Το Χρονικό του [εξομοιωμένου] Χρόνου

[το σπουδαίο είναι πως σε βαθιές φιλοσοφικές ερωτήσεις
μπορούμε να απαντήσουμε με φυσικές παρατηρήσεις]

Από τον Νώντα Κουκά

Το πείραμα των δύο σχισμών

Το περίφημο πείραμα της διπλής σχισμής του Τόμας Γιανγκ (T Young, 1773-1829) δείχνει με ιδανικό τρόπο την παραδοξότητα του κυματοσωματιδιακού δυϊσμού του φωτός (το πείραμα επίσης μπορεί να εκτελεστεί με ηλεκτρόνια ή άλλα σωματίδια). Το πείραμα είναι γνωστό και έτσι θα προβούμε εν τάχει σε μια περιγραφή του, τονίζοντας όμως προηγουμένως τη σπουδαιότητά του. Παραθέτουμε την άποψη του μεγάλου φυσικού Ρίτσαρντ Φέιμαν: «επιλέγουμε να εξετάσουμε ένα φαινόμενο (το πείραμα διπλών σχισμών), που είναι αδύνατον, απολύτως αδύνατον, να εξηγηθεί με οποιονδήποτε κλασικό τρόπο, και το οποίο περιλαμβάνει μέσα του την ουσία της κβαντομηχανικής. Στην πραγματικότητα, περιέχει το μοναδικό μυστήριο».

Το φως που εκπέμπεται από μια σημειακή πηγή, πέφτει σε μια πρώτη οθόνη που φέρει δύο σχισμές και σχηματίζει μια εικόνα στη δεύτερη οθόνη. Η εικόνα που σχηματίζεται έχει τη μορφή φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων, που ονομάζονται κροσσοί συμβολής και αποκαλύπτουν την κυματική φύση του φωτός. Όμως, ισχύει επίσης πως το φως αποτελείται από σωματίδια (τα φωτόνια). Μπορούμε, περιορίζοντας την εκπομπή του φωτός, να κάνουμε να περνάει από τη συσκευή ένα μόνο φωτόνιο κάθε φορά, το οποίο θα πέφτει, στη συνέχεια, σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο της οθόνης απεικόνισης.

Μόλις συγκεντρωθούν πολλά τέτοια σημεία, αρχίζουμε να διακρίνουμε ένα πιτσιλωτό μοτίβο συμβολής. Αυτό σημαίνει ότι ακόμα και τα επιμέρους φωτόνια πρέπει να «γνωρίζουν» την ύπαρξη των δύο σχισμών, παρόλο που υποτίθεται πως κάθε επιμέρους φωτόνιο πρέπει να περάσει είτε από τη μια είτε από την άλλη. Εάν ο επιστήμονας που διεξάγει το πείραμα θελήσει σκόπιμα να διαπιστώσει από ποια σχισμή περνά το κάθε φωτόνιο, το μοτίβο της συμβολής δε θα σχηματιστεί, με αποτέλεσμα να χαθεί η κυματική φύση του φωτός: το φως θα συμπεριφέρεται αμιγώς ως ροή σωματιδίων.

Το πείραμα των δύο σχισμών δηλώνει εμφατικά τον καίριο ρόλο του πειραματιστή (ή παρατηρητή) στον καθορισμό της φύσης της κβαντικής πραγματικότητας. Έχει σχέση με την πίσω αιτιότητα και την αντιστροφή του χρόνου. Αλλά πίσω από όλες τις λεπτεπίλεπτες εννοιολογικές αποχρώσεις, κρύβεται ένα αναπάντητο ερώτημα. Πότε ακριβώς «αποφασίζει» η φύση να πάρει τη μορφή του κύματος ή του σωματιδίου;

Στη δεκαετία του 1920, ο μεγάλος φυσικός και φιλόσοφος Μπορ (Bohr, σχολή της Κοπεγχάγης) έδωσε μια πιθανή εξήγηση αυτού του παραδόξου. Θεωρήστε την περίπτωση στην οποία το φωτόνιο διέρχεται από τη σχισμή Α ως ένα δυνατό κόσμο (κόσμος Α) και τη διαδρομή μέσα από τη σχισμή Β ως έναν άλλο δυνατό κόσμο (κόσμος Β). Κοντολογίς, αμφότεροι οι κόσμοι Α και Β συνυπάρχουν, υπερτεθειμένοι ο ένας στον άλλο. Ο Μπορ ισχυρίζεται πως δεν μπορούμε να πούμε αν ο πραγματικός κόσμος είναι ή ο Α ή ο Β• ο πραγματικός κόσμος είναι ένα γνήσιο υβρίδιο των δύο.

Επιπλέον, τούτη η υβριδική πραγματικότητα δεν είναι απλώς το άθροισμα των δύο εναλλακτικών κόσμων, αλλά ένας λεπτότατος συνδυασμός τους: οι δύο κόσμοι συμβάλλουν μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να δημιουργείται η περίφημη εικόνα συμβολής. Οι δύο εναλλακτικοί τρόπο αλληλοεπικαλύπτονται και συνδυάζονται, σαν δύο κινηματογραφικές ταινίες που προβάλλονται ταυτόχρονα στην ίδια οθόνη.

Παράξενος διάλογος

Ο αιωνίως σκεπτικιστής Αϊνστάιν αρνιόταν να αποδεχτεί πως υπάρχουν υβριδικές πραγματικότητες. Αντέτεινε στον Μπορ ένα τροποποιημένο πείραμα συμβολής με δύο σχισμές, όπου το πέτασμα είχε τη δυνατότητα να μετακινείται ελεύθερα. Ισχυριζόταν πως με προσεκτική παρατήρηση θα μπορούσε κανείς να εξακριβώσει από ποια σχισμή πέρασε το φωτόνιο. Αν περνούσε από την αριστερή σχισμή, το φωτόνιο θα εκτρεπόταν ελαφρώς προς τα δεξιά, οπότε το πέτασμα θα ανέκρουε κινούμενο, θεωρητικά τουλάχιστον, προς τα αριστερά. Αν το φωτόνιο περνούσε από τη δεξιά σχισμή, θα είχαμε μια μετακίνηση του πετάσματος προς τα δεξιά. Με αυτόν τον τρόπο το πείραμα θα προσδιόριζε ποιος από τους δύο κόσμους, ο Α ή ο Β, αντιστοιχεί στην πραγματικότητα. Ταυτόχρονα η φαινομενική απροσδιοριστία στη συμπεριφορά του φωτονίου, στο αρχικό πείραμα, θα μπορούσε απλούστατα να αποδοθεί σε τεχνικές ατέλειες της διεξαγωγής του πειράματος.

Η αντίδραση του Μπορ υπήρξε δικαιολογημένα έντονη. Έψεξε τον Αϊνστάιν πως στα μισά του παιχνιδιού άλλαζε τους κανόνες. Αν το πέτασμα μπορεί να μετακινείται ελεύθερα, τότε η κίνησή του υπόκειται επίσης στην εγγενή αβεβαιότητα της κβαντικής φυσικής. Ο Μπορ, δίχως να δυσκολευτεί έδειξε ότι το αποτέλεσμα της ανάκρουσης θα κατέστρεφε την εικόνα συμβολής πάνω στη φωτογραφική πλάκα και θα δημιουργούσε δύο ασαφείς φωτεινές κηλίδες.

Το πέτασμα είτε θα είναι στερεωμένο, οπότε εκδηλώνονται οι κυματικές ιδιότητες του φωτός στην εικόνα συμβολής, είτε θα μπορεί να κινείται ελεύθερα, οπότε εξασφαλίζεται μια συγκεκριμένη τροχιά του φωτονίου – αλλά σε αυτήν την περίπτωση, οι κυματικές ιδιότητες εξαφανίζονται, και το φως συμπεριφέρεται με αμιγώς σωματιδιακό τρόπο. Στην πραγματικότητα έχουμε δύο διαφορετικά πειράματα. Δεν είναι αντιφατικά αλλά συμπληρωματικά. Η στρατηγική του Αϊνστάιν δεν μας λέει τίποτε για τις τροχιές των φωτονίων στο αρχικό πείραμα, όπου εκδηλώνεται ο υβριδικός κόσμος.

Το πείραμα της καθυστερημένης επιλογής

Τι αποκομίζουμε λοιπόν ως βασικό συμπέρασμα από αυτόν τον διάλογο; Την παράξενη αλλά βαθιά αληθινή διαπίστωση πως τόσο οι πειραματιστές (όσο και γενικότερα οι παρατηρητές) εμπλέκονται αποφασιστικά με τον ένα ή τον άλλο τρόπο στον καθορισμό της φύσης μιας διφορούμενης πραγματικότητας. Αν, για παράδειγμα, αποφασίσουμε να στερεώσουμε το πέτασμα, κατασκευάζουμε έναν μυστηριώδη υβριδικό κόσμο, στον οποίο η έννοια της τροχιάς του φωτονίου δεν έχει νόημα. Τη δεκαετία του 1980 ο Τζον Άρτσιμπαλ Γουίλερ (J Wheeler) επιχείρησε να βρει την απάντηση σε αυτό το ερώτημα, επινοώντας μια βελτιωμένη έκδοση του πειράματος του Γιανγκ.

Αντικατέστησε την οθόνη απεικόνισης με μια γρίλια και τοποθέτησε από πίσω της ένα ζεύγος τηλεσκοπίων, το καθένα από τα οποία ήταν στραμμένο προς μια σχισμή. Μόλις πλησιάσει ένα φωτόνιο τη γρίλια, ο πειραματιστής μπορεί να επιλέξει είτε να την αφήσει κλειστή, οπότε θα έχει τα αποτελέσματα του αρχικού πειράματος του Γιανγκ (δηλαδή τους κροσσούς συμβολής), είτε να την ανοίξει, επιτρέποντας στα τηλεσκόπια να καταγράψουν από ποια σχισμή πέρασε το φωτόνιο. Πώς μπορεί όμως το φωτόνιο να «γνωρίζει», την ώρα που περνά από την πρώτη οθόνη, ποια θα είναι η απόφαση του πειραματιστή; Η έμπνευση της στιγμής του πειραματιστή επηρεάζει τη φύση της πραγματικότητας (εν προκειμένω, αν το φωτόνιο είχε σωματιδιακή ή κυματική μορφή) στο παρελθόν.

Ο πειραματιστής έχει τη δυνατότητα να καθυστερεί την επιλογή του – ανάμεσα στο κύμα ή το σωματίδιο – μέχρι τη στιγμή που το φωτόνιο φτάνει στη γρίλια. Το ερώτημα που τίθεται είναι πότε ακριβώς θα πάρει το φωτόνιο τη μορφή (κύμα ή σωματίδιο) που επέλεξε για λογαριασμό του ο πειραματιστής. Άραγε μπορεί το φωτόνιο να γνωρίζει εκ των προτέρων εάν η γρίλια θα είναι ανοικτή ή κλειστή; Μήπως το φωτόνιο αναβάλλει την απόφασή του – αν θα είναι κύμα ή σωματίδιο -, μέχρι τη στιγμή που κάνει την επιλογή του ο πειραματιστής;

Αυτό δεν μπορεί να συμβαίνει, γιατί το φωτόνιο, αν είναι σωματίδιο, θα περάσει μόνο από τη μια σχισμή, ενώ αν είναι κύμα, θα περάσει και από τις δύο. Άρα, το φωτόνιο πρέπει να γνωρίζει τη μορφή που πρέπει να πάρει (του κύματος ή του σωματιδίου) προτού φτάσει στην οθόνη με τις δύο σχισμές, με άλλα λόγια πρέπει να γνωρίζει εάν πρέπει να περάσει και από τις δύο σχισμές ή μόνο από τη μία. Το φωτόνιο δεν μπορεί να περιμένει πρώτα να φτάσει στη γρίλια.

Ο Γουίλερ εμπνεύστηκε μια παραλλαγή του πειράματος του Γιανγκ στον φυσικό κόσμο. Εδώ οι διαδρομές που ακολουθούν τα φωτόνια δεν καθορίζονται από τις σχισμές μιας οθόνης αλλά από τη βαρυτική επίδραση φακού που ασκεί ένας γαλαξίας, ο οποίος παρεμβάλλεται και καμπυλώνει το φως που εκπέμπεται από κάποιο μακρινό κβάζαρ. Εάν οι παρατηρήσεις μας από το πείραμα της καθυστερημένης επιλογής μπορούν να εφαρμοστούν – έστω και θεωρητικά – στις διαγαλαξιακές αποστάσεις, αυτό θα σημαίνει ότι τα φωτόνια γνωρίζουν τι πρέπει να κάνουν (αν θα ακολουθήσουν τον ένα ή και τους δύο δρόμους γύρω από τον γαλαξία) όχι μόνο πριν κάνει την επιλογή του ο πειραματιστής, αλλά δισεκατομμύρια χρόνια προτού υπάρξει και η ίδια η Γη!…

Το εκπληκτικό της όλης υπόθεσης είναι ότι το πείραμα της καθυστερημένης επιλογής έχει όντως εκτελεστεί• απλώς δεν χρησιμοποιήθηκε κάποια αστρονομική πηγή αλλά ένα επίγειο εργαστήριο. Και, παρά τις αναγκαίες τροποποιήσεις που έγιναν, τελικά αποδείχτηκε ο βασικός ισχυρισμός του Γουίλερ. Μάλιστα, το 1979, ο Τζον Γουίλερ – μιλώντας ειρωνικά σε ένα συμπόσιο στο πανεπιστήμιο του Πρίνστον για τον εορτασμό της εκατονταετηρίδας από τη γέννηση του Αϊνστάιν – έφτασε σε ένα ακόμη πιο καταπληκτικό συμπέρασμα από το πείραμα των δύο σχισμών.

Επεσήμανε το γεγονός πως με μια απλή τροποποίηση της συσκευής είναι δυνατόν να καθυστερήσουμε την επιλογή του τρόπου με τον οποίο θα εκτελέσουμε το πείραμα, μέχρι τη στιγμή που το φωτόνιο θα έχει περάσει από το πέτασμα. Οπότε η απόφασή μας να φτιάξουμε έναν υβριδικό Κόσμο μπορεί να καθυστερήσει μέχρι τη στιγμή που θα έχει δημιουργηθεί ο Κόσμος! Ο Γουίλερ ισχυρίζεται ότι η ακριβής φύση της πραγματικότητας πρέπει να περιμένει την ενεργό συμμετοχή ενός συνειδητού παρατηρητή. Με τον τρόπο αυτό, ο νους καθίσταται υπεύθυνος για την ανεστραμμένη δημιουργία της πραγματικότητας – ακόμη και αν η πραγματικότητα υπήρχε πριν από την ύπαρξη του ανθρώπου (και της υπόλοιπης έμβιας ύπαρξης). Μιλάμε δηλαδή για ανεστραμμένη αιτιότητα.

Αλλάζοντας την ιστορία του κόσμου

Ουσιαστικά ο Γουίλερ με έναν αδιάσειστο και κομψό τρόπο έδειξε πως μέσα από μια παραλλαγή του πειράματος των διπλών σχισμών, με την απλή πράξη της μέτρησης, ένας πειραματιστής μπορεί να αλλάξει την ιστορία. Αποφασίζοντας αν θέλει να μετρήσει κάτι με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ο πειραματιστής, ένας άνθρωπος, μπορεί να προσδιορίσει τι «έγινε στο παρελθόν». Και γι’ αυτό εφάρμοσε και την καινοφανή ιδέα του σε κοσμική κλίμακα. Ρώτησε: «πώς γεννήθηκε το σύμπαν; Πρόκειται για κάποια παράξενη, μακρινή διαδικασία, την οποία δεν έχουμε τη δυνατότητα να αναλύσουμε; Ή ο μηχανισμός που χρησιμοποιήθηκε, είναι ένας μηχανισμός ο οποίος είναι πάντοτε εμφανής;».

Η απάντηση του Γουίλερ στη δημιουργία, την ιστορία και γέννηση του σύμπαντος είναι ότι πρέπει να ψάξουμε στο πείραμα της καθυστερημένης επιλογής. Ένα τέτοιο πείραμα «ταξιδεύει βαθιά στο παρελθόν, σε προφανή αντίθεση με τη φυσιολογική τάξη του χρόνου». Και δείχνει τελικά πως δεν πρέπει ποτέ να ξεχνάμε ότι είναι λάθος να μιλάμε για τη «διαδρομή» του φωτονίου. Για να είμαστε ακριβέστεροι, δεν έχει νόημα να μιλάμε για το φαινόμενο, μέχρι αυτό να ολοκληρωθεί με μία μη αναστρέψιμη ενέργεια ενίσχυσης. «Κανένα βασικό φαινόμενο δεν είναι φαινόμενο, μέχρι να είναι ένα καταγεγραμμένο (παρατηρηθέν) φαινόμενο.

Η Θεωρία της Πληροφορίας

Ας καταγράψουμε τώρα την κεντρική ιδέα του πειράματος της καθυστερημένης επιλογής, ως επιλεκτική τροποποίηση του πειράματος από τον Γουίλερ: αποφασίζουμε εμείς τι θα κάνει το φωτόνιο, αφού θα το έχει ήδη κάνει. Ισοδύναμη μετάφραση με πιο τεχνική γλώσσα: ο Γουίλερ καταδεικνύει το σύμπαν ως αυτοπαρατηρούμενο σύστημα. Αποκαλύπτει δηλαδή ότι ένας παρατηρητής σήμερα θα μπορούσε εν μέρει να είναι υπεύθυνος για τη γέννηση της πραγματικότητας του απώτερου παρελθόντος. Τα πρώιμα στάδια του σύμπαντος τελούν σε μια φασματική-υβριδική κατάσταση ύπαρξης-μη ύπαρξης. Μετατρέπονται σε πραγματικότητες μέσω μιας μεταγενέστερης παρατήρησής του από έναν συνειδητό παρατηρητή, ο οποίος εξαρτάται από αυτήν την πραγματικότητα.

Όσο λοιπόν εξελίσσεται η στιγμιοτυπική επίγνωση του παρατηρητή,

μέσα σε έναν κόσμο που είναι ένα φάντασμα και η ύπαρξη ένα όνειρο, τόσο η Πληροφορία αυξάνει και στερεώνει τη δόμηση του σύμπαντος. Είναι η συνεχής ροή της εξελιγμένης αυτεπίγνωσης που θα αποφασίσει τι θα κάνει το σύμπαν, αφού θα το έχει ήδη κάνει.

Είναι πλέον αδιάσειστο γεγονός ότι τόσο το φωτόνιο όσο και το ίδιο το σύμπαν είναι καταρχήν απροσπέλαστα στην κοινή λογική της (μη εξελιγμένης) συνείδησης. Ασχέτως αν πρόκειται για επιστήμονα ή κοινό θνητό, κανένας από τους δυο τους δεν θα μπορέσει να προσπελάσει τη βαθιά δομή του σύμπαντος με μη εξελιγμένη συνείδηση. Ούτε με τα πεπερασμένα σύνολα αξιωμάτων του επιστήμονα ούτε με την πρίμιτιβ θελησιαρχία του κοινού θνητού θα καμφθεί η αντίδραση αυτή. Άλλωστε αυτό είναι και το νόημα που κατανοούμε πια από τις κβαντικές εξισώσεις. Η βαθιά δομή της πραγματικότητας είναι άπειρη και δεν υπακούει στον γραμμικό χρόνο της πεπερασμένης συνείδησης.

Κλείνοντας για σήμερα, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι η εμφάνιση της ζωής και του νου στο σύμπαν υπήρξε ένα γεγονός αναπόφευκτο και προκαθορισμένο (χαλαρή μορφή τελεολογίας). Κοντολογίς, τόσο η ζωή όσο και ο νους είναι γραμμένα στο DNA του σύμπαντος. Όμως, για να αποδειχτεί αυτή η θεωρία πρέπει να πληρούνται δύο προϋποθέσεις: i) καταρχήν πρέπει να υπάρχει κυριαρχούσα και παντού επικρατούσα η ζωτική, αν θέλετε, πειραματική κοσμολογική αρχή, η οποία θα συνυπάρξει αρμονικά με την  υφιστάμενη αρνητική εντροπία του κενού συνόλου,  που στέκεται παγερά αδιάφορη απέναντι στο καμπύλο φαινόμενο της ζωής•

ii) Πρέπει να επιτρέψουμε να παρεισφρήσει κάποια μορφή χαλαρής προσομοιωμένης τελεολογίας, η οποία πρoαπαιτεί ροές παρατηρητών και στιγμές παρατηρήσεων. Η λύση του πρώτου προβλήματος είναι να απορρίψουμε την αυστηρή πλατωνική αντίληψη για τη φύση των νόμων και να την αντικαταστήσουμε με τη Θεωρία της Πληροφορίας, όπου οι γνωστοί νόμοι της φυσικής εμφανίζουν μια εγγενή ανακρίβεια ή ευελιξία, το επίπεδο της οποίας είναι αμελητέο σήμερα, είχε όμως παίξει σημαντικό ρόλο τις πρώτες δοκιμαστικές στιγμές της έναρξης της προσομοίωσης του σύμπαντος. Όταν δηλαδή οι νόμοι και οι παράμετροι που κρύβονται πίσω από τη βιοφιλικότητά του τελούσαν ακόμα υπό μαθηματική διαμόρφωση.

Η λύση στο δεύτερο πρόβλημα είναι να κατανοήσουμε την έννοια της ανεστραμμένης αιτιότητας μέσα από το χρονικό του εξομοιωμένου χρόνου:

Δηλαδή, μέσα από την έναρξη του βέλους του χρόνου: μια κατεύθυνση (διάνυσμα) προκειμένου το μέλλον της πληροφορίας να μετατρέπεται σε παρελθοντικό τετελεσμένο μέλλοντα της ανάμνησής της. Ετσι ώστε από όλη αυτή τη διαδικασία, να προικοδοτείται μια γραμμική βάση δεδομένων μνήμης όπου τα πράγματα γίνονται τέτοια, δηλαδή ορατά και απτά, επειδή η (μελλοντική) πληροφορία συμπαγοποιείται ως (παρελθοντική – προβολική) μνήμη.

Εις μνήμην του Stephen William Hawking

15  Μαρτίου  2018