V roce 1961 nastínil fyzik a nositel Nobelovy ceny Eugene Wigner myšlenkový experiment, který prokázal jeden z nejméně známých paradoxů kvantové mechaniky. Experiment ukazuje, jak podivná povaha vesmíru umožňuje dvěma pozorovatelům - řekněme Wignerovi a Wignerově příteli - zažít různé skutečnosti. Od té doby použili fyzikové myšlenkový experiment „Wignerův přítel“, aby prozkoumali povahu měření a debatovali, zda existují objektivní fakta.
Nejprve si povíme o Wignerově myšlenkovém experimentu:
Předpokládejme, že dva lidé otevřou krabici současně se Schrödingerovou kočkou. Pokud je výsledek (zhroucení vlnové funkce) vybrán pozorovatelem, jak vyplývá z idealistického řešení, pak pokud si dva pozorovatelé zvolí odlišná rozhodnutí, objeví se problém. Pokud pojmenujeme jeden ze dvou výsledků, pak si může vybrat pouze jeden z pozorovatelů a zastánci realismu toto rozhodnutí správně považují za neuspokojivé.
Paradox se stal důležitým, protože vědci provádějí experimenty s cílem stanovit objektivní fakta. Ale pokud čelí různým skutečnostem, jak se mohou shodnout na tom, co tato fakta mohou být? Wignerův myšlenkový experiment nebyl nikdy víc než myšlenkový experiment.
Ale v loňském roce si fyzici všimli, že nedávný pokrok v kvantové technologii umožnil replikovat Wignerův přítelův test do skutečného experimentu. Jinými slovy, bylo možné vytvořit různé skutečnosti a porovnat je v laboratoři, aby se zjistilo, zda je lze sladit.
Existuje objektivní realita?
Propagační video:
A dnes Massimiliano Proietti z Heriot-Watt University v Edinburghu a několik jeho kolegů uvedli, že tento experiment provedli poprvé: vytvořili různé skutečnosti a porovnali je. A dospěli k závěru, že Wigner měl pravdu: tyto skutečnosti mohou být neslučitelné do té míry, že není možné dospět ke shodě o objektivních skutečnostech v experimentu.
Wignerův původní myšlenkový experiment začal s jediným polarizovaným fotonem, který může být při měření horizontálně nebo vertikálně polarizován. Ale před měřením, podle zákonů kvantové mechaniky, existuje foton v obou polarizačních stavech současně - v tzv. Superpozici.
Wigner si představil přítele v jiné laboratoři, který změří stav tohoto fotonu a uloží výsledek, zatímco Wigner pozoruje z dálky. Wigner nemá informace o měřeních svého přítele, a proto musí předpokládat, že foton a jeho měření jsou v superpozici všech možných experimentálních výsledků.
Wigner může dokonce provést experiment, aby určil, zda tato superpozice existuje nebo ne. Interferenční experiment, který ukáže, že foton a měření jsou skutečně v superpozici.
Z pohledu Wignera je to „fakt“- existuje superpozice. A tato skutečnost naznačuje, že měření nebylo možné provést.
Ale jeho přítel s tím nebude souhlasit, protože změřil polarizaci fotonu a zaznamenal ji. Přítel může dokonce zavolat Wignerovi a sdělit mu, že měření bylo provedeno (za předpokladu, že výsledek není zveřejněn).
Dvě skutečnosti si vzájemně odporují. "Tím se zpochybňuje objektivní stav skutečností zjištěných dvěma pozorovateli," říká Proietti.
To je teorie, ale v loňském roce Caslav Bruckner z vídeňské univerzity v Austrálii přišel s možností, jak znovu vytvořit Wignerova přítele v laboratoři pomocí technik, které zahrnují zapletení mnoha částic najednou.
Průlom Proietti byl v tom, že to skutečně udělali. Realizovali rozšířený scénář „přítele Wignera“v moderním experimentu se šesti fotony.
Šest fotonů bylo zapleteno, aby vytvořily dvě alternativní reality - jednu představující Wignera a druhou představující Wignerovu přítele. Wignerův přítel změří polarizaci fotonu a uloží výsledek. Wigner poté provede měření interference, aby zjistil, zda je měření a foton v superpozici.
Experiment přinesl nejednoznačný výsledek. Ukazuje se, že obě reality mohou koexistovat, i když přinášejí neslučitelné výsledky, jak předpovídal Wigner. To vyvolává řadu zajímavých otázek, které vedou fyziky k přehodnocení podstaty reality.
Myšlenka, že pozorovatelé mohou nakonec smířit svá měření v nějaké základní realitě, je založena na několika předpokladech. Zaprvé existují univerzální fakta a pozorovatelé se na nich mohou dohodnout.
Existují však i jiné předpoklady. Jedním z nich je, že pozorovatelé mohou dělat libovolná pozorování, která chtějí. A ještě jedna věc: volba, kterou jeden pozorovatel provede, nemá vliv na výběr dalších pozorovatelů. Tento předpoklad fyziky se nazývá lokalita.
Pokud existuje objektivní realita, se kterou mohou všichni souhlasit, budou všechny tyto předpoklady správné.
Výsledek Proiettiho a jeho kolegů však naznačuje, že objektivní realita neexistuje. Jinými slovy, experiment předpokládá, že jeden nebo více předpokladů je, že existuje realita, se kterou souhlasíme; co je svoboda volby; nebo lokalita - měla by být špatná.
Samozřejmě existuje i jiná možnost. Možnost, že existuje mezera, kterou experti vynechali. Ve skutečnosti se fyzici v takových experimentech pokusili mnoho let uzavřít mezery, ale připouštějí, že je nikdy nebudou moci všechny uzavřít.
Práce má však pro vědu důležité důsledky. Dalším krokem je jít dále: vytvářet experimenty, které vytvářejí stále bizarnější alternativní reality, které nelze sladit. Kam nás to povede, nikdo neví.
Ilya Khel