Teleportation - Reality: Beyond Science Fiction

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

För science fiction-filmernas hjältar är teleportering en vanlig sak. Ett tryck på en knapp - och de löses upp i luften, så att de på ett par sekunder befinner sig hundratals och tusentals kilometer bort: i ett annat land eller till och med på en annan planet.

Är en sådan rörelse verkligen möjlig, eller kommer teleportering för alltid att förbli en dröm för författare och manusförfattare? Bedrivs det någon forskning inom detta område - och är vi till och med lite närmare implementeringen av tekniken som är så bekant för hjältarna i fantastiska actionfilmer?

Det korta svaret på denna fråga är ja, experiment pågår, och mycket aktivt. Dessutom publicerar forskare regelbundet artiklar i vetenskapliga tidskrifter om framgångsrika experiment inom kvantteleportation - till allt större och längre avstånd.

Och även om många kända fysiker tvivlar på att vi någonsin kommer att kunna teleportera människor, är vissa experter mycket mer optimistiska och försäkrar att teleportering kommer att bli verklighet om några decennier.

"Lögner, rykten och berättelser"

Låt oss först klargöra exakt vad vi pratar om. Med teleportering menar vi den omedelbara rörelsen av föremål på vilket avstånd som helst, helst snabbare än ljusets hastighet.

Ordet i sig uppfanns 1931 av den amerikanske publicisten Charles Fort, som var förtjust i att forska om det paranormala. I analogi med "television", härledd från grekiskan τῆλε ("långt") och den latinska videon ("att se"), i sin bok "Vulcanoes of Heaven" uppfann han en term för att beskriva objektens oförklarliga rörelser i rymden (Latin porto betyder "att bära") …

"I den här boken tittar jag i första hand på bevisen för att det finns någon form av överföringskraft, som jag kallar teleportering. Jag kommer att anklagas för att ha sammanfogat rena lögner, rykten, fabler, bluff och vidskepelser. På ett sätt tror jag det. själv. Och på sätt och vis, nej. Jag tillhandahåller bara data", skriver Fort.

Det finns verkligen många myter om sådana rörelser - till exempel den utbredda legenden om Philadelphia-experimentet 1943, under vilket den amerikanska jagaren Eldridge påstås ha teleporterats 320 km.

Men i praktiken visar sig alla sådana berättelser inte vara något annat än spekulationer av konspirationsteoretiker, enligt vilka myndigheterna döljer för allmänheten alla bevis på teleporteringsfall som en militär hemlighet.

Faktum är att det motsatta är sant: alla framsteg på detta område diskuteras flitigt i det vetenskapliga samfundet. Till exempel talade amerikanska forskare för bara en vecka sedan om ett nytt framgångsrikt experiment inom kvantteleportation.

Låt oss gå från urbana legender och fantastisk litteratur till rigorös vetenskap.

"Från punkt A till punkt B…"

Berättelsen om verklig, inte fiktiv, teleportation började 1993, när den amerikanske fysikern Charles Bennett matematiskt - med hjälp av formler - bevisade den teoretiska möjligheten av momentana kvantförskjutningar.

Naturligtvis var det rent teoretiska beräkningar: abstrakta ekvationer som inte har någon praktisk tillämpning. Men på samma sätt - matematiskt - upptäcktes till exempel svarta hål, gravitationsvågor och andra fenomen, vars existens experimentellt bekräftades långt senare.

Så Bennetts beräkningar blev en riktig sensation. Forskare började aktivt bedriva forskning i denna riktning - och det första framgångsrika experimentet med kvantteleportation utfördes inom några år.

Det ska här betonas att vi pratar om kvantteleportation, och det är inte exakt samma sak som vi är vana vid att se i science fiction-filmer. Från en plats till en annan överförs inte själva det materiella objektet (till exempel en foton eller en atom - trots allt består allt av atomer), utan information om dess kvanttillstånd. Men i teorin är detta tillräckligt för att "återställa" det ursprungliga objektet på en ny plats, efter att ha fått en exakt kopia av det. Dessutom genomförs sådana experiment redan framgångsrikt i laboratorier - men mer om det nedan.

