Míg a világegyetem „nagy” tárgyai, legyen szó akár egy homokszemről vagy egy galaxisról, törvénysor, mégpedig a klasszikus fizika szerint működnek, addig a szabad szemmel nem látható apró tárgyakat, például az atomokat és a részecskéket teljesen más törvénysor, a kvantumfizika vezérli.

Tudósok évtizedek óta próbálkoznak a kétféle fizika közös nevezőre hozásával. Most úgy tűnik, hogy egy, eredetileg 2003-ban, a lengyel Wojciech Zurek által kitalált elmélet lehet az áttörés alapja.

A kvantumvilág egyik furcsa jelensége, hogy rendszerei ugyanabban az időben egynél több állapotban is lehetnek (szuperpozíció). Amikor megfigyeljük őket – mérést végzünk rajtuk –, a részecskék a mérés hatására láthatóan vagy az egyik, vagy a másik állapotba, a „kvantumvalóságból a klasszikusba” kerülnek (dekoherencia).

A kvantumdarwinizmus e jelenség magyarázatára tett kísérlet.

Az elmélet szerint a kvantumrendszer nem a mérés, hanem a rendszer és a környezet közötti interakciók hatására vált állapotot. Pontosan ezért nem látunk makroobjektumokat kvantumállapotban, mert a környezeti tényezők mindig befolyásolják őket.

A környezeti hatás a kvantumrendszerek „mutató állapotaival” (pointer states) magyarázható. Ezek az állapotok mérhető speciális tulajdonságok, például egy részecske elhelyezkedése vagy sebessége, és a dekoherencia kevésbé zavarja meg, mint más állapotokat.

A részecske és környezete közötti interakció után ez a megfigyelhető állapot marad fenn. A megfigyelés azért lehetséges, mert a részecske környezetében „kinyomtatja” saját utánzatait.

A darwinizmus ekkor lép működésbe, és csak a legalkalmasabb, az adott környezethez legjobban alkalmazkodó állapot „éli túl” a dekoherencia folyamatát.

„A kvantumdarwinizmus fő gondolata, hogy szinte soha semmin nem végzünk közvetlen méréseket. A környezet olyan, mint egy nagy hirdetőtábla, amelynek minden részén a világegyetemre vonatkozó információ másolatai futnak” – nyilatkozta Zurek.

Nemrég három egymástól független kutatócsoport végzett a kvantumdarwinizmust tesztelendő kísérleteket. Azt vizsgálták, hogy egy-egy kvantumrendszer tényleg „nyomtat-e” a környezetében magáról másolatokat, vagy sem.

Úgy tűnik, hogy igen.

„A kutatások nagyjából igazolják a várakozásokat, ami azt jelenti, hogy talán már úton is vagyunk a nagyok és a nagyon kicsik fizikájának kibékülése felé” – magyarázza Zurek.