Baru-baru ni, sekumpulan saintis di University of Glasgow telahpun berjaya mengambil gambar Bell Entanglement yang pertama, gambar kebergusutan pertama dalam dunia.
Fenomena ini pernah dipanggil oleh Einstein sebagai ‘aksi menakutkan jarah jauh‘.
Apa itu Kebergusutan?
Kebergusutan merupakan salah satu perkara aneh dalam Fizik Kuantum, dan ia merupakan salah satu argument asal oleh Albert Einstein untuk melawan idea-idea yang dicadangkan oleh saintis Fizik Kuantum lain, seperti Neils Bohr.
Bahkan perdebatan Bohr-Einstein ini turut terjadi sewaktu Persidangan Solvay, salah satu persidangan yang dihadiri pemikir utama dunia, dengan hampir kesemua mereka yang terlibat sewaktu persidangan tersebut merupakan bakal pemenang hadiah Nobel serta saintis berpengaruh.
Selepas Einstein kalah dalam perdebatan beliau dengan Bohr, beliau mula mencari ruang untuk melawan idea kebarangkalian yang dibawa oleh Fizik Kuantum, kerana menurut Einstein, idea tersebut tidak masuk akal.
Bersama-sama dengan dua orang rakan beliau, Boris Podolsky dan Nathan Rosen, Einstein telah menerbitkan sebuah makalah untuk menunjukkan lompong yang terdapat dalam fahaman Fizik Kuantum yang dipelopori oleh Bohr. Hal ini dikenal sebagai EPR Paradox.
Fizik Kuantum untuk Pemula.
Sebagai permulaan kepada pemahaman kita terhadap Paradoks EPR, elektron, mempunyai sifat yang saintis panggil sebagai spin. Spin ini boleh terjadi sama ada ke atas atau ke bawah (gambaran yang sering diberi adalah bola yang berputar ke atas dan kebawah).
Sekiranya elektron kita mempunyai spin up, kiranya ia sedang berputar ke atas, dan spin down, ia akan berputar ke bawah. Satu sifat ganjil bagi elektron juga adalah, ia mampu mempunyai sifat bercampur, ia mampu menjadi spin up dan spin down pada masa yang sama, dan hal ini kita panggil sebagai Quantum Superposition.
Kelihatan ganjil? Ya. Keganjilan ini adalah apa yang Einstein cuba untuk serang. Hal ini kerana, menurut Fizik Kuantum, selama mana fungsi gelombang (suatu entiti matematik) tidak diruntuhkan, elektron tersebut akan tetap berada dalam keadaan Superposisi. Walaupun nampak ganjil, namun aplikasi Superposisi Kuantum ini telahpun digunapakai dalam Komputer Kuantum, di mana kalau sebelum ini kita ada bit yang terdiri dari state 0 dan 1, namun Bit Kuantum (atau dipanggil Qubit) pula terdiri dari superposisi 0 dan 1.
Satu-satunya cara untuk kita memusnahkan superposisi ini adalah dengan melakukan cerapan. Dalam kes tadi, sekiranya elektron kita berada dalam keadaan superposisi atas dan bawah, selama mana kita tidak mencerap objek kita, ia akan kekal dalam keadaan tersebut. Namun begitu, sekiranya kita melakukan cerapan, keadaan (state) elektron tersebut akan terkurang, menjadi satu antara dua, antara spin up, atau spin down.
Analogi yang sama terpakai, bayangkan anda ada sekeping syiling di tangan, dan anda memutarkan syiling anda keudara. Selama mana syiling anda masih berpusing, ia masih lagi berada dalam keadaan superposition, ia berada dalam keadaan sama ada atas atau bawah, dan sehinggalah anda membuat pemerhatian terhadap syiling tersebut, barulah anda akan tahu sama ada ia kepala atau bunga.
Baik. Itu baru Superposisi Kuantum.
Sekarang, pergi kepada kebergusutan.
Kebergusutan terjadi apabila dua partikel (katakan elektron) yang berada dalam keadaan superposisi berinteraksi.
Bayangkan dalam kes syiling kita tadi, kita lambung dan pusingkan, Cuma kali ini kita “interaksikan” syiling tersebut dengan satu lagi syiling yang lain.
Perkara pertama yang perlu diketahui adalah, menurut prinsip dalam Fizik Kuantum, dipanggil Prinsip Penyisihan Pauli (Pauli Exclusion Principle), dua elektron tidak boleh mempunyai spin kuantum yang sama. Maksudnya di sini, sekiranya elektron kita tadi salah satunya kita ukur mempunyai spin up, kita akan serta merta ada elektron yang mempunyai spin down (sebab berlawanan dengan spin up). Syiling kita tadi, sekiranya satu kita dapat result bunga, satu lagi automatik akan jadi kepala.
Hal ini, konsep kebergusutan ini adalah apa yang Einstein, Podolsky dan Rosen (Pencipta nama Paradoks EPR) tidak persetujui.
Mana boleh, cerapan dekat satu partikel, tiba-tiba mempengaruhi cerapan dekat satu partikel yang lain. Tak masuk akal!
Walaupun Einstein pada asalnya bersetuju bahawa segala matematik yang dibawa oleh Fizik Kuantum adalah benar menurut ujikaji, namun Einstein tetap bertegas bahawa tafsiran realiti yang bersandarkan kepada cerapan yang dibawa oleh Fizik Kuantum, seperti hal dalam Kebergusutan Kuantum ini, tidak masuk akal. Dan perkara ini dia bawa sehinggalah ke hujung nyawanya.
Meskipun Einstein mati tanpa menang terhadap Fizik Kuantum, namun ideanya tetap diteruskan oleh saintis-saintis lain, antaranya John Bell. Antara salah satu idea utama yang Bell bawa adalah idea Hidden Variable – idea bahawa Fizik Kuantum ni sebenarnya belum lengkap, sebijik macam idea yang Einstein pelopori. Dalam usaha Bell cuba untuk membuktikan kebenaran Einstein, Fizik Kuantum memang belum lengkap, serta cubaan Bell untuk melawan Formulasi Matematik baru yang cuba untuk menjadikan Fizik Kuantum lebih Matematik berbanding Fizik.
Malangnya, cita-cita Bell tidak berjaya. Dalam proses Bell ingin cuba membuktikan idea Einstein betul, dia secara tidak sengaja membuktikan bahawa kalau betul idea Einstein bahawa Fizik Kuantum masih lagi belum lengkap, ia mestilah akan berlawanan dengan idea Einstein yang satu lagi, iaitu Teori Relativiti. Hal ini dikenali sebagai non-local hidden variable theory.
Bell juga telah mencipta matematik untuk membuktikan bahawa ketaklokalan perlu dalam deskripsi kebergusutan, yang secara mudahnya bermaksud, ya, pemerhatian pada suatu objek akan mempengaruhi suatu objek yang lain, tapi ada batasnya. Batasnya merupakan apa yang dikenali sebagai Bell’s Inequality.
Eksperimen Terbaru
Perkara yang menakjubkan, setelah 29 tahun John Bell meninggal dunia, baru-baru ini, saintis di University of Glasgow telahpun berjaya menangkap gambar Kebergusutan-Bell yang pertama. Dalam kes ini, mereka tidak menggunakan elektron, sebaliknya mereka menggunakan partikel cahaya yang disebut sebagai foton.
Dalam kes ini, saintis UoG tidak mencari spin, sebaliknya cuba mencerap fasa (phase) bagi foton tersebut dengan melalukan cahaya tersebut kepada kristal yang mampu mengubah fasa foton. Dalam kes ini juga, mereka menggunakan beam splitter yang bertindak menceraikan foton yg asalnya bergusut dari sumber yang sama, untuk lalu ke arah detector pada masa yg sama. Imej yg terhasil adalah gabungan imej selepas beberapa ketika (build up over time image), sesuai dengan matematik yang John Bell telah bina, serta sekaligus membuktikan bahawa kebergusutan adalah suatu fenomena yang wujud, meskipun kedengaran ganjil.
Oleh: Muhammad Eilham
