Kvantinis eksperimentas rodo, kad nėra tokio dalyko kaip objektyvi tikrovė

IBM tyrimai | Flickr

1961 m. Nobelio premijos laureatas fizikas Eugene'as Wigneris apibūdino minties eksperimentą, kuris parodė vieną iš mažiau žinomų kvantinės mechanikos paradoksų. Eksperimentas parodo, kaip keista visatos prigimtis leidžia dviem stebėtojams – tarkime, Wigneriui ir Wignerio draugui – patirti skirtingas realijas.

Nuo tada fizikai naudojo Wigner's Friend minties eksperimentą, norėdami ištirti matavimo prigimtį ir ginčytis, ar gali egzistuoti objektyvūs faktai. Tai svarbu, nes mokslininkai atlieka eksperimentus, kad nustatytų objektyvius faktus. Tačiau jei jie patiria skirtingą realybę, ginčas kyla, kaip jie gali susitarti, kokie tai gali būti faktai?

Tai buvo linksmas penas pokalbiams po vakarienės, tačiau Wignerio minties eksperimentas niekada nebuvo daugiau nei tai – tik minties eksperimentas.

Tačiau praėjusiais metais fizikai pastebėjo, kad naujausi kvantinių technologijų pažanga leido atkurti Wigner's Friend testą atliekant tikrą eksperimentą. Kitaip tariant, turėtų būti įmanoma sukurti skirtingas realijas ir jas palyginti laboratorijoje, siekiant išsiaiškinti, ar galima jas suderinti.

Ir šiandien Massimiliano Proietti iš Heriot-Watt universiteto Edinburge ir keli kolegos sako, kad šį eksperimentą atliko pirmą kartą: jie sukūrė skirtingas realijas ir jas palygino. Jų išvada tokia, kad Wigner buvo teisus – šios realybės gali būti nesuderinamos, kad būtų neįmanoma susitarti dėl objektyvių faktų apie eksperimentą.

Pradinis Wignerio minties eksperimentas iš esmės yra paprastas. Jis prasideda nuo vieno poliarizuoto fotono, kuris, išmatuotas, gali turėti horizontalią arba vertikalią poliarizaciją. Tačiau prieš matavimą, remiantis kvantinės mechanikos dėsniais, fotonas egzistuoja abiejose poliarizacijos būsenose tuo pačiu metu – tai vadinamoji superpozicija.

Wigneris įsivaizdavo draugą kitoje laboratorijoje, matuojantį šio fotono būseną ir išsaugantį rezultatą, o Wigneris stebėjo iš tolo. Wigneris neturi informacijos apie savo draugo matavimus, todėl yra priverstas manyti, kad fotonas ir jo matavimas yra visų galimų eksperimento rezultatų superpozicijoje.

Wigner netgi gali atlikti eksperimentą, kad nustatytų, ar ši superpozicija egzistuoja, ar ne. Tai savotiškas trukdžių eksperimentas, parodantis, kad fotonas ir matavimas iš tiesų yra superpozicijoje.

Wignerio požiūriu, tai yra faktas – superpozicija egzistuoja. Ir šis faktas rodo, kad matavimas negalėjo būti atliktas.

Tačiau tai visiškai prieštarauja draugo požiūriui, kuris iš tikrųjų išmatavo fotono poliarizaciją ir ją užregistravo. Draugas netgi gali paskambinti Wigneriui ir pasakyti, kad matavimas atliktas (jei rezultatas nebus atskleistas).

Taigi šios dvi realybės prieštarauja viena kitai. Tai verčia suabejoti objektyviu dviejų stebėtojų, teigia Proietti ir kt., nustatytų faktų statusu.

Tai yra teorija, tačiau pernai Caslav Brukner iš Vienos universiteto Austrijoje sugalvojo būdą, kaip laboratorijoje atkurti Wigner's Friend eksperimentą, naudojant metodus, susijusius su daugelio dalelių įsipainiojimu vienu metu.

Proietti ir bendradarbiai padarė proveržį – tai įgyvendinti. Jie sako, kad atlikdami moderniausią 6 fotonų eksperimentą įgyvendiname šį išplėstinį Wignerio draugo scenarijų.

Jie naudoja šiuos šešis įsipainiojusius fotonus, kad sukurtų dvi alternatyvias realijas – vieną, vaizduojančią Wignerį, o kitą – Wignerio draugą. Wignerio draugas matuoja fotono poliarizaciją ir išsaugo rezultatą. Tada Wigner atlieka trukdžių matavimą, kad nustatytų, ar matavimas ir fotonas yra superpozicijoje.

Eksperimentas duoda nedviprasmišką rezultatą. Pasirodo, kad abi realybės gali egzistuoti kartu, net jei jos duoda nesuderinamus rezultatus, kaip ir numatė Wigner.

Dėl to kyla keletas įdomių klausimų, kurie verčia fizikus persvarstyti tikrovės prigimtį.

Idėja, kad stebėtojai galiausiai gali suderinti savo tam tikros rūšies pamatinės tikrovės matavimus, grindžiama keliomis prielaidomis. Pirma, universalūs faktai iš tikrųjų egzistuoja ir stebėtojai gali dėl jų susitarti.

Tačiau yra ir kitų prielaidų. Viena iš jų yra ta, kad stebėtojai turi laisvę daryti bet kokius stebėjimus. Ir kita yra ta, kad vieno stebėtojo pasirinkimai neturi įtakos kitų stebėtojų pasirinkimams – tokią prielaidą fizikai vadina lokalumu.

Jei yra objektyvi tikrovė, dėl kurios visi gali susitarti, visos šios prielaidos galioja.

Tačiau Proietti ir ko rezultatai rodo, kad objektyvi tikrovė neegzistuoja. Kitaip tariant, eksperimentas rodo, kad viena ar kelios prielaidos – mintis, kad egzistuoja tikrovė, su kuria galime susitarti, idėja, kad turime pasirinkimo laisvę, arba lokalumo idėja – turi būti klaidingos.

Žinoma, yra ir kita išeitis tiems, kurie laikosi įprastinio požiūrio į tikrovę. Tai yra ta, kad eksperimentuotojai nepastebėjo kitos spragos. Iš tiesų, fizikai daugelį metų bandė uždaryti spragas panašiuose eksperimentuose, nors pripažįsta, kad gali būti, kad niekada nebus įmanoma jų visų uždaryti.

Nepaisant to, darbas turi svarbių pasekmių mokslininkų darbui. Mokslinis metodas remiasi faktais, nustatytais pakartotiniais matavimais ir dėl kurių susitarta visuotinai, nepriklausomai nuo to, kas juos stebėjo, sako Proietti ir kt. Ir vis dėlto tame pačiame dokumente jie kenkia šiai idėjai, galbūt mirtinai.

Kitas žingsnis yra eiti toliau: kurti eksperimentus, sukuriančius vis keistesnę alternatyvią tikrovę, kurios neįmanoma suderinti. Kur tai mus nuves, gali spėlioti. Tačiau Wigneris ir jo draugas tikrai nenustebtų.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1902.05080 : Eksperimentinis stebėtojo nepriklausomybės atmetimas kvantiniame pasaulyje

paslėpti