Jacob Hoover
0 
2133
160
Fapte alternative se răspândesc ca un virus în întreaga societate. Acum, se pare că au infectat chiar știința - cel puțin tărâmul cuantic. Acest lucru poate părea contra intuitiv. Metoda științifică este întotdeauna bazată pe noțiuni fiabile de observare, măsurare și repetabilitate. Un fapt, așa cum este stabilit de o măsurătoare, ar trebui să fie obiectiv, astfel încât toți observatorii să poată fi de acord cu acesta.
Dar într-o lucrare publicată recent în Science Advances, arătăm că, în micro-lumea de atomi și particule, care este guvernată de regulile ciudate ale mecanicii cuantice, doi observatori diferiți au dreptul la propriile lor fapte. Cu alte cuvinte, conform celei mai bune teorii noastre despre blocurile de natură în sine, faptele pot fi de fapt subiective.
Observatorii sunt jucători puternici din lumea cuantică. Conform teoriei, particulele pot fi în mai multe locuri sau stări simultan - aceasta se numește superpoziție. Dar, ciudat, acesta este cazul numai atunci când nu sunt observate. Al doilea observi un sistem cuantic, alege o locație sau o stare specifică - ruperea superpoziției. Faptul că natura se comportă în acest fel a fost dovedit de mai multe ori în laborator - de exemplu, în celebrul experiment cu fanta dublă.
Legate de: Cele mai mari 18 mistere nesoluționate în fizică
În 1961, fizicianul Eugene Wigner a propus un experiment de gândire provocator. El a pus la îndoială ce s-ar întâmpla atunci când se aplică mecanica cuantică unui observator care este în sine observat. Imaginează-ți că un prieten al lui Wigner aruncă o monedă cuantică - care se află într-o superpoziție atât a capetelor cât și a cozilor - în interiorul unui laborator închis. De fiecare dată când prietenul aruncă moneda, observă un rezultat cert. Putem spune că prietenul lui Wigner stabilește un fapt: rezultatul aruncării monedelor este cu siguranță capul sau coada.
Wigner nu are acces la acest fapt din exterior și, potrivit mecanicii cuantice, trebuie să descrie prietenul și moneda care trebuie să se afle într-o superpoziție a tuturor rezultatelor posibile ale experimentului. Asta pentru că sunt „încurcați” - conectați cu nerăbdare, astfel încât dacă îl manipulați pe unul îl manipulați și pe celălalt. Wigner poate acum, în principiu, să verifice această superpoziție folosind un așa-numit „experiment de interferență” - un tip de măsurare cuantică care vă permite să descoperiți superpoziția unui întreg sistem, confirmând că două obiecte sunt încurcate.
Când Wigner și prietenul vor compara notele mai târziu, prietenul va insista că au văzut rezultate clare pentru fiecare lansare a monedelor. Cu toate acestea, Wigner nu va fi de acord când observă prietenul și moneda într-o superpoziție.
Aceasta prezintă o conundru. Realitatea percepută de prieten nu poate fi împăcată cu realitatea din exterior. Inițial, Wigner nu a considerat acest lucru într-un mare paradox, a susținut că ar fi absurd să descrie un observator conștient ca un obiect cuantic. Cu toate acestea, el s-a îndepărtat ulterior de acest punct de vedere și, conform manualelor formale despre mecanica cuantică, descrierea este perfect valabilă.
Experimentul
Scenariul a rămas mult timp un experiment de gândire interesant. Dar reflectă realitatea? Din punct de vedere științific, s-au înregistrat puține progrese în acest sens până de curând, când Časlav Brukner de la Universitatea din Viena a arătat că, în anumite presupuneri, ideea lui Wigner poate fi folosită pentru a demonstra formal că măsurătorile în mecanica cuantică sunt subiective pentru observatori..
Brukner a propus o modalitate de testare a acestei noțiuni prin traducerea scenariului prietenului lui Wigner într-un cadru stabilit pentru prima dată de fizicianul John Bell în 1964. Brukner a considerat două perechi de Wigners și prieteni, în două cutii separate, efectuând măsurători pe o stare comună - în interior și în afara cutiei respective. Rezultatele pot fi rezumate pentru a fi utilizate în cele din urmă pentru a evalua o așa-numită „inegalitate a clopotului”. Dacă această inegalitate este încălcată, observatorii ar putea avea fapte alternative.
Acum am făcut pentru prima dată acest test experimental la Universitatea Heriot-Watt din Edinburgh pe un computer cuantic la scară mică, format din trei perechi de fotoni încurcați. Prima pereche de fotoni reprezintă monedele, iar celelalte două sunt folosite pentru a efectua aruncarea monedei - măsurând polarizarea fotonilor - în interiorul cutiei respective. În afara celor două cutii, doi fotoni rămân pe fiecare parte care pot fi, de asemenea, măsurați.
În ciuda utilizării tehnologiei cuantice de ultimă generație, a fost nevoie de săptămâni pentru a colecta suficiente date de la doar șase fotoni pentru a genera suficiente statistici. În cele din urmă, am reușit să arătăm că mecanica cuantică poate fi într-adevăr incompatibilă cu asumarea unor fapte obiective - am încălcat inegalitatea.
Teoria se bazează însă pe câteva presupuneri. Acestea includ că rezultatele măsurătorilor nu sunt influențate de semnalele care circulă peste viteza luminii și că observatorii sunt liberi să aleagă ce măsurători să facă. Acesta poate fi sau nu cazul.
O altă întrebare importantă este dacă fotonii singuri pot fi considerați observatori. În propunerea de teorie a lui Brukner, observatorii nu trebuie să fie conștienți, trebuie doar să poată stabili fapte sub forma unui rezultat al măsurătorilor. Prin urmare, un detector neînsuflețit ar fi un observator valid. Iar mecanica cuantică a manualelor nu ne oferă niciun motiv să credem că un detector, care poate fi făcut la fel de mic ca câțiva atomi, nu trebuie descris ca obiect cuantic la fel ca un foton. De asemenea, poate fi posibil ca mecanica cuantică standard să nu se aplice la scări mari de lungime, ci testarea care este o problemă separată.
Prin urmare, acest experiment arată că, cel puțin pentru modelele locale de mecanică cuantică, trebuie să ne regândim noțiunea de obiectivitate. Faptele pe care le experimentăm în lumea noastră macroscopică par să rămână în siguranță, dar apare o întrebare majoră asupra modului în care interpretările existente ale mecanicii cuantice pot găzdui fapte subiective.
Unii fizicieni văd aceste noi evoluții ca pe niște interpretări care permit consolidarea mai multor rezultate pentru o observație, de exemplu, existența unor universuri paralele în care se întâmplă fiecare rezultat. Alții consideră că sunt dovezi convingătoare pentru teoriile intrinsec dependente de observatori, cum ar fi Bayesianismul cuantic, în care acțiunile și experiențele unui agent sunt preocupări centrale ale teoriei. Dar cu toate acestea, alții consideră că este un indiciu puternic, care poate că mecanica cuantică se va descompune peste anumite scale de complexitate.
În mod clar, toate acestea sunt întrebări profund filozofice despre natura fundamentală a realității. Indiferent de răspuns, vă așteaptă un viitor interesant.
Acest articol a fost publicat inițial la Conversatia. Publicația a contribuit la articolul lui Expert Voices: Op-Ed & Insights.