Menu Close

“Poplątana” rzeczywistość -mechanika kwantowa

Eksperyment kwantowy sugeruje, że nie ma czegoś takiego jak obiektywna rzeczywistość

Fizycy od dawna podejrzewali, że mechanika kwantowa pozwala dwóm obserwatorom doświadczać różnych, sprzecznych rzeczywistości. Teraz przeprowadzili pierwszy eksperyment, który to potwierdza.

W 1961 r. Laureat Nagrody Nobla Eugene Wigner przedstawił eksperyment myślowy, który zademonstrował jeden z mniej znanych paradoksów mechaniki kwantowej. Eksperyment pokazuje, jak dziwna natura wszechświata pozwala dwóm obserwatorom – powiedzmy Wignerowi i przyjacielowi Wignera – doświadczyć różnych rzeczywistości.

Od tego czasu fizycy wykorzystali eksperyment myślowy „Przyjaciel Wignera”, aby zbadać naturę pomiaru i spierać się, czy mogą istnieć obiektywne fakty. To ważne, ponieważ naukowcy przeprowadzają eksperymenty w celu ustalenia obiektywnych faktów. Ale jeśli oni doświadczą różnych rzeczywistości argumentuje, w jaki sposób mogą się zgodzić co do tych faktów?

To zapewnia trochę rozrywki na rozmowę po kolacji, ale eksperyment myślowy Wignera nigdy nie był czymś więcej niż tylko eksperymentem myślowym.

Jednak w zeszłym roku fizycy zauważyli, że ostatnie postępy w dziedzinie technologii kwantowych umożliwiły odtworzenie testu Przyjaciela Wignera w prawdziwym eksperymencie. Innymi słowy, powinno być możliwe tworzenie różnych rzeczywistości i porównywanie ich w laboratorium, aby dowiedzieć się, czy można je pogodzić.

Dziś Massimiliano Proietti z Heriot-Watt University w Edynburgu i kilku jego kolegów twierdzą, że przeprowadzili ten eksperyment po raz pierwszy: stworzyli różne rzeczywistości i porównali je. Ich wniosek jest taki, że Wigner miał rację – realia te mogą stać się nie do pogodzenia na tyle, że niemożliwe jest uzgodnienie obiektywnych faktów dotyczących eksperymentu.

Oryginalny eksperyment myślowy Wignera jest w zasadzie prosty. Zaczyna się od pojedynczego spolaryzowanego fotonu, który po zmierzeniu może mieć polaryzację poziomą lub polaryzację pionową. Ale przed pomiarem, zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, foton istnieje w obu stanach polaryzacji w tym samym czasie – jest to tak zwana superpozycja. Wigner wyobraził sobie przyjaciela w innym laboratorium, który mierzył stan tego fotonu i zapisywał wynik, podczas gdy Wigner obserwował z daleka. Wigner nie ma informacji o pomiarze przyjaciela, więc jest zmuszony założyć, że foton i jego pomiar znajdują się w superpozycji wszystkich możliwych wyników eksperymentu. Wigner może nawet przeprowadzić eksperyment, aby ustalić, czy ta superpozycja istnieje, czy nie. Jest to rodzaj eksperymentu interferencyjnego pokazującego, że foton i pomiar są rzeczywiście w superpozycji. Z punktu widzenia Wignera jest to „fakt” – istnieje superpozycja. I ten fakt sugeruje, że pomiar nie mógł mieć miejsca. Ale jest to w jaskrawym kontraście z punktem widzenia przyjaciela, który rzeczywiście zmierzył polaryzację fotonu i zarejestrował ją. Przyjaciel może nawet zadzwonić do Wignera i powiedzieć, że pomiar został wykonany (pod warunkiem, że wynik nie zostanie ujawniony). Zatem obie rzeczywistości są ze sobą w sprzeczności. „Kwestionuje to obiektywny stan faktów ustalonych przez dwóch obserwatorów”, mówią Proietti i współpracownicy. Taka jest teoria, ale w zeszłym roku Caslav Brukner z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii wymyślił sposób na odtworzenie eksperymentu “Przyjaciela Wignera” w laboratorium za pomocą technik obejmujących splątanie wielu cząstek jednocześnie.

Przełomem, który poczynił Proietti i spółka, jest samo przeprowadzenie tego eksperymentu. „W najnowocześniejszym eksperymencie 6-fotonowym zrealizowaliśmy ten rozszerzony scenariusz Przyjaciela Wignera”, mówią. Korzystają z tych sześciu splątanych fotonów, aby stworzyć dwie alternatywne rzeczywistości – jedną reprezentującą Wignera i drugą reprezentującą przyjaciela Wignera. Przyjaciel Wignera mierzy polaryzację fotonu i zapisuje wynik. Następnie Wigner wykonuje pomiar interferencji, aby określić, czy pomiar i foton znajdują się w superpozycji. Eksperyment daje jednoznaczny wynik. Okazuje się, że obie rzeczywistości mogą współistnieć, nawet jeśli dają nie do pogodzenia wyniki, tak jak przewidywał Wigner. Rodzi to fascynujące pytania, które zmuszają fizyków do ponownego rozważenia natury rzeczywistości.

Idea, że obserwatorzy mogą ostatecznie pogodzić swoje pomiary jakiejś podstawowej rzeczywistości, opiera się na kilku założeniach. Po pierwsze, fakty uniwersalne faktycznie istnieją i obserwatorzy mogą się na nie zgodzić.

Ale są też inne założenia. Tu obserwatorzy mają swobodę dokonywania dowolnych obserwacji. Kolejnym jest to, że wybory dokonywane przez jednego obserwatora nie wpływają na wybory dokonywane przez innych obserwatorów – założenie, które fizycy nazywają lokalność.

Jeśli istnieje obiektywna rzeczywistość, na którą wszyscy mogą się zgodzić, to wszystkie te założenia pozostają w mocy.

Ale wynik Proiettiego & Co sugeruje, że obiektywna rzeczywistość nie istnieje. Innymi słowy, eksperyment sugeruje, że jedno lub więcej założeń – idea, że możemy uzgodnić rzeczywistość, idea, że mamy wolność wyboru lub idea lokalności – muszą być błędne.

Oczywiście istnieje inne wyjście dla tych, którzy trzymają się konwencjonalnego poglądu na rzeczywistość. Jest tak, że istnieje pewna luka, którą przeoczyli eksperymentatorzy. Rzeczywiście, fizycy od lat próbują zlikwidować luki w podobnych eksperymentach, chociaż przyznają, że ich likwidacja może nigdy nie być możliwe. Niemniej jednak praca ma ważne implikacje dla pracy naukowców.

Metoda naukowa opiera się na faktach, ustalonych poprzez powtarzane pomiary i uzgodnionych powszechnie, niezależnie od tego, kto je obserwował”, mówią Proietti i współpracownicy. A jednak w tym samym artykule podważają ten pomysł, być może z fatalnymi skutkami. Następnym krokiem jest pójście dalej: skonstruowanie eksperymentów tworzących coraz dziwniejsze alternatywne rzeczywistości, których nie można pogodzić. Czy ktoś jest w stanie to zgadnąć dokąd może nas to zaprowadzić?  Ale Wigner i jego przyjaciel z pewnością nie byliby zaskoczeni.

Wg. Future of Work

Leave a Reply

Your email address will not be published.