Kvantu eksperiments liecina, ka nav tādas lietas kā objektīva realitāte

IBM izpēte | Flickr

1961. gadā Nobela prēmijas laureāts fiziķis Jevgeņijs Vīgners izklāstīja domu eksperimentu, kas parādīja vienu no mazāk zināmajiem kvantu mehānikas paradoksiem. Eksperiments parāda, kā Visuma dīvainā daba ļauj diviem novērotājiem, teiksim, Vīgneram un Vīgnera draugam, piedzīvot dažādas realitātes.

Kopš tā laika fiziķi ir izmantojuši Vīgnera drauga domu eksperimentu, lai izpētītu mērījumu būtību un strīdētos par to, vai var pastāvēt objektīvi fakti. Tas ir svarīgi, jo zinātnieki veic eksperimentus, lai noteiktu objektīvus faktus. Bet, ja viņi piedzīvo dažādas realitātes, rodas strīds, kā viņi var vienoties par to, kādi varētu būt šie fakti?

Tas ir devis kādu izklaidējošu barību sarunai pēc vakariņām, taču Vīgnera domu eksperiments nekad nav bijis kaut kas vairāk — tikai domu eksperiments.

Tomēr pagājušajā gadā fiziķi pamanīja, ka jaunākie sasniegumi kvantu tehnoloģijās ir ļāvuši reproducēt Vīgnera drauga testu reālā eksperimentā. Citiem vārdiem sakot, vajadzētu būt iespējai izveidot dažādas realitātes un salīdzināt tās laboratorijā, lai noskaidrotu, vai tās var saskaņot.

Un šodien Masimiliano Proietti no Heriot-Watt universitātes Edinburgā un daži kolēģi saka, ka viņi ir veikuši šo eksperimentu pirmo reizi: viņi ir radījuši dažādas realitātes un salīdzinājušas tās. Viņu secinājums ir tāds, ka Vīgneram bija taisnība — šīs realitātes var padarīt nesavienojamas tā, ka nav iespējams vienoties par objektīviem faktiem par eksperimentu.

Vīgnera sākotnējais domu eksperiments principā ir vienkāršs. Tas sākas ar vienu polarizētu fotonu, kuram, mērot, var būt vai nu horizontāla, vai vertikāla polarizācija. Bet pirms mērīšanas saskaņā ar kvantu mehānikas likumiem fotons eksistē abos polarizācijas stāvokļos vienlaikus - tā sauktajā superpozīcijā.

Vīgners iztēlojās draugu citā laboratorijā, kurš mēra šī fotona stāvokli un saglabā rezultātu, kamēr Vīgners novēroja no tālienes. Vīgneram nav informācijas par sava drauga mērījumiem, tāpēc viņš ir spiests pieņemt, ka fotons un tā mērījumi atrodas visu iespējamo eksperimenta rezultātu superpozīcijā.

Vīgners pat var veikt eksperimentu, lai noteiktu, vai šī superpozīcija pastāv vai nē. Šis ir sava veida traucējumu eksperiments, kas parāda, ka fotons un mērījums patiešām atrodas superpozīcijā.

No Vīgnera viedokļa tas ir fakts — superpozīcija pastāv. Un šis fakts liek domāt, ka mērījums nevarēja notikt.

Bet tas ir krasā pretstatā drauga viedoklim, kurš patiešām ir izmērījis fotona polarizāciju un reģistrējis to. Draugs pat var piezvanīt Vīgneram un pateikt, ka mērījums ir veikts (ja rezultāts netiek atklāts).

Tātad abas realitātes ir pretrunā viena otrai. Tas liek apšaubīt abu novērotāju, proti, Proietti un co, konstatēto faktu objektīvo statusu.

Tāda ir teorija, bet pagājušajā gadā Kāslavs Brukners Vīnes Universitātē Austrijā nāca klajā ar veidu, kā laboratorijā no jauna izveidot eksperimentu Vīgnera draugs, izmantojot metodes, kas vienlaikus ietver daudzu daļiņu sapīšanu.

Izrāviens, ko Proietti un citi ir panākuši, ir to īstenot. Viņi saka, ka mūsdienīgā 6 fotonu eksperimentā mēs realizējam šo paplašināto Vīgnera drauga scenāriju.

Viņi izmanto šos sešus sapinušos fotonus, lai izveidotu divas alternatīvas realitātes - vienu, kas pārstāv Vīgneru, un otru, kas pārstāv Vīgnera draugu. Vīgnera draugs mēra fotona polarizāciju un saglabā rezultātu. Pēc tam Vīgners veic traucējumu mērījumu, lai noteiktu, vai mērījums un fotons atrodas superpozīcijā.

Eksperiments dod nepārprotamu rezultātu. Izrādās, ka abas realitātes var pastāvēt līdzās, pat ja tās rada nesavienojamus rezultātus, kā to paredzēja Vīgners.

Tas rada dažus aizraujošus jautājumus, kas liek fiziķiem pārskatīt realitātes būtību.

Ideja, ka novērotāji galu galā var saskaņot savus mērījumus par kāda veida fundamentālo realitāti, balstās uz vairākiem pieņēmumiem. Pirmais ir tas, ka vispārēji fakti patiešām pastāv un ka novērotāji var par tiem vienoties.

Bet ir arī citi pieņēmumi. Viens no tiem ir tas, ka novērotājiem ir brīvība veikt jebkādus novērojumus, ko viņi vēlas. Un vēl viens ir tas, ka viena novērotāja izvēle neietekmē citu novērotāju izvēli — pieņēmumu, ko fiziķi sauc par lokālu.

Ja pastāv objektīva realitāte, kurai visi var vienoties, tad visi šie pieņēmumi ir spēkā.

Bet Proietti un co rezultāts liecina, ka objektīva realitāte nepastāv. Citiem vārdiem sakot, eksperiments liek domāt, ka vienam vai vairākiem pieņēmumiem - idejai, ka pastāv realitāte, par kuru mēs varam vienoties, idejai, ka mums ir izvēles brīvība vai lokalitātes idejai, ir jābūt nepareiziem.

