Teleportatie - Realiteit: voorbij sciencefiction

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Voor de helden van sciencefictionfilms is teleportatie heel gewoon. Eén druk op de knop - en ze lossen op in de lucht, zodat ze in een paar seconden honderden en duizenden kilometers verder zijn: in een ander land of zelfs op een andere planeet.

Is zo'n beweging echt mogelijk, of zal teleportatie voor altijd een droom blijven van schrijvers en scenarioschrijvers? Wordt er op dit gebied onderzoek gedaan - en zijn we zelfs een beetje dichter bij de implementatie van de technologie die de helden van fantastische actiefilms zo vertrouwd kennen?

Het korte antwoord op deze vraag is ja, experimenten zijn aan de gang en zeer actief. Bovendien publiceren wetenschappers regelmatig artikelen in wetenschappelijke tijdschriften over succesvolle experimenten in kwantumteleportatie - naar steeds grotere en grotere afstanden.

En hoewel veel beroemde natuurkundigen betwijfelen of we ooit in staat zullen zijn om mensen te teleporteren, zijn sommige experts veel optimistischer en verzekeren ze dat teleporteren binnen enkele decennia werkelijkheid zal worden.

Leugens, geruchten en verhalen

Laten we eerst duidelijk maken waar we het precies over hebben. Met teleportatie bedoelen we de onmiddellijke beweging van objecten op elke afstand, idealiter sneller dan de lichtsnelheid.

Het woord zelf werd in 1931 uitgevonden door de Amerikaanse publicist Charles Fort, die dol was op onderzoek naar het paranormale. Naar analogie met "televisie", afgeleid van het Griekse τῆλε ("ver") en het Latijnse video ("zien"), bedacht hij in zijn boek "Volcanoes of Heaven" een term om de onverklaarbare bewegingen van objecten in de ruimte te beschrijven (Latijns porto betekent "dragen") …

"In dit boek kijk ik vooral naar het bewijs dat er een soort overdrachtskracht is, die ik teleportatie noem. Ik zal ervan beschuldigd worden regelrechte leugens, geruchten, fabels, bedrog en bijgeloof bij elkaar te brengen. In zekere zin denk ik van wel Ikzelf. En in zekere zin ook niet. Ik geef alleen gegevens", schrijft Fort.

Er zijn inderdaad veel mythen over dergelijke bewegingen - bijvoorbeeld de wijdverbreide legende over het Philadelphia-experiment van 1943, waarbij de Amerikaanse torpedojager Eldridge naar verluidt 320 km werd geteleporteerd.

In de praktijk blijken al dergelijke verhalen echter niets meer te zijn dan speculatie van complottheoretici, volgens welke de autoriteiten elk bewijs van teleportatiezaken als militair geheim voor het grote publiek verbergen.

In feite is het tegenovergestelde waar: alle prestaties op dit gebied worden breed besproken in de wetenschappelijke gemeenschap. Zo spraken Amerikaanse wetenschappers nog maar een week geleden over een nieuw succesvol experiment in kwantumteleportatie.

Laten we overgaan van stedelijke legendes en fantastische literatuur naar strenge wetenschap.

Van punt A naar punt B …

Het verhaal van echte, niet fictieve, teleportatie begon in 1993, toen de Amerikaanse natuurkundige Charles Bennett wiskundig - met behulp van formules - de theoretische mogelijkheid aantoonde van onmiddellijke kwantumverplaatsingen.

Natuurlijk waren dit puur theoretische berekeningen: abstracte vergelijkingen die geen praktische toepassing hebben. Maar op dezelfde manier - wiskundig gezien - werden bijvoorbeeld al zwarte gaten, zwaartekrachtsgolven en andere verschijnselen ontdekt, waarvan het bestaan veel later experimenteel werd bevestigd.

Dus de berekeningen van Bennett werden een echte sensatie. Wetenschappers begonnen actief onderzoek in deze richting te doen - en het eerste succesvolle experiment van kwantumteleportatie werd binnen een paar jaar uitgevoerd.

Het moet hier worden benadrukt dat we het hebben over kwantumteleportatie, en dit is niet precies hetzelfde wat we gewend zijn in sciencefictionfilms. Van de ene plaats naar de andere wordt niet het materiële object zelf (bijvoorbeeld een foton of een atoom - alles bestaat tenslotte uit atomen) overgedragen, maar informatie over zijn kwantumtoestand. In theorie is dit echter voldoende om het oorspronkelijke object op een nieuwe locatie te "herstellen", nadat het een exacte kopie ervan heeft ontvangen. Bovendien worden dergelijke experimenten al met succes uitgevoerd in laboratoria - maar daarover hieronder meer.