I den värld vi är vana vid är denna teknik lättast att jämföra med en kopiator eller fax: du skickar inte själva dokumentet, utan information om det i elektronisk form - men som ett resultat har mottagaren en exakt kopia. Med den väsentliga skillnaden att vid teleportering förstörs själva det skickade materiella objektet, det vill säga det försvinner – och bara en kopia finns kvar.

Låt oss försöka ta reda på hur detta händer.

Spelar Gud tärning?

Har du hört talas om Schrödingers katt - den som sitter i lådan varken levande eller död? Denna ursprungliga metafor uppfanns av den österrikiske fysikern Erwin Schrödinger för att beskriva elementarpartiklarnas mystiska egenskap - superposition. Faktum är att kvantpartiklar samtidigt kan vara i flera tillstånd samtidigt, vilket vi i världen är vana vid att helt utesluta varandra. En elektron kretsar till exempel inte kring en atoms kärna, som vi brukade tro, utan är lokaliserad samtidigt på alla punkter i omloppsbanan (med olika sannolikheter).

Tills vi öppnade kattlådan, det vill säga vi mätte inte partikelns egenskaper (i vårt exempel bestämde vi inte den exakta platsen för elektronen), katten som sitter där är inte bara levande eller död - det är både levande och döda på samma gång. Men när lådan är öppen, det vill säga mätningen görs, är partikeln i ett av de möjliga tillstånden – och den förändras inte längre. Vår katt är antingen levande eller död.

Om du vid denna tidpunkt helt slutade förstå någonting - oroa dig inte, ingen förstår detta. Kvantmekanikens natur har inte förklarats av de mest briljanta fysikerna i världen på många decennier.

Fenomenet quantumentanglement används för teleportering. Det är när två elementarpartiklar har samma ursprung och är i ett ömsesidigt beroende tillstånd - det finns med andra ord något oförklarligt samband mellan dem. På grund av detta kan intrasslade partiklar "kommunicera" med varandra, även på ett enormt avstånd från varandra. Och när du väl känner till tillståndet för en partikel kan du förutsäga en annans tillstånd med absolut säkerhet.

Föreställ dig att du har två tärningar som alltid summerar till sju. Du skakade dem i ett glas och kastade ett ben bakom ryggen och det andra framför dig och täckte det med handflatan. När du höjde handen såg du att du har kastat, säg, en sexa - och nu kan du med säkerhet hävda att det andra benet, bakom din rygg, ramlade ut en uppåt. När allt kommer omkring måste summan av två tal vara lika med sju.

Låter otroligt, eller hur? Med de tärningar vi är vana vid kommer ett sådant nummer inte att fungera, men intrasslade partiklar beter sig precis så - och bara på det här sättet, även om naturen hos detta fenomen också trotsar förklaringen.

"Detta är det mest otroliga fenomenet inom kvantmekaniken, det är omöjligt att ens förstå", säger MIT-professorn Walter Levin, en av de mest respekterade fysikerna i världen. Allt vi kan säga är att det tydligen är så vår värld fungerar."

Detta betyder dock inte alls att detta mystiska fenomen inte kan användas i praktiken – trots allt bekräftas det gång på gång av både formler och experiment.

Praktisk teleportering

Praktiska experiment på teleportering började för cirka 10 år sedan på Kanarieöarna under ledning av den österrikiska fysikern, professorn vid Wiens universitet Anton Zeilinger.

I ett laboratorium på ön Palma skapar forskare ett par intrasslade fotoner (A och B), och sedan skickas en av dem med hjälp av en laserstråle till ett annat laboratorium som ligger på grannön Teneriffa, 144 km bort. Dessutom är båda partiklarna i ett tillstånd av superposition - det vill säga vi har ännu inte "öppnat kattens låda".

Sedan kopplas den tredje fotonen (C) till höljet - den som behöver teleporteras - och de får den att interagera med en av de intrasslade partiklarna. Sedan mäter fysiker parametrarna för denna interaktion (A + C) och överför det resulterande värdet till ett laboratorium på Teneriffa, där den andra intrasslade fotonen (B) finns.

