H Jele A Fizikában 8
Ennek a koncepciónak jó harminc évvel ezelőtt megalkottam egy ideiglenes elméletét. Az atomi rendszerek esetében valami mást kellett kitalálni. H jele a fizikában 10. Mi ezt a gravitáció meghívásával dolgoztuk bele az elméletbe, de tudni kell, hogy ez nem megoldás még arra, hogy a kvantummechanikát és a gravitációt össze tudjuk illeszteni. Van már ötlet, hogy milyen hasznos feladatokról is lehetne szó? 2000-ben és 2001-ben én adtam az első két interjút arról, hogy mi a csuda az a kvantumszámítógép.
H Jele A Fizikában 10
Meg hát Penrose maga is járta a világot ezzel az elméletével elég kitartóan. De a tudomány így működik: ha az ember jó irányba indul el, akkor, ha egy tökéletlen koncepciót sikerül megfogalmaznia, megvizsgálnia, az már haladást jelent. Igen, az, hogy egy alapvetően objektív fizikai elméletet képtelen volt egy Neumann János is megfogalmazni anélkül, hogy ne kelljen hivatkoznia a szubjektumra. Egy bizonyos típusú kísérletnél tudjuk, hogy nanokelvinre kellene lehűteni a környezetet. Ahhoz képest, hogy milyen nehéz a feladat, van haladás. H jele a fizikában 6. A 19. század második felében, a 20. század elején már tudták. Vagy harminc évig lehetetlen volt bármit kezdeni vele. Próbáljuk meg először megmagyarázni közérthetően, hogy mi a kvantumfizika, ugyanis már magában ez nagy feladat.
Húsz éve Zeilinger kísérlete bizonyította be, hogy nagy fullerén molekulák is ugyanazt tudják, amit az elektronokról bebizonyították már a húszas években. Úgy látjuk, hogy a dolgok valahol vannak, a helyük, a jelenlétük, a pályájuk meghatározott. Ilyen gyors ez a tudományterület? A kvantummechanika logikailag egy tökéletes konstrukció. Ha jól értem, ez már csak ahhoz kellett, hogy összekösse a kvantummechanikát azzal, amit mi látunk és érzékelünk? És mi a következő lépés akkor? Ez a fizika a legnagyobb tudósokat is zavarba hozza. A gravitáció miatt a tömeg növekedésével ezek a Schrödinger macskája típusú állapotok lebomlanak. Most mi jön, hogy az elméletet megpróbálják igazolni? Ez csak egy utat jelölhetne ki, hogy merrefelé kell elindulni.
Aztán fokozatosan kiderült, hogy ez a rettenetesen bonyolult, absztrakt kvantumelmélet nemcsak az atomot alkotó részekre igaz, hanem egy egész atomra is. Minél nagyobb a tömeg, annál kevésbé engedi meg, hogy létrejöjjön az ilyen állapot, amely egy elektronra és egy makromolekulára biztosan létezik. Vagy egyetlenegy nem is látható fényű, hanem infravörös foton arra jár. Ennyi mindent fel kell még benne fedezni? A világ legfinomabb szerkezetei, és ha például egy hasonlóan finom szerkezet a közelükbe jut, akkor már mindketten elvesztik a tervezett működésüket. Csak egyszerűen logikailag nagyon nehéz lenne lezárni az elméletet úgy, hogy ha ezt levenném a tetejéről. H jele a fizikában 9. Különösen, amikor az atomok szerkezetéről is fogalmunk lett. És igazából ez az, amivel én magam is elkezdtem foglalkozni nagyon-nagyon korán, aztán egész pályám alatt. Mondhatnánk, hogy nincs itt semmi látnivaló. Az igazság az, hogy ez egyáltalán nem befolyásolja a kvantummechanika igazolhatóságát. Van elképzelés arra, hogy mikor van ez a bizonyos váltás?
H Jele A Fizikában 6
Soha egyetlenegy kísérlet nem mondott ellent neki, és ahol elég pontosan tudtunk mérni, ott minden bizonyította is. De arra elég, hogy el tudjuk képzelni: nem egy pálya van, egy hely hozzárendelve egy elektronhoz, hanem mindig valami térben eloszlott valami. A gravitációval kapcsolatban mit sikerült kutatni? Nagyon nagy eredmény volt, és mutatja azt, hogy a fizika, ahogy egyébként más egzakt természettudományok is képesek felismerni olyan absztrakt viselkedést a természetben, amihez szemléletes eszközeink nincsenek. Ez a történet az volt, hogy egy elektronnak – mert ez volt a kísérleti nyúl az atomot alkotó elemek fizikájában – nem pályája van meg helye, hanem egy térben eloszló függvény, bizonyos sűrűségeloszlás rendelendő hozzá, és ahol ez a függvény elég sűrű, ott az elektron inkább van, mint ott, ahol ez a függvény lecseng. Az egyik az, hogy ha logikailag zárt elméletet akarunk létrehozni, akkor egy furcsa, de mégis ártalmatlan zárókövet kell a kvantummechanikára rakni. Mindmáig tart az a mondás, hogy megérteni ezt igazából nem lehet, alkalmazni, megszokni igen. Térjünk kicsit vissza a kvantumfizikához konkrétan. Igen, ő a fekete lyukakkal kapcsolatban lett Nobel-díjas. Erről az elméletről az derült ki, hogy a fogalmi rendszere és a matematikai struktúrája iszonyúan különböző attól, amit Newton óta tudunk. A macskáról eldől, hogy él vagy hal, és onnantól kezdve elérkeztünk a mi konzervatív világunkhoz. Az atomok kinevetik ezt a fajta konzervatív viselkedést. Az elektront, a macskát vagy a biliárdgolyót megfigyelő szubjektumra. Ott volt például a meglepetés, amit ma úgy hívnak, hogy kvantuminformatika, kvantumszámítógép, kvantumkriptográfia.
Ezek optimalizációs feladatok. Még az se igaz, hogy ez a térbeli sűrűség hasonlítana ahhoz, amikor valamit tényleg valószínűségekkel az itt és ott való felbukkanáshoz hozzárendelünk, mert még annál is vadabb. Nincs két külön elmélet a világban, a newtoni igazából része kell, hogy legyen egy sokkal általánosabbnak, és ez az általánosabb a kvantumelmélet. És ez a gyenge sugárzás kiszámolható, hogy mekkora, ha érvényes az a koncepció, ahogy mi gondoljuk. Nem sokan figyeltek rám, mondjuk rá sem, mert az egészet lehetetlen volt kísérletileg ellenőrizni, olyan kicsi effektusról volt szó. Meg lehet magyarázni pár szóban az alapfeltevéseket? Az, hogy a fizikatudomány eljutott ennek a felismerésére, egy olyan világ tulajdonságait tudta megfogalmazni, amit az évezredes tudományos szemlélet nem képes felfogni. Zeilinger ma az Osztrák Tudományos Akadémia elnöke, a rekordot most is a Bécsi Egyetem tartja egy 2000 atomból álló óriásmolekulával. Sok-sok évtized után derült ki, hogy az információkezelésben, -titkosításban, -továbbításban, -tárolásban a kvantumos viselkedés olyan távlatokat nyit, amilyen korábban nem volt elképzelhető. A zaj alatt ilyen kvantumos méretű effektusokat kell értenünk, ezektől kell megszabadulni, vagy valahogy kizárni őket.
Például, amikor Newton végül máig érvényes formában meghatározta a már 200 évvel ezelőtt konzervatívnak számító elméletét, ehhez hozzá lehetett szokni, nagy meglepetések nem érték se a fizikusokat, se a mérnököket. Foglalkoznak vele fizikusok és teljesen elszállt, absztrakt tehetségű matematikusok is, hogy miként lehet elméleti üzemanyagot szolgáltatni a fejlesztőknek. Ez megmagyarázná azt, hogy mi mit látunk. Nyugodtan mondhatom, hogy a nagyon fejlett kvantumtechnológiáknak az egyik motiváló tényezőjévé is vált a mi elméletünk, amit ezek után az én nevemet Penrose elé rakva, az időbeli sorrend miatt, Diósi-Penrose elméletnek hívnak. Ez egy komplex függvény ráadásul. Ekkor elkezdődhetett egy töprengés azon, hogy igen, de mi történik, hogy ha a kvantumelmélet az összes misztériumával tényleg igaz lenne egy kockacukorra, vagy egy biliárdgolyóra, vagy ránk. Én nyugodtan alszom emiatt. A kapcsolat a mikrovilág saját törvényei és a mi makrovilágunk között Neumann szerint úgy létesülhet, hogy valaki ránéz, megméri.
H Jele A Fizikában 9
Ez azt jelenti, hogy az elméletnek egy paramétertartománya beszűkült. Alapvetően az a nehéz benne, hogy elképzelni és alkalmazni a saját tapasztalt világunkra ez nagyon nehéz. Ez a kvantummechanika jól ismert történetének egyik misztériuma: az, hogy az elektron itt van és ott, vagy hogy a macska él és hal, mindaddig van úgy, ameddig valaki rá nem néz. Aztán eltelt ez a harminc év, és egyrészt az elmélet eleganciája más versengő elméletekhez képest, másrészt a koncepció érdekessége egyre több ember figyelmét ráirányította. Ezzel szemben a kvantumelméletben mi történik? A kísérleti technológiák arra szolgálnak, hogy ilyen szemcséket megpróbáljunk teljesen zajmentes környezetben vizsgálni. Viszont ezeken a kis buta pontatlan kvantumszámítógép-játékszereken be tudjuk bizonyítani, hogy véges idő alatt meg tudjuk oldani őket. Igen, olyan, ami még fontos lehet, amire senki nem gondolt. De ebben a pillanatban senki nem beszél arról, hogy olyan jellegű áttörés lehetne, hogy például a hagyományos számítógépekkel alig megoldható feladatokat belátható időn belül a kijövő esetleg még butácska, de már korrektül működő kvantumszámítógépekkel oldanánk meg.
Kimeríthetetlenül más, mint a korábbi konzervatív fizikai világkép. Mi egy makroszkopikus, kísérleti világban élünk, nekünk tényleg az kell, hogy tetszőleges pontossággal megismerhető időpontokat tudjunk hozzárendelni fizikai jelenségekhez is, hogy a dolgoknak pályája legyen, biztosak legyünk, hogy igen, ez a mutató most a nulláról kimozdult az ötre. A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Nagyon-nagyon lassú a kísérleti fejlődés. Át kell állítania az embernek az agyát arra, hogy ebben a rendszerben gondolkozzon.
Mi ezt egy kicsit leegyszerűsítettük ahhoz, hogy egy fizikus is tudja kutatni, ne kelljen papot hívni a macskához vagy pszichológust a fizikushoz. Hol tart most ennek a fejlesztése? Nehéz lenne, mert itt is létezik egy olyan többféleség, amit igazából a dolog absztrakt volta enged meg. Az átlagembernek ebben az a legnagyobb misztérium, hogy az atomi és annál kisebb részecskék nincsenek egy élesen meghatározott helyen, hanem mindig valami bizonytalanság van abban, hogy hol vannak.