Už v roku 1961 načrtli fyzik a laureát Nobelovej ceny Eugene Wigner myšlienkový experiment, ktorý ukázal jeden z najmenej známych paradoxov kvantovej mechaniky. Experiment ukazuje, ako zvláštna povaha vesmíru umožňuje dvom pozorovateľom - povedzme Wignerovi a Wignerovmu priateľovi - zažiť rôzne skutočnosti. Odvtedy fyzici používajú myšlienkový experiment „Wignerov priateľ“na skúmanie povahy meraní a debaty o tom, či existujú objektívne fakty.
Najprv sa porozprávajte o Wignerovom myšlienkovom experimente:
Predpokladajme, že dvaja ľudia otvoria škatuľu súčasne so Schrödingerovou mačkou. Ak je výsledok (zrútenie vlnovej funkcie) zvolený pozorovateľom, ako vyplýva z idealistického riešenia, potom, ak dvaja pozorovatelia urobia rôzne voľby, nastane problém. Ak pomenujeme jeden z dvoch výsledkov, potom sa môže rozhodnúť iba jeden z pozorovateľov a stúpenci realizmu správne považujú toto rozhodnutie za neuspokojivé.
Paradox sa stal dôležitým, pretože vedci experimentujú s cieľom zistiť objektívne fakty. Ak sa však stretnú s rôznymi skutočnosťami, ako sa môžu dohodnúť na tom, čo tieto skutočnosti môžu byť? Wignerov experiment s myšlienkou nikdy nebol viac ako myšlienkovým experimentom.
Minulý rok si však fyzici všimli, že nedávny pokrok v kvantovej technológii umožnil zopakovať Wignerov priateľov test v skutočnom experimente. Inými slovami, bolo možné vytvoriť rôzne skutočnosti a porovnať ich v laboratóriu, aby sa zistilo, či je možné ich zmieriť.
Existuje objektívna realita?
Propagačné video:
A dnes Massimiliano Proietti z Heriot-Watt University v Edinburghu a niekoľko jeho kolegov povedali, že tento experiment vykonali prvýkrát: vytvorili rôzne skutočnosti a porovnali ich. Dospeli k záveru, že Wigner mal pravdu: tieto skutočnosti môžu byť nezlučiteľné do tej miery, že nie je možné dospieť k zhode o objektívnych skutočnostiach v experimente.
Wignerov pôvodný myšlienkový experiment sa začal s jediným polarizovaným fotónom, ktorý môže byť pri meraní horizontálne alebo vertikálne polarizovaný. Pred meraním však podľa zákonov kvantovej mechaniky existuje fotón v oboch polarizačných stavoch súčasne - v tzv. Superpozícii.
Wigner si predstavil priateľa v inom laboratóriu, ktorý zmeria stav tohto fotónu a uloží výsledok, zatiaľ čo Wigner z diaľky pozoruje. Wigner nemá informácie o meraniach svojho priateľa, a preto musí predpokladať, že fotón a jeho meranie sú superpozíciou všetkých možných experimentálnych výsledkov.
Wigner môže dokonca vykonať experiment, aby zistil, či táto superpozícia existuje alebo nie. Druh interferenčného experimentu, ktorý ukáže, že fotón a meranie sú skutočne v superpozícii.
Z pohľadu Wignera je to „fakt“- existuje superpozícia. A táto skutočnosť naznačuje, že meranie nebolo možné vykonať.
Jeho priateľ s tým však nebude súhlasiť, pretože zmeral polarizáciu fotónu a zaznamenal ju. Priateľ môže dokonca zavolať Wignerovi a povedať mu, že meranie bolo vykonané (za predpokladu, že výsledok nie je zverejnený).
Dve skutočnosti si navzájom odporujú. „To spochybňuje objektívny stav skutočností zistených dvoma pozorovateľmi,“hovorí Proietti.
To je teória, ale minulý rok prišiel Caslav Bruckner z austrálskej univerzity vo Viedni s možnosťou obnovenia Wignerovho priateľa v laboratóriu pomocou techník, ktoré zahŕňajú zapletenie mnohých častíc naraz.
Prielom Proietti bol v tom, že to skutočne urobili. Realizovali rozšírený scenár „priateľa Wignerovho“v modernom experimente so šiestimi fotónmi.
Šesť fotónov bolo zamotaných, aby vytvorili dve alternatívne skutočnosti - jedna predstavujúca Wignera a druhá predstavujúca Wignerovu priateľku. Wignerov priateľ meria polarizáciu fotónu a ukladá výsledok. Wigner potom vykoná meranie interferencie, aby zistil, či sú meranie a fotón v superpozícii.
Experiment priniesol nejednoznačný výsledok. Ukazuje sa, že obe reality môžu existovať súčasne, aj keď prinášajú nezmieriteľné výsledky, ako predpovedal Wigner. To vyvoláva množstvo zaujímavých otázok, ktoré nabádajú fyzikov, aby prehodnotili povahu reality.
Myšlienka, že pozorovatelia môžu nakoniec zladiť svoje merania v nejakej základnej realite, je založená na niekoľkých predpokladoch. Po prvé, existujú univerzálne fakty a pozorovatelia sa na nich môžu dohodnúť.
Existujú však aj ďalšie predpoklady. Jedným z nich je, že pozorovatelia môžu robiť akékoľvek pozorovania, ktoré chcú. A ešte jedna vec: výber, ktorý urobí jeden pozorovateľ, nemá vplyv na výber iných pozorovateľov. Tento predpoklad fyziky sa nazýva lokalita.
Ak existuje objektívna realita, s ktorou môžu všetci súhlasiť, všetky tieto predpoklady budú správne.
Výsledok Proiettiho a jeho kolegov však naznačuje, že objektívna realita neexistuje. Inými slovami, experiment predpokladá, že jedným alebo viacerými predpokladmi je, že existuje realita, s ktorou súhlasíme; čo je sloboda výberu; alebo lokalita - mali by sa mýliť.
Samozrejme existuje aj iná možnosť. Možnosť, že experimentátorom chýbala medzera. V skutočnosti sa fyzici v takýchto pokusoch pokúšali mnoho rokov uzavrieť medzery, ale pripúšťajú, že ich všetky nikdy nebudú môcť uzavrieť.
Práca má však pre vedu dôležité dôsledky. Ďalším krokom je ísť ďalej: vytvárať experimenty, ktoré vytvárajú stále bizarnejšie alternatívne skutočnosti, ktoré nie je možné zladiť. Kam nás to zavedie, nikto nevie.
Ilja Khel