Research

Квантовий експеримент показав, що об'єктивної реальності не існує

Ще в 1961 році фізик і нобелівський лауреат ЮджинВігнер виклав уявний експеримент, який продемонстрував один з найменш відомих парадоксів квантової механіки. Експеримент показує, як дивна природа всесвіту дозволяє двом спостерігачам - скажімо, Вігнер та одного Вігнера - відчувати різні реальності. З тих пір фізики використовують уявний експеримент «друга Вигнера» для дослідження природи вимірювань і суперечок про те, чи існують об'єктивні факти.

Спершу розповімо про уявний експеримент Вигнера:

Припустимо, що дві людини одночасновідкривають скриньку з котом Шредінгера. Якщо результат (колапсу хвильової функції) вибирає спостерігач, як має на увазі ідеалістичне рішення, то якщо два спостерігача роблять різний вибір - виникає проблема. Якщо ми називаємо один з двох випадків, то вибір може робити тільки один зі спостерігачів, і прихильники реалізму справедливо вважають це рішення незадовільним.

«У парадоксі одного Вігнера, сформульованомуфізиком Юджином Вігнером, відбувається наступне: припустимо, що замість того щоб самому спостерігати кішку, Вигнер просить це зробити свого друга. Його друг відкриває ящик, бачить кішку і потім повідомляє результати свого спостереження Вігнером. На цьому етапі ми можемо говорити, що Вигнер тільки що актуалізував реальність, яка включає в себе його друга і кішку. Тут є парадокс: чи була кішка жива чи мертва, коли один Вигнера її спостерігав, але до того, як він повідомив результат спостереження? Говорити, що коли один Вигнера спостерігав кішку, її стан не коллапсировать, значить стверджувати, що його друг був у непритомному стані, поки Вигнер його не спитав - що свідомість його друга не могло вирішити, жива кішка або мертва, без спонукання з боку Вигнера » .

Парадокс став важливим, тому що вчені проводятьексперименти, щоб встановити об'єктивні факти. Але якщо вони стикаються з різними реальностями, як їм домовитися про те, якими можуть бути ці факти? Уявний експеримент Вигнера ніколи не був чимось більшим - просто уявним експериментом.

Але в минулому році, фізики помітили, що останнідосягнення в області квантових технологій дозволили відтворити тест одного Вігнера в реальному експерименті Іншими словами, з'явилася можливість створювати різні реальності і порівнювати їх в лабораторії, щоб з'ясувати, чи можна їх примирити.

Чи існує об'єктивна реальність?

І сьогодні Массіміліано Пройєтті з УніверситетуХериот-Ватт в Единбурзі і кілька його колег заявили, що вперше провели цей експеримент: створили різні реальності і порівняли їх. І прийшли до висновку, що Вигнер мав рацію: ці реальності можуть бути непримиренними наскільки, що неможливо прийти до єдиної думки про об'єктивні факти в експерименті.

Спочатку уявний експеримент Вигнерапочинався з одного поляризованого фотона, який при вимірюванні може мати горизонтальну або вертикальну поляризацію. Але перед виміром, відповідно до законів квантової механіки, фотон існує в обох станах поляризації одночасно - так звана суперпозиція.

Вігнер уявив собі друга в іншийлабораторії, який вимірює стан цього фотона і зберігає результат, тоді як Вигнер спостерігає здалеку. Вігнер не має інформації про вимірювання свого друга і тому змушений припустити, що фотон і його вимір знаходяться в суперпозиції всіх можливих результатів експерименту.

Вігнер може навіть провести експеримент, щобвизначити, існує ця суперпозиція чи ні. Свого роду інтерференційний експеримент, який покаже, що фотон і вимір дійсно знаходяться в суперпозиції.

З точки зору Вигнера, це «факт» - суперпозиція існує. І цей факт говорить про те, що вимір не могло бути проведено.

Але його друг з цим не погодиться, оскільки він виміряв поляризацію фотона і записав її. Друг може навіть подзвонити Вігнером і сказати, що вимір було зроблено (за умови, що результат не розкрито).

Дві реальності суперечать одна одній. «Це ставить під сумнів об'єктивний статус фактів, встановлених двома спостерігачами», говорить Пройєтті.

Така теорія, але в минулому році Каслав Брукнерз Віденського університету в австралійських придумав спосіб відтворити «вігнеровского друга» в лабораторії за допомогою методів, що включають заплутування безлічі частинок одночасно.

Прорив Пройєтті ж полягав у тому, що вони виконали це насправді. Вони реалізували розширений сценарій «друга Вигнера» в сучасному експерименті з шістьма фотонами.

Шість фотонів були заплутані, щоб створити двіальтернативні реальності - одну, що представляє Вигнера, а другу - Вігнеровского одного. Друга Вигнера вимірює поляризацію фотона і зберігає результат. Потім Вигнер виконує вимір інтерференції, щоб зрозуміти, чи знаходяться вимір і фотон в суперпозиції.

Експеримент дав неоднозначний результат. Надає, обидві реальності можуть співіснувати, навіть якщо вони дають непримиренні результати, як і передбачав Вигнер. Це піднімає ряд цікавих питань, що спонукають фізиків переглянути природу реальності.

Ідея того, що спостерігачі можуть в кінцевому підсумкуузгодити свої вимірювання в який-небудь фундаментальної реальності, заснована на кількох припущеннях. По-перше, універсальні факти дійсно існують і спостерігачі можуть про них домовитися.

Але є й інші припущення. Одне з них полягає в тому, що спостерігачі вільні робити будь-які спостереження, які захочуть. І ще одне: вибір, який робить один спостерігач, не впливає на вибір інших спостерігачів. Це припущення фізики називають локальностью.

Якщо існує об'єктивна реальність, з якою все можуть погодитися, всі ці припущення будуть вірними.

Але результат Пройєтті і його колег передбачає,що об'єктивної реальності не існує. Іншими словами, експеримент передбачає, що одне або більше припущень - про те, що існує реальність, з якою ми погодимося; що є свобода вибору; або про локальність - має бути невірним.

Звичайно, є й інший варіант. Варіант того, що існує лазівка, яку експериментатори пропустили. Насправді, фізики намагалися закрити лазівки в подібних експериментах багато років, проте вони визнають, що, можливо, ніколи не зможуть закрити їх все.

Проте, робота має важливі наслідки длянауки. Наступний крок - піти далі: створити експерименти, що створюють все більш вигадливі альтернативні реальності, які неможливо примирити. Куди це приведе нас, ніхто не знає.

Ви згодні з тим, що об'єктивної реальності не існує? Розкажіть в нашому чаті в Телеграма.