In de wereld die we gewend zijn, is deze technologie het gemakkelijkst te vergelijken met een kopieerapparaat of fax: je verzendt niet het document zelf, maar informatie erover in elektronische vorm - maar als resultaat heeft de ontvanger een exacte kopie. Met het essentiële verschil dat in het geval van teleportatie het verzonden materiële object zelf wordt vernietigd, dat wil zeggen, het verdwijnt - en er blijft alleen een kopie over.

Laten we proberen uit te zoeken hoe dit komt.

Speelt God dobbelstenen?

Heb je gehoord over de kat van Schrödinger - de kat die levend of dood in de doos zit? Deze originele metafoor is uitgevonden door de Oostenrijkse natuurkundige Erwin Schrödinger om de mysterieuze eigenschap van elementaire deeltjes te beschrijven - superpositie. Feit is dat kwantumdeeltjes tegelijkertijd in meerdere toestanden kunnen zijn, wat we in de wereld gewend zijn elkaar volledig uit te sluiten. Een elektron draait bijvoorbeeld niet om de kern van een atoom, zoals we vroeger dachten, maar bevindt zich gelijktijdig op alle punten van de baan (met verschillende kansen).

Totdat we de kattenbak openden, dat wil zeggen, we hebben de kenmerken van het deeltje niet gemeten (in ons voorbeeld hebben we de exacte locatie van het elektron niet bepaald), de kat die daar zit is niet alleen levend of dood - het is beide levend en dood tegelijk. Maar wanneer de doos open is, dat wil zeggen, de meting is gedaan, bevindt het deeltje zich in een van de mogelijke toestanden - en het verandert niet meer. Onze kat is levend of dood.

Als je op dit punt helemaal niets meer begrijpt - maak je geen zorgen, niemand begrijpt dit. De aard van de kwantummechanica is al tientallen jaren niet verklaard door de meest briljante natuurkundigen ter wereld.

Het fenomeen kwantumverstrengeling wordt gebruikt voor teleportatie. Dit is wanneer twee elementaire deeltjes dezelfde oorsprong hebben en in een onderling afhankelijke toestand verkeren - met andere woorden, er is een onverklaarbaar verband tussen hen. Hierdoor kunnen verstrengelde deeltjes met elkaar "communiceren", zelfs als ze zich op grote afstand van elkaar bevinden. En als je eenmaal de toestand van het ene deeltje kent, kun je de toestand van een ander deeltje met absolute zekerheid voorspellen.

Stel je voor dat je twee dobbelstenen hebt die altijd optellen tot zeven. Je schudde ze in een glas en gooide het ene bot achter je rug en het andere voor je en bedekte het met je handpalm. Toen je je hand opstak, zag je dat je bijvoorbeeld een zes hebt gegooid - en nu kun je vol vertrouwen beweren dat het tweede bot, achter je rug, er een naar boven uit viel. De som van twee getallen moet immers gelijk zijn aan zeven.

Klinkt ongelooflijk, toch? Met de dobbelstenen die we gewend zijn, zal zo'n getal niet werken, maar verstrengelde deeltjes gedragen zich precies zo - en alleen op deze manier, hoewel de aard van dit fenomeen ook elke verklaring tart.

"Dit is het meest ongelooflijke fenomeen van de kwantummechanica, het is zelfs onmogelijk te begrijpen", zegt MIT-professor Walter Levin, een van de meest gerespecteerde natuurkundigen ter wereld. riemen! Alles wat we kunnen zeggen is dat dit blijkbaar is hoe onze wereld werkt."

Dit betekent echter helemaal niet dat dit mysterieuze fenomeen niet in de praktijk kan worden gebruikt - het wordt immers herhaaldelijk bevestigd door zowel formules als experimenten.

Praktische teleportatie

Praktische experimenten met teleportatie begonnen ongeveer 10 jaar geleden op de Canarische Eilanden onder leiding van de Oostenrijkse natuurkundige, professor aan de Universiteit van Wenen Anton Zeilinger.

In een laboratorium op het eiland Palma creëren wetenschappers een paar verstrengelde fotonen (A en B), en dan wordt een van hen met een laserstraal naar een ander laboratorium op het naburige eiland Tenerife gestuurd, 144 km verderop. Bovendien bevinden beide deeltjes zich in een staat van superpositie - dat wil zeggen, we hebben nog niet "de kattenbak geopend".

Dan is het derde foton (C) verbonden met de behuizing - degene die moet worden geteleporteerd - en ze laten het interageren met een van de verstrengelde deeltjes. Vervolgens meten natuurkundigen de parameters van deze interactie (A + C) en sturen de resulterende waarde naar een laboratorium in Tenerife, waar het tweede verstrengelde foton (B) zich bevindt.

De onverklaarbare verbinding tussen A en B zal het mogelijk maken om van B een exacte kopie te maken van deeltje C (A + C-B) - alsof het ogenblikkelijk van het ene eiland naar het andere zou gaan zonder de oceaan over te steken. Dat wil zeggen, ze teleporteerde.

"We extraheren de informatie die het origineel bevat - en creëren ergens anders een nieuw origineel", legt Zeilinger uit, die op deze manier al duizenden en duizenden elementaire deeltjes heeft geteleporteerd.

Betekent dit dat wetenschappers in de toekomst alle objecten en zelfs mensen op deze manier kunnen teleporteren - we zijn tenslotte ook samengesteld uit dergelijke deeltjes?

In theorie is dit heel goed mogelijk. Je hoeft alleen maar een voldoende aantal verstrengelde paren te maken en ze naar verschillende plaatsen te dragen, door ze in "teleportatiecabines" te plaatsen, bijvoorbeeld in Londen en Moskou. Je gaat de derde cabine binnen, die werkt als een scanner: de computer analyseert de kwantumtoestand van je deeltjes, vergelijkt ze met verstrengelde deeltjes en stuurt deze informatie naar een andere stad. En daar vindt het tegenovergestelde proces plaats - en uw exacte kopie wordt opnieuw gemaakt van de verstrengelde deeltjes.

Fundamentele problemen opgelost

In de praktijk ligt het iets gecompliceerder. Het feit is dat er ongeveer 7 octiljoen atomen in ons lichaam zijn (na zeven zijn er 27 nullen, dat is zeven miljard miljard miljard) - dit is meer dan sterren in het waarneembare deel van het heelal.

En het is tenslotte noodzakelijk om niet alleen elk afzonderlijk deeltje, maar ook alle verbindingen daartussen te analyseren en te beschrijven - ze moeten tenslotte op een nieuwe plaats in een ideaal correcte volgorde worden verzameld.

Het is bijna onmogelijk om zo'n hoeveelheid informatie te verzamelen en te verzenden - althans, op het huidige niveau van technologische ontwikkeling. Het is niet bekend wanneer computers zullen verschijnen die dergelijke hoeveelheden gegevens kunnen verwerken. Nu wordt er in ieder geval gewerkt aan het vergroten van de afstand tussen laboratoria, en niet aan het aantal teleporteerbare deeltjes.

Dat is de reden waarom veel wetenschappers geloven dat de droom van menselijke teleportatie nauwelijks realiseerbaar is. Hoewel bijvoorbeeld een professor aan het New York City College en een bekende popularisator van de wetenschap Michio Kaku ervan overtuigd is dat teleportatie tegen het einde van de 21e eeuw - en misschien zelfs 50 jaar later - werkelijkheid zal worden. Zonder specifieke data te noemen, zijn sommige andere experts het over het algemeen met hem eens.

"Dit is een kwestie van technologie verbeteren, kwaliteit verbeteren. Maar ik zou zeggen dat fundamentele problemen zijn opgelost - en verder is er geen grens aan perfectie", zegt Eugene Polzik, een professor aan het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen.

Onderweg komen er echter nog tal van andere vragen op. Zal de "kopie van mij" die als resultaat van een dergelijke teleportatie is verkregen, bijvoorbeeld de echte ik zijn? Zal ze op dezelfde manier denken, dezelfde herinneringen hebben? Immers, zoals eerder vermeld, wordt het origineel van het verzonden item vernietigd als gevolg van kwantumanalyse.

"Voor kwantumteleportatie is de vernietiging van het teleporteerbare object in het proces absoluut noodzakelijk en onvermijdelijk", bevestigt Edward Farhi, die van 2004 tot 2016 aan het hoofd stond van het Center for Theoretical Physics aan het MIT en nu bij Google werkt. veranderen in een stel neutronen, protonen en elektronen. Je zou er niet op je best uitzien.'

Aan de andere kant, vanuit een puur materialistisch oogpunt, worden we niet bepaald door de deeltjes waaruit we zijn gemaakt, maar door hun toestand - en deze informatie, zeggen wetenschappers, wordt uiterst nauwkeurig verzonden.

Ik wil graag geloven dat dit zo is. En dat de droom van de mensheid over teleportatie niet werkelijkheid zal worden in de beroemde horrorfilm, waar de hoofdpersoon niet merkte hoe een vlieg per ongeluk zijn teleportatiecabine binnenvloog …