Den oförklarliga kopplingen mellan A och B kommer att göra det möjligt att förvandla B till en exakt kopia av partikel C (A + C-B) - som om den omedelbart flyttade från en ö till en annan utan att korsa havet. Det vill säga, hon teleporterade.

"Vi extraherar liksom informationen som originalet bär - och skapar ett nytt original någon annanstans", förklarar Zeilinger, som redan har teleporterat tusentals och åter tusentals elementarpartiklar på detta sätt.

Betyder detta att forskare i framtiden kommer att kunna teleportera vilka föremål som helst och till och med människor på det här sättet - trots allt är vi också sammansatta av sådana partiklar?

I teorin är detta mycket möjligt. Du behöver bara skapa ett tillräckligt antal intrasslade par och bära dem till olika platser, placera dem i "teleportationsbås" - säg i London och Moskva. Du går in i det tredje båset, som fungerar som en skanner: datorn analyserar kvanttillståndet för dina partiklar, jämför dem med intrasslade, och skickar denna information till en annan stad. Och där sker den motsatta processen - och din exakta kopia återskapas från de intrasslade partiklarna.

"Grundläggande frågor lösta"

I praktiken är saker och ting lite mer komplicerade. Faktum är att det finns cirka 7 oktillioner atomer i vår kropp (efter sju finns det 27 nollor, det vill säga sju miljarder miljarder miljarder) - detta är mer än stjärnor i den observerbara delen av universum.

Och trots allt är det nödvändigt att analysera och beskriva inte bara varje enskild partikel, utan också alla kopplingar mellan dem - trots allt, på en ny plats måste de samlas i en idealiskt korrekt ordning.

Det är nästan omöjligt att samla in och överföra en sådan mängd information - åtminstone på nuvarande nivå av teknisk utveckling. Det är inte känt när datorer som kan bearbeta sådana mängder data kommer att dyka upp. Nu pågår i alla fall ett arbete med att öka avståndet mellan laboratorier, och inte antalet teleporterbara partiklar.

Det är därför många forskare tror att drömmen om mänsklig teleportering knappast går att förverkliga. Även om till exempel en professor vid New York City College och en välkänd populariserare av vetenskap Michio Kaku är övertygad om att teleportering kommer att bli verklighet i slutet av 2000-talet – och kanske till och med 50 år senare. Utan att nämna specifika datum håller vissa andra experter i allmänhet med honom.

"Det här handlar om att förbättra tekniken, förbättra kvaliteten. Men jag skulle säga att grundläggande frågor har lösts - och det finns ingen gräns för perfektion ytterligare", säger Eugene Polzik, professor vid Niels Bohr Institutet vid Köpenhamns universitet.

Men en hel del andra frågor dyker upp på vägen. Kommer till exempel "kopian av mig" som erhålls som ett resultat av sådan teleportering att vara det riktiga jaget? Kommer hon att tänka på samma sätt, ha samma minnen? När allt kommer omkring, som tidigare nämnts, förstörs originalet av det skickade föremålet som ett resultat av kvantanalys.

"För kvantteleportering är förstörelsen av det teleporterbara objektet i processen absolut nödvändigt och oundvikligt", bekräftar Edward Farhi, som ledde Center for Theoretical Physics vid MIT från 2004 till 2016 och nu arbetar på Google. "Jag tror att du bara skulle förvandlas till ett gäng neutroner, protoner och elektroner. Du skulle inte se bäst ut."

Å andra sidan, från en rent materialistisk synvinkel, bestäms vi inte av partiklarna som vi är gjorda av, utan av deras tillstånd - och denna information, säger forskare, överförs extremt exakt.

Jag skulle vilja tro att det är så. Och att mänsklighetens dröm om teleportering inte kommer att bli verklighet i den berömda skräckfilmen, där huvudpersonen inte märkte hur en fluga av misstag flög in i hans teleporteringshytt …