom jeziku to je poznato kao kvantna superpozicija. Glavna poteškoća u razumevanju i predavanju o kvantnoj mehanici jeste upravo ta kontraintuitivna i paradoksalna priroda – ljudi jednostavno isprva u to ne veruju (čak je i Ajnštajn otišao u grob siguran da je to pogrešno).
U fizici postoji sasvim jednostavan eksperiment koji demonstrira superpoziciju i ja sam upravo to objasnio pozorišnoj ekipi. Zamislite foton, koji je svetlosna čestica, u susretu sa razdelnikom snopa. Razdelnik snopa je obično ogledalo premazano srebrnim slojem tako da možemo, variranjem količine srebra, podešavati verovatnoću sa kojom će foton biti odbijen ili prenesen. Recimo da te verovatnoće izjednačimo, tako da imamo tačan ekvivalent nenameštenog bačenog novčića, tj. u polovini slučajeva novčić će pokazati glavu (H) a u drugoj polovini pismo (T).*
Baš kao što novčić, kad ga bacite, može da padne na glavu ili pismo, tako i foton, kada udari u razdelnik snopa, može sa pođednakom verovatnoćom ili da prođe, ili da bude odbijen (tj. odbijanje ili prenošenje jednako su verovatni). Eksperiment se sastoji od dva razdelnika snopa, jedan stoji iza drugog, a dobijeni zrak iz prvog razdelnika snopa rekombinuje se u drugom razdelniku snopa. Zami¬slite da je ovaj eksperiment analogija dvostrukog bacanja novčića. U takvom slučaju su sva četiri ishoda pdjednako verovatna, tj. imamo HH, HT, TH, TT. Zanimljivo, sa fotonom uvek vidimo samo jedan rezultat, dok do drugih rezultata nikada ne dolazi. Kako onda funkcioniše taj trik?
Zamislimo da foton definitivno prolazi kroz prvi raz¬delnik snopa, a onda ulazi u drugi razdelnik snopa speci¬fičnom putanjom. Ako on ne prođe kroz razdelnik snopa, već umesto toga bude odbijen, on onda ulazi u drugi raz¬delnik snopa drugačijom putanjom. Povrh toga, mi ne znamo šta se od ovoga dogodilo, ali znamo da jedan od tih scenarija mora biti tačan. Kod drugog razdelnika snopa, pod kojom god putanjom da uđe, foton slično prolazi kroz razdelnik snopa ili biva odbijen. Stoga posle dva razdelnika snopa, naš foton ima četiri moguća scenarija: RR (odbijen, odbijen), PR (prošao, odbijen), RP ili PP.**
Kao što vidi¬te, to je ekvivalentno scenariju bacanja novčića u kojemoba bacanja imaju slične rezultate. Znate da su rezultati bacanja novčića definitivno jedna od četiri mogućnosti, ali sve dok ne pogledate, jednostavno ne znate koja. Ali začudo, to nije ono što primećujemo kada koristimo stvarni foton umesto novčića. Stvarni foton uvek izlazi na isti način iz drugog razdelnika snopa. Ali to svakako mora biti nemoguće?
* Engl.: head/tails – otud oznake H i T. (Prim. prev.)
** Engl. reflected/passed through – otud prva slova R i P. (Prim. prev.)