K├Ânnen Menschen "gespenstische" Quantenbilder sehen?

Die Quantenphysik beschäftigt sich mit dem Reich des sehr Kleinen, und die meisten von uns erwarten niemals, die seltsame Welt zu sehen, die sie beschreibt. Aber könnten wir? Vor kurzem hat der Wissenschaftler Geraldo Barbosa von der Northwestern University ein Experiment entwickelt, um diese Frage zu beantworten.

Der Quanteneffekt, den Barbosa zu sehen hofft, heißt Quantenverschränkung, bei der zwei oder mehr Teilchen "verschränkt" werden können, so dass das andere Teilchen sofort reagiert, auch wenn sie im Raum getrennt sind, wenn eine Aktion an einem Teilchen durchgeführt wird.

Ein übliches Experiment, das die Verschränkung veranschaulicht, besteht darin, einen Laser auf eine spezielle Art von Kristall zu feuern. Gelegentlich "spaltet" sich ein Photonenteilchen des Lasers in zwei Teile auf. Die Energie und der Impuls der zwei neuen Photonen summieren sich jeweils zu dem Wert des ursprünglich abgegebenen Photons.

Diese beiden "Tochter" -Photonen sind verschränkt - wenn Sie sich den Zustand eines Photons ansehen, kennen Sie sofort den Zustand des anderen. Einstein beschrieb diese unheimliche Verbindung als "gruselige Aktion aus der Ferne".

Als nächstes ändern die Physiker die Form des Laserstrahls im Experiment, um ein Bild zu erzeugen. Sie haben festgestellt, dass das Bild nicht sichtbar ist, wenn nicht zwei Detektoren die Photonen gleichzeitig "sehen" können.

Während diese Physikexperimente auf Detektoren beruhen, um die Photonen und die resultierenden Bilder zu "sehen", sieht Barbosa ein Experiment vor, bei dem die Netzhaut einer Person als Detektor fungiert.

Gruselige Action im Labor

Die verschränkten Photonen haben entgegengesetzte Polarisationszustände: Mit anderen Worten, ihre Wellen sind unterschiedlich orientiert. (Auf einer Quantenebene können sich Partikel wie Wellen und Wellen wie Partikel verhalten.)

Wenn in diesen Experimenten nur ein Photon detektiert wird, kann es in jedem Polarisationszustand sein und es kann den Detektor jederzeit treffen. Das heißt, Wissenschaftler können nicht sagen, ob das Photon, das ihren Detektor trifft, vom verschränkten Duo stammt. Ohne dieses Wissen kann eine Person das Bild, das diese Photonen erzeugen sollen, nicht rekonstruieren.

Wenn jedoch beide verschränkten Photonen detektiert werden, können Sie den Polarisationszustand des Photons bestimmen. Wenn Sie einen kennen, wissen Sie beides und können das Bild neu erstellen. Der "gruselige" Teil besteht darin, dass Sie durch Beobachtung eines der Photonen alle anderen Möglichkeiten eliminiert haben - beide beobachteten Photonen müssen die Polarisationszustände haben, die Sie sehen. Aber wie "weiß" das verschränkte Photon, in welchem ÔÇőÔÇőZustand es sein soll? Die Relativität sagt, dass Informationen nicht schneller als Licht reisen können. Verschränkte Photonen beobachten, "zwingt" sie gleichzeitig in einen bestimmten Zustand.

Im Wesentlichen wird die Information in beiden Photonen hinzugefügt, um das ursprüngliche Bild wiederherzustellen. Dieses Experiment wurde viele Male durchgeführt.

Was aber würde passieren, wenn die beiden Detektoren menschliche Retinas wären? Würde eine Person das Bild höherer Ordnung sehen oder nur das klassische, den Lichtblitz?

Normalerweise sehen wir Dinge, indem wir die Intensität des Lichts in mehreren Wellenlängen wahrnehmen. Das Mischen verschiedener Wellenlängen ergibt all die verschiedenen Farben und Sättigungen, die wir wahrnehmen.

Diese Situation wäre anders - wenn Gehirne Quanteneffekte wie verschränkte Photonen sehen könnten, würde man beim Betrachten mit einem Auge ein anderes Bild erwarten als bei beiden. Dies ist eine tiefere Frage, als es scheint, denn wenn Menschen solche Bilder sehen können, bedeutet dies, dass unsere makroskopischen Gehirne subtile, mikroskopische Quanteneffekte aufgreifen können.

Der nächste Schritt in der Quantenvision

Barbosa sagte, dass es immer noch Schwierigkeiten mit der Einrichtung eines solchen Experiments gibt. Ein Problem ist das Signal-Rausch-Verhältnis in menschlichen Neuronen. Wir können einzelne Photonen nicht wahrnehmen, obwohl sie auf unsere Netzhaut treffen, da eine bestimmte Anzahl von Photonen unsere Augen trifft, damit unser Gehirn das Signal zum Beispiel als Lichtblitz interpretiert.

In seiner Arbeit, die auf der Physik-Pre-Print-Website arXiv veröffentlicht ist, stellt Barbosa fest, dass es nicht klar ist, dass man genug Photonen erzeugen kann, um eine Reaktion von der menschlichen Retina auszulösen - dazu sind mindestens sieben Photonen notwendig sie müssten alle verstrickt sein.

Robert Boyd, Professor für Optik an der Universität von Rochester, sagte, er sehe im Prinzip nichts falsch mit der Idee. "Auch hier gibt es zwei Möglichkeiten", schrieb Boyd in einer E-Mail an LiveScience. "Zum einen funktioniert das menschliche Gehirn einfach nicht so, wie Barbosa es vorschlägt. Zum anderen ist es so, dass der Effekt so schwach ist, dass man ihn nicht beobachten kann."

Barbosa sagte indes, dass er schon eine Weile darüber nachgedacht habe - er machte einige der ersten Experimente mit Quantenbildern in seinem Labor im Jahr 1994. Und er skizziert einige der Geräte, die benötigt werden, um das Experiment funktionieren zu lassen, wie z als spezielle Brille, um die Photonen auf den rechten Teil der Netzhaut zu bringen.

"Dies würde nur anzeigen, dass das komplexe neurale System in der Lage ist, Quantensignale zu verarbeiten - ein erstaunliches Merkmal", schrieb Barbosa.

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