Още през 1961 г. физикът и Нобелов лауреат Юджийн Уигнер очерта мислен експеримент, който демонстрира един от най-малко известните парадокси на квантовата механика. Експериментът показва как странната природа на Вселената позволява на двама наблюдатели - да кажем Уигнър и приятеля на Уигнър - да преживеят различни реалности. Оттогава физиците използват мисловния експеримент „Приятелят на Вигнер“, за да изследват естеството на измерванията и да обсъждат дали съществуват обективни факти.
Първо, нека поговорим за мисловния експеримент на Wigner:
Да предположим, че двама души отварят кутията едновременно с котката на Шрьодингер. Ако резултатът (от срива на вълновата функция) е избран от наблюдателя, както се подразбира от идеалистичното решение, тогава ако двамата наблюдатели правят различен избор, възниква проблем. Ако посочим един от двата резултата, тогава само един от наблюдателите може да направи избор, а привържениците на реализма с право считат това решение за незадоволително.
Парадоксът стана важен, защото учените провеждат експерименти, за да установят обективни факти. Но ако са изправени пред различни реалности, как могат да се договорят какви биха могли да бъдат тези факти? Мисловният експеримент на Уигнър никога не е бил само мисловен експеримент.
Но миналата година физиците забелязаха, че скорошните постижения в квантовата технология дават възможност да се повтори тестът на приятеля на Уигнър в истински експеримент. С други думи, стана възможно да се създадат различни реалности и да се сравняват в лабораторията, за да се установи дали те могат да се примирят.
Има ли обективна реалност?
Промоционално видео:
И днес Масимилиано Пройети от университета Херио-Ват в Единбург и няколко негови колеги казаха, че те провеждат този експеримент за първи път: създават различни реалности и ги сравняват. И стигнаха до извода, че Уигнър е прав: тези реалности могат да бъдат непримирими дотолкова, доколкото е невъзможно да се постигне консенсус относно обективни факти в експеримент.
Първоначалният мисловен експеримент на Вигнер започва с един поляризиран фотон, който при измерване може да бъде хоризонтално или вертикално поляризиран. Но преди измерването, според законите на квантовата механика, фотонът съществува и в двете състояния на поляризация едновременно - така наречената суперпозиция.
Уигнър си представи приятел в друга лаборатория, който измерва състоянието на този фотон и съхранява резултата, докато Уигнър наблюдава отдалеч. Уигнър няма информация за измерванията на своя приятел и затова трябва да приеме, че фотонът и неговото измерване са в суперпозиция на всички възможни експериментални резултати.
Уигнър може дори да проведе експеримент, за да определи дали тази суперпозиция съществува или не. Един вид интерференционен експеримент, който ще покаже, че фотонът и измерването наистина са в суперпозиция.
От гледна точка на Вигнер, това е „факт“- суперпозицията съществува. И този факт подсказва, че измерването не може да бъде извършено.
Но неговият приятел няма да се съгласи с това, тъй като той измерва поляризацията на фотона и го записва. Приятелят може дори да се обади на Уигнър и да му каже, че измерването е направено (при условие, че резултатът не се оповести).
Две реалности си противоречат една на друга. „Това поставя под съмнение обективното състояние на фактите, установени от двамата наблюдатели“, казва Проиети.
Това е теорията, но миналата година Каслав Брукнер от университета във Виена в Австралия излезе с начин да пресъздаде приятеля на Вигнер в лабораторията, използвайки техники, които включват заплитане на много частици наведнъж.
Пробивът на Proietti беше, че те всъщност го направиха. Те са реализирали разширен сценарий „приятел на Вигнер“в модерен експеримент с шест фотона.
Шест фотона бяха заплетени, за да създадат две алтернативни реалности - едната представляваше Вигнер, а другата представляваше приятеля на Вигнер. Приятелят на Вигнер измерва поляризацията на фотона и съхранява резултата. След това Wigner прави измерване на интерференцията, за да провери дали измерването и фотонът са в суперпозиция.
Експериментът даде двусмислен резултат. Оказва се, че и двете реалности могат да съществуват съвместно, дори и да дадат непримирими резултати, както прогнозира Уигнър. Това повдига редица интересни въпроси, които подтикват физиците да преосмислят природата на реалността.
Идеята, че наблюдателите в крайна сметка могат да приведат своите измервания в някаква фундаментална реалност, се основава на няколко предположения. Първо, съществуват универсални факти и наблюдателите могат да се споразумеят по тях.
Но има и други предположения. Едното е, че наблюдателите са свободни да правят всякакви наблюдения, които искат. И още нещо: изборът, който прави един наблюдател, не влияе върху избора на други наблюдатели. Това предположение на физиката се нарича местност.
Ако има обективна реалност, с която всеки може да се съгласи, всички тези предположения ще бъдат верни.
Но резултатът на Пройети и неговите колеги предполага, че обективната реалност не съществува. С други думи, експериментът предполага, че едно или повече предположения са, че съществува реалност, с която сме съгласни; какво е свобода на избора; или местност - трябва да грешат.
Разбира се, има и друг вариант. Възможността да има вратичка, която експериментаторите пропуснаха. Всъщност физиците се опитват да затворят вратичките в подобни експерименти в продължение на много години, но те признават, че те никога няма да успеят да ги затворят.
Работата обаче има важно значение за науката. Следващата стъпка е да продължите по-нататък: да създадете експерименти, които създават все по-причудливи алтернативни реалности, които е невъзможно да се съгласуват. Докъде ще ни доведе това, никой не знае.
Иля Кел