Prima bacterie cuantică este o realizare recentă, excepţională, a unei echipe de cercetători de la Universitatea Sheffield, din Marea Britanie, un fapt care părea imposibil până de curând şi care arată ca paradoxul “Pisica lui Schrodinger”, “nici vie, nici moartă” in acelasi timp, contrar convingerilor anterioare, este o realitate demonstrabilă.
Fizica cuantică este un domeniu de cercetare relativ nou, care a început deja să rescrie o serie de teorii ale fizicii clasice şi care este unul dintre pilonii ştiinţei contemporane. Numele acestei zone de cercetare vine de la “cuantă”, definită de fizicianul Max Planck, laureat al Premiului Nobel, în 1918, drept cea mai mică particulă, indivizibilă, încărcată cu energie. Deja o serie de descoperiri din fizica cuantică s-au materializat în noi tehnologii, precum imagistica medicală, pe bază de rezonanţă magnetică, energia nucleară, laserul, microscopul electronic, proiectul calculatorului cuantic etc.
Din perspectiva fizicii cuantice, pentru care sistemele materiale se caracterizează prin dualitatea undă-particulă, particulele pot comunica între ele, indiferent de distanţă, pentru că este o comunicare ce depăşeşte viteza luminii şi pentru că, potrivit teoriei lui David Bohm, realitatea obiectivă este doar o “hologramă”, o “iluzie”. Universul însuşi, pe baza legilor fizicii cuantice, există în virtutea unei “ordini implicite”, fiind construit după principiul că întregul este în parte şi invers, partea în întreg, iar dincolo de planul fizic există alte dimensiuni.
Această ipoteză a fost experimentată, de exemplu, de fizicianul Alain Aspect, care a arătat că “holograma” este o imagine tridimensională, aflată la intersecţia mai multor raze laser şi că, în fiecare parte a unui obiect, se găseşte şi imaginea întregului.
Ceea ce aduc excepţional cercetătorii de la Universitatea Sheffield, din Marea Britanie, prin ceea ce ei au numit “prima bacterie cuantică”, este faptul că au reuşit să aducă o bacterie “în stare cuantică”, în timp ce apriori se consideră că domeniul fizicii cuantice este rezervat exclusiv materiei inerte şi microscopice, nu si celei vii. Altfel spus, paradoxul “Pisicii lui Schrodinger”, “vie şi moartă”, devine posibil.
Prima bacterie cuantică – un experiment cu un potenţial uriaş
David Coles, coordonatorul echipei de cercetători, a anunţat de curând, la începutul acestui an, că au reuşit să obţină prima bacterie cuantică – “o particulă vie”, “o lumină biologică”, “o nouă stare hibridă, jumătate organică, jumătate undă, structurată şi evaporată, vie şi cuantică”, după cum el însuşi caracteriza această realizare. Prin urmare, prin acest experiment, cercetătorii au forţat o bacterie să adopte o stare fizică posibilă, cred specialiştii, doar pentru materia microscopică, inanimată.
Chlorobaculum tepidum este numele bacteriei utilizată în experiment, devenită prima bacterie cuantică, o bacterie de culoare verde, fototrofică (se orientează în direcţia surselor de lumină), care trăieşte în adâncurile Mării Negre, acolo unde se află mari cantităţi de sulf, neprielnice vieţii, şi despre care nu se cunosc prea multe lucruri.
Fizicianul descrie astfel condiţiile experimentului: au folosit o microcavitate optică, formată din nişte perechi minuscule de oglinzi, orientate unele către altele, reflectând continuu lumina, ca într-un joc de ping-pong, în care au plasat câteva sute de bacterii Chlorobaculum tepidum. Fotonii, elementele constitutive ale luminii, sub formă de corpusculi, au luat aspectul unor valuri imobile la suprafaţa unui lichid prins între pereţii microcavităţii care oscila uşor. În aceste condiţii, bacteriile au început să pulseze în ritmul undei luminoase şi faptul extraordinar este că, preţ de o fracţiune de secundă, bacteriile au făcut corp comun cu lumina, au devenit bacterii cuantice – primele bacterii cuantice – intricate, fiind imposibil de a se distinge corpul viu al bacteriei de lumină, în respectiva fracţiune de secundă.
Fiziciana Chiara Marletto, de la Universitatea Oxford, membră a echipei de cercetători, declara entuziasmată, într-un interviu acordat revistei “Science et vie”: “Am obţinut astfel proba experimentală şi teoretică a faptului că mai multe bacterii s-au intricat cu lumina şi s-au comportat precum nişte obiecte cuantice”. “Curajoasa” bacterie Chlorobaculum tepidum – prima bacterie cuantică – a devenit astfel exemplul viu că legile fizicii cuantice se pot aplica nu numai materei inanimate, ci şi celei vii.
Surprinzător, în cadrul acestui experiment, este şi faptul că prima bacterie cuantică a supravieţuit. Particularitatea pentru care Chlorobaculum tepidum a fost aleasă pentru experiment este că bacteria aceasta este avidă de lumină, în jur de 200-300 de cloroplaste (corpusculi din citoplasmă) ajutând-o să absoarbă lumina cu eficacitate, singura explicaţie pentru faptul că rezistă în adâncurile întunecate şi sulfuroase ale Mării Negre. Aceste cloroplaste au fost, de fapt, cele care s-au comportat ca “obiecte cuantice”, spun specialiştii, formând cvasi-particule jumătate materie, jumătate lumină şi transformând energia fotonilor într-o excitaţie a electronilor, subliniază David Coles.
Prima bacterie cuantică şi Pisica lui Schrodinger
Pisica lui Schrodinger, “nici vie, nici moartă”, este un paradox celebru, un exerciţiu de imaginaţie, nu un fapt, la care a apelat fizicianul austriac Erwin Schrodinger, în anul 1935, prin care a încercat să arate limitele mecanicii cuantice, problemele la care s-ar ajunge dacă se aplică “Interpretarea de la Copenhaga” la lumea materială. În mecanica cuantică, interpretarea de la Copenhaga spune că un sistem nu mai este o suprapunere de stări, devenind una dintre ele atunci când are loc o “observare” a sistemului.
Mai exact, în acest experiment mental, se imaginează următoarea situaţie: o pisică este închisă într-o cutie protejată de orice influenţă din mediul înconjurător, împreună cu un flacon cu otravă şi un detector de particule Geiger-Muller, folosit în fizica nucleară, pentru a înregistra radiaţiile beta sau gama, şi în care se află o cantitate infimă de material radioactiv. Există posibilitatea ca, din acest material radioactiv, un singur atom să se dezintegreze, proces care ar dura în jur de o oră sau, la fel de posibil, să nu se dezintegreze niciunul. Dacă un astfel de atom se va dezintegra, graţie unui semnal, se va elibera un ciocan care va sparge flaconul cu otrava, dacă nu, flaconul va rămâne intact. Lăsându-se sistemul nesupravegheat timp de oră, se poate crede că pisica trăieşte, dacă atomul nu a fost eliberat. Interpretând situaţia prin prisma funcţiei de undă a sistemului, se poate afirma că pisica este vie şi moartă în acelaşi timp, ceea ce ar fi absurd. Se ridică de asemenea o serie de întrebări: “Când un sistem cuantic nu mai este un amestec de stări, devenind una dintre ele?” sau “Care este raportul dintre un astfel de sistem şi un observator extern?”.
Într-o scrisoare, Albert Einstein, impresionat de abilitatea experimentului lui Schrodinger, îi spune fizicianului austriac: “Esti singurul fizician contemporan care observă că nu putem face supoziţii asupra realităţii, dacă suntem corecţi (…) Nimeni nu se îndoieste cu adevărat că prezenţa sau absenţa pisicii este ceva independent de actul observării”.
Ulterior, nenumărate alte teorii au venit să susţină sau să contrazică experimentul mental cu Pisica lui Schrodinger. De exemplu, după Interpretarea Everett sau Interpretarea multiple universuri, starea de pisică vie şi cea de pisică moartă pot exista simultan, dar separate una de alta, în sensul că, atunci când se deschide cutia, potrivit principiului separării cuantice, acea parte a universului care conţine sistemul (cutia cu pisica, flaconul etc.) se scindează în două: una cu un observator care vede o pisică moartă şi alta cu un observator care conţine o pisică vie.
Prima bacterie cuantică, la peste 80 de ani de la experimentul mental cu “Pisica lui Schrodinger”, pare că vine cu dovezi că ceea ce atunci părea absurd, s-ar putea confirma, depăşindu-se, in acelaşi timp, frontierele dintre nivelul microscopic inert şi cel macroscopic viu.
Fizicienii s-au întrebat permanent de ce legile care se aplică particulelor – fotoni, electroni, atomi – ar fi diferite de cele care guvernează lumea macroscopică. De ce particulele elementare se pot găsi în acelaşi timp în poziţii diferite, cu viteze diferite, lucru imposibil pentru oameni şi pentru obiectele care îi înconjoară. De ce efectele cuantice sunt considerate ca fiind imposibil de aplicat lumii vii, aşa cum susţinea cu fervoare chiar Niels Bohr, unul dintre fondatorii fizicii cuantice.
În interpretarea cuantică, pentru a se explica trecerea de la o stare la alta se foloseşte conceptul “decoerenţă”- adică obiectele cuantice sunt atât de fragile încât coerenţa lor nu poate fi menţinută decât în condiţiile izolării de orice influentă exterioară. Este motivul pentru care toate experienţele din zona fizicii cuantice au fost făcute în interiorul unor dispozitive care să protejeze particulele de orice factor perturbator – camere întunecate, vidate, foarte reci, aproape de zero absolut.
Experimentul cu prima bacterie cuantică este fascinant şi din acest punct de vedere, pentru că totul s-a desfăşurat la temperatura ambiantă. În plus, chiar dacă bacteria Chlorobaculum tepidum este de dimensiuni microscopice, ea este totuşi de aproximativ un milion de ori mai mare decât un atom de hidrogen, de exemplu, adică de-a drerptul uriaşă pentru ochiul unui fizician din domeniul cuantic.
Prima bacterie cuantică,“particula vie”, “lumina biologică”, “jumătate organică, jumătate unda”, altfel spus, un fel de “pisică nici vie, nici moartă” în acelaşi timp, este, desigur, o realizare excepţională. Există însă şi limite şi un lung drum de parcurs de aici înainte, spune Nicolas Gisin, membru al echipei de cercetători, atâta vreme cât starea cuantică a bacteriei a durat foarte puţin, o fracţiune de secundă. Or, spun specialiştii, va trebui ca următoarele experimente să prelungească durata acestei stări cuantice.
Pe de altă parte, este o premieră mondială ca un organism viu să fie observat în stare cuantică, o bacterie intricată cu lumină, care a şi supravieţuit experimentului, ca şi cum o celulă a organismului nostru ar fi devenit obiect cuantic, observa acelaşi Nicolas Gisin. Dar ce a “simţit” bacteria în starea cuantică, ce efecte pot fi generate de trecerea printr-o astfel de stare sunt încă întrebări fără răspuns. Cert este că, dacă pisica “nici vie, nici moartă” a lui Schrodinger va rămâne pentru totdeauna o fantasmă, prima bacterie cuantică a existat aici, pe Terra, preţ de o fracţiune de secundă şi s-a comportat “remarcabil”.
În ritmul în care pare a avansa cercetarea ştiinţifică actuală, probabil că viitorul apropiat ne rezervă mari surprize, iar fizica cuantică poate sta la baza unei noi paradigme existenţiale. Deja teoria biocentrismului, lansată de astronomul Bob Berman şi de omul de ştiinţă Robert Lanza, a susucitat dezbateri aprinse, pornind de la Principiul Incertitudinii/Principiul lui Heisenberg, şi de la afirmaţia că moartea s-ar putea să nu fie atât de “definitivă” cum ne imaginăm şi că viaţa creează Universul şi nu invers.
Este posibil ca existenţa altor dimensiuni/stări ale materiei, pe care gândirea magică a începuturilor le-a intuit, să fie confirmate ştiinţific foarte curând. Aşa cum deja a fost obţinut în laborator, de pildă, cristalul temporal, în patru dimensiuni, o formă inedită a materiei “neechilibrate” şi cu ajutorul căruia se vor construi cele mai puternice calculatoare cuantice, aşa se va confirma, probabil, ipoteza multiversului (ansamblul universurilor posibile), cu evenimente care nu s-au produs, dar care influenţează rezultatele experienţei (una dintre cele “şapte minuni ale lumii cuantice”, cum a fost catalogată) sau a Universului holografic, în care materia este doar informaţie, chiar creierul nostru şi memoria funcţionând tot după principii holografice. Prin comparaţie, prima bacterie cuantică, bacteria luminoasă, este deja o certitudine.
