În 1961, fizicianul și laureatul Nobel Eugene Wigner a prezentat un experiment gânditor care a demonstrat unul dintre cele mai puțin cunoscute paradoxuri ale mecanicii cuantice. Experimentul arată modul în care natura ciudată a universului permite doi observatori - spun Wigner și prietenul lui Wigner - să experimenteze realități diferite. De atunci, fizicienii au folosit experimentul de gândire al „prietenului lui Wigner” pentru a investiga natura măsurătorilor și a dezbate dacă există fapte obiective.
În primul rând, să vorbim despre experimentul gândit al lui Wigner:
Să presupunem că două persoane deschid cutia cu pisica lui Schrödinger în același timp. Dacă rezultatul (al prăbușirii funcției de undă) este ales de observator, așa cum presupune soluția idealistă, atunci dacă cei doi observatori fac alegeri diferite, apare o problemă. Dacă numim unul dintre cele două rezultate, atunci doar unul dintre observatori poate face o alegere, iar susținătorii realismului consideră pe bună dreptate această decizie nesatisfăcătoare.
Paradoxul a devenit important, deoarece oamenii de știință efectuează experimente pentru a stabili fapte obiective. Dar dacă se confruntă cu realități diferite, cum pot fi de acord asupra a ceea ce ar putea fi aceste fapte? Experimentul de gândire al lui Wigner nu a fost niciodată mai mult decât un experiment gândit.
Anul trecut, fizicienii au observat că progresele recente ale tehnologiei cuantice au făcut posibilă replicarea testului prietenului lui Wigner într-un experiment real.
Există o realitate obiectivă?
Video promotional:
Și astăzi, Massimiliano Proietti de la Universitatea Heriot-Watt din Edinburgh și mai mulți dintre colegii săi au spus că au realizat acest experiment pentru prima dată: au creat realități diferite și le-au comparat. Și au ajuns la concluzia că Wigner avea dreptate: aceste realități pot fi ireconciliabile în măsura în care este imposibil să se ajungă la un consens despre fapte obiective dintr-un experiment.
Experimentul de gândire inițial al lui Wigner a început cu un singur foton polarizat, care, atunci când este măsurat, poate fi polarizat orizontal sau vertical. Dar înainte de măsurare, conform legilor mecanicii cuantice, fotonul există în ambele stări de polarizare simultan - așa-numita superpoziție.
Wigner și-a imaginat un prieten dintr-un alt laborator care măsoară starea acestui foton și stochează rezultatul, în timp ce Wigner observă de departe. Wigner nu are informații despre măsurătorile prietenului său și, prin urmare, trebuie să presupună că fotonul și măsurarea acestuia se află într-o superpoziție a tuturor rezultatelor experimentale posibile.
Wigner poate chiar să efectueze un experiment pentru a determina dacă această superpoziție există sau nu. Un fel de experiment de interferență care va arăta că fotonul și măsurarea sunt într-adevăr suprapuse.
Din punctul de vedere al lui Wigner, acesta este un „fapt” - suprapoziția există. Și acest fapt sugerează că măsurarea nu a putut fi efectuată.
Dar prietenul său nu va fi de acord cu acest lucru, deoarece a măsurat polarizarea fotonului și l-a înregistrat. Prietenul poate chiar să îl sune pe Wigner și să-i spună că măsurarea a fost luată (cu condiția ca rezultatul să nu fie dezvăluit).
Două realități se contrazic. „Acest lucru pune la îndoială statutul obiectiv al faptelor stabilite de cei doi observatori”, spune Proietti.
Aceasta este teoria, dar anul trecut, Caslav Bruckner, de la Universitatea din Viena, din Australia, a venit cu o modalitate de a-l recrea pe prietenul Wigner în laborator, folosind tehnici care implică îmbracarea multor particule simultan.
Descoperirea lui Proietti a fost că au făcut-o de fapt. Au implementat un scenariu extins „prieten al lui Wigner” într-un experiment modern cu șase fotoni.
Șase fotoni au fost încurcați pentru a crea două realități alternative - unul reprezentând Wigner și celălalt reprezentând prietenul lui Wigner. Prietenul lui Wigner măsoară polarizarea fotonului și stochează rezultatul. Wigner ia apoi o măsurare de interferență pentru a vedea dacă măsurarea și fotonul sunt în suprapunere.
Experimentul a dat un rezultat ambiguu. Se dovedește că ambele realități pot coexista, chiar dacă produc rezultate ireconciliabile, așa cum a prevăzut Wigner. Acest lucru ridică o serie de întrebări interesante care îi determină pe fizicieni să regândească natura realității.
Ideea conform căreia observatorii își pot reconcilia măsurătorile într-o realitate fundamentală se bazează pe mai multe presupuneri. În primul rând, faptele universale există și observatorii pot fi de acord asupra lor.
Dar există și alte presupuneri. Unul este că observatorii sunt liberi să facă orice observații doresc. Și încă un lucru: alegerea pe care un observator o face nu afectează alegerea altor observatori. Această presupunere de fizică se numește localitate.
Dacă există o realitate obiectivă cu care toată lumea poate fi de acord, atunci toate aceste presupuneri vor fi corecte.
Dar rezultatul lui Proietti și al colegilor săi sugerează că realitatea obiectivă nu există. Cu alte cuvinte, un experiment presupune că una sau mai multe presupuneri sunt că există o realitate cu care suntem de acord; ce este libertatea de alegere; sau localitate - ar trebui să greșească.
Există, desigur, o altă opțiune. Posibilitatea ca există o lacună pe care experimentatorii au ratat-o. De fapt, fizicienii au încercat să închidă lacunele în astfel de experimente timp de mai mulți ani, dar recunosc că este posibil să nu le poată închide niciodată.
Cu toate acestea, munca are implicații importante pentru știință. Următorul pas este să mergeți mai departe: crearea de experimente care creează realități alternative din ce în ce mai bizare, imposibil de reconciliat. Unde ne va conduce acest lucru, nimeni nu știe.
Ilya Khel
