Άρθρο ανασκόπηση 25-Απριλίου-2001

Η τηλεμεταφορά είναι το όνομα που δίνεται από τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, σε μια προσπάθεια τους, ώστε ένα αντικείμενο ή ακόμη και ένας άνθρωπος, να εξαφανιστεί από μια θέση, ενώ ένα τέλειο αντίγραφο του, να  εμφανίζεται κάπου αλλού. Στα διηγήματα αυτά, συνήθως η τηλεμεταφορά παραβιάζει πολλές αρχές της κβαντομηχανικής αλλά και το όριο της ταχύτητας του φωτός, που προβλέπεται από την θεωρία της σχετικότητας του Einstein, γιατί θεωρούν πως γίνεται αυτή η μεταφορά ακαριαία.

Πώς όμως αυτή η μεταφορά ολοκληρώνεται, συνήθως δεν μας το εξηγούν λεπτομερώς, αλλά η γενική ιδέα φαίνεται να είναι ότι το αρχικό αντικείμενο αναλύεται ή σαρώνεται από ειδικά μηχανήματα , με τέτοιο τρόπο, ώστε να εξαχθούν όλες οι πληροφορίες από αυτό.
Κατόπιν όλες αυτές οι πληροφορίες του αντικειμένου, διαβιβάζονται με πομπό, στη θέση που θα εμφανιστεί το αντικείμενο, και χρησιμοποιούνται για να ανακατασκευάσουν το αντίγραφο, όχι απαραίτητα με το πραγματικό υλικό του αρχικού, αλλά ίσως από άτομα του ιδίου είδους, που όμως τακτοποιούνται ακριβώς στην ίδια θέση με βάση το πρωτότυπο σχέδιο.

Ιστορική αναφορά στην κβαντομηχανική

Για να εξηγήσουμε που βασίζονται τα πειράματα της κβαντικής τηλεμεταφοράς, είμαστε υποχρεωμένοι να εξετάσουμε τις ιδιότητες των υποατομικών σωματιδίων, με βάση την κβαντική θεωρία.
Στον κβαντικό κόσμο, ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο δεν έχει μια ορισμένη θέση, παρά μια σειρά από πιθανές θέσεις, η καθεμία από τις οποίες περιγράφεται από μια διαφορετική κβαντική κατάσταση.
Η κβαντική μηχανική είναι σε θέση να μας δώσει την πιθανότητα με την οποία το ηλεκτρόνιο μπορεί να βρεθεί σε μια από τις πιθανές καταστάσεις, με την βοήθεια ορισμένων εξισώσεων.
Η κβαντομηχανική άποψη της περίπτωσης αυτής είναι ότι το ηλεκτρόνιο δεν βρίσκεται σε μια θέση αλλά σε πολλές θέσεις ταυτόχρονα - βρίσκεται δηλαδή σε μια υπέρθεση καταστάσεων. Και το σπουδαιότερο, δεν έχει νόημα να προσπαθούμε να περιγράφουμε τη θέση ενός ηλεκτρονίου, έως ότου πραγματοποιηθεί μια μέτρηση. Όταν θα κάνουμε μια μέτρηση, τότε η μέτρηση καταστρέφει την υπέρθεση (και την αβεβαιότητα), και αναγκάζει το σωματίδιο να καταλάβει μια συγκεκριμένη θέση ή καλύτερα να μας αποκαλύψει όχι πιθανές αλλά  πραγματικές τιμές της ορμής και της θέσης που έχει.

Ο Einstein διαφώνησε με την εξήγηση αυτή: πίσω από τη κβαντική θεωρία έπρεπε να βρίσκεται ένας κόσμος στον οποίο οι ιδιότητες ενός σωματιδίου - όπως είναι για παράδειγμα η θέση και η ορμή του, έχουν πραγματικές, προϋπάρχουσες τιμές.
Ετσι, το 1935 ο Einstein, ο Boris Podolsky και ο Nathan Rosen, προκάλεσαν ένα νοητικό πείραμα,  "Πείραμα EPR" από τα αρχικά των επιστημόνων, που σχεδιάστηκε για να δείξει ότι η κβαντική θεωρία δίνει μια ατελή άποψη της πραγματικότητας. Δηλαδή να συνδέεται η μέτρηση μιας τιμής ενός μεγέθους κάποιου σωματιδίου, με την τιμή ενός άλλου σωματιδίου, έστω κι αν αυτό είναι πολύ μακριά από το πρώτο.

Στο Πείραμα EPR θεωρούμε ένα σύστημα αποτελούμενο από δύο σωματίδια Α και Β, μηδενικού ολικού σπιν, τα οποία έχουν αλληλεπιδράσει για ένα μικρό χρονικό διάστημα και στη συνέχεια χωρίζονται ώστε να διατηρείται το ολικό τους σπιν σταθερό. Μετά το χωρισμό τους, μετράμε μία από τις συνιστώσες του σπιν του σωματιδίου Α.
Μπορούμε τότε χωρίς να πραγματοποιήσουμε καμιά μέτρηση στο Β να προβλέψουμε με βεβαιότητα την τιμή της αντίστοιχης συνιστώσας του ότι θα είναι αντίθετη αυτής του Α.
Για τον Einstein, η δυνατότητα να προβλέψουμε ένα στοιχείο του Β, αποδεικνύει πως η θεωρία δεν είναι πλήρης αφού δεν εξηγεί πως το ένα σωματίδιο επηρεάζει το άλλο. Αν δεχθούμε ότι το σπιν αυτού που μετράμε δεν είναι καθορισμένο αλλά ορίζεται τη στιγμή της μέτρησης, τότε αυτό το σωματίδιο αυτό θα πρέπει ακαριαία να καθορίζει την τιμή του σπιν του Β όσο μακριά και αν βρίσκεται αυτό.

Όμως, μια τέτοια αλληλεπίδραση ταχύτερη από το φως έρχεται σε αντίθεση με τη Θεωρία της Σχετικότητας και αυτό ακριβώς αποτελεί το παράδοξο EPR.
Για τον Bohr αντίθετα, η συσχέτιση αποτελεί μια ιδιότητα του κόσμου στον οποίο ζούμε. Τα συσχετισμένα σωματίδια αποτελούν θεμελιώδη τμήματα του ίδιου κβαντικού συστήματος ανεξάρτητα της μεταξύ τους απόστασης. Χωρίς κανένα σήμα να ανταλλάσσεται μεταξύ τους, και ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκεται το ένα από το άλλο, συνεργάζονται κατά τη στιγμή της μέτρησης. Η γνώση της κβαντικής κατάστασης, όπως είναι για παράδειγμα η θέση του ενός σωματιδiου, μας αποκαλύπτει την κατάσταση και του άλλου.

Μια μηχανή τηλεμεταφοράς, θα ήταν σαν μια μηχανή fax, (η οποία θα λειτουργούσε με 3-διάστατα αντικείμενα)  που θα παρήγαγε ένα ακριβές αντίγραφο του αντικειμένου και όχι μια κόπια κατά προσέγγιση, αλλά συγχρόνως θα κατέστρεφε το αρχικό αντικείμενο, στο στάδιο της σάρωσης ή ανάλυσής του.
Μερικοί συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας βάζουν στα διηγήματα τους, τηλεμεταφορές που συντηρούν το αρχικό αντικείμενο ή πρόσωπο, και η πλοκή τότε γίνεται περίπλοκη, γιατί εμφανίζεται πότε το αρχικό πρόσωπο και πότε οι εκδόσεις-αντίγραφα του ίδιου προσώπου.
Αλλά στο πιό κοινό είδος τηλεμεταφοράς, καταστρέφεται το αρχικό πρόσωπο ή αντικείμενο. Τι γίνεται όμως με την ψυχή ή την μνήμη των προσώπων; Θα μεταφέρονται κι αυτές; 

Εν τω μεταξύ, πολλοί επιστήμονες προγραμματίζουν πειράματα  στα επόμενα έτη, για να καταδείξουν την τηλεμεταφορά σε μικροσκοπικά αντικείμενα, όπως είναι μοναχικά άτομα ή φωτόνια. Αλλά οι άνθρωποι που εξάπτονται από την επιστημονική φαντασία, θα απογοητευθούν όταν θα μάθουν πως κανένας επιστήμονας, δεν αναμένει να εφαρμοστεί η τηλεμεταφορά στους ανθρώπους ή σε άλλα μακροσκοπικά αντικείμενα στο εγγύς μέλλον, για ποικίλους λόγους που έχουν να κάνουν με τα μηχανήματα που θα έκαναν την σάρωση (ανάλυση) των αντικειμένων, ακόμα κι αν υποτεθεί πως δεν θα παραβιαζόταν κανένας θεμελιώδης νόμος της Φυσικής.

Μέχρι πριν από λίγα χρόνια, η τηλεμεταφορά δεν αντιμετωπίστηκε σοβαρά από τους επιστήμονες, επειδή θεωρήθηκε πως παραβιάζει την αρχή της αβεβαιότητας της κβαντομηχανικής (Heisenberg), η οποία απαγορεύει την γνώση της ακρβούς θέσης και ορμής ενός σωματιδίου ταυτόχρονα. Αρα η οποιαδήποτε μέτρηση ή ανιχνευτική διαδικασία ενός ατόμου ή άλλου αντικειμένου θα εμπεριέχει σφάλματα, και δεν θα επιτρέπει έτσι την ακριβή μεταφορά όλων των πληροφοριών (θέσης, ταχύτητας, ορμής, ενέργειας) σε νέα θέση.
Σύμφωνα με την αρχή αβεβαιότητας, όταν ένα μικροσκοπικό αντικείμενο γίνεται στόχος ακριβούς μέτρησης, επηρεάζεται η υπόστασή του, τόσο ώστε η αρχική του εικόνα να αλλοιωθεί, και να μην μπορεί να εξαχθεί ένα ακριβές αντίγραφο του. Αυτό βέβαια είναι ένα γερό επιχείρημα εναντίον της τηλεμεταφοράς: εάν κάποιος δεν μπορεί να εξαγάγει αρκετές πληροφορίες από ένα αντικείμενο για να κάνει ένα τέλειο αντίγραφο, πως θα έκανε τότε ένα ακριβές αντίγραφο;

Αφού η πράξη της μέτρησης ενός σωματιδίου καταστρέφει πραγματικά μερικές από τις πληροφορίες για την παλιά κατάστασή του, θα φαινόταν σχεδόν αδύνατο να αντιγράψει τέτοια σωματίδια και να τα αναπαραγάγει αλλού. Αλλά κατά ειρωνικό τρόπο, ένα από τα παράξενα τεχνάσματα του κβαντικού κόσμου στρέφει αυτό το επιχείρημα υπέρ του. Διότι,  μπορείτε να επαναδημιουργήσετε την κβαντική κατάσταση που δεν έχει μετρηθεί -- εφ' όσον προετοιμάζεστε να θυσιάσετε το αρχικό σωματίδιο. Το τέχνασμα εκμεταλλεύεται την ίδια την αβεβαιότητα που κάνει τις κβαντικές μετρήσεις να αλλοιώνουν το μετρούμενο αντικείμενο στην αρχική θέση.

Ετσι, σήμερα οι επιστήμονες έχουν καταφέρει να αντιμετωπίσουν την απαγορευτική αυτή ιδιότητα της κβαντομηχανικής και να σχεδιάσουν πειράματα, που έδειξαν πως η τηλεμεταφορά τουλάχιστον υποατομικών σωματιδίων δεν είναι μακρινό όνειρο αλλά πραγματικότητα. Εδώ παρουσιάζουμε τρία πειράματα. Το πρώτο έγινε το 1993, το δεύτερο το 1997 και το τρίτο το 1998. Σίγουρα υπάρχουν περισσότερα. Ψάξτε το διαδίκτυο και θα βρείτε ενδιαφέρουσες συνδέσεις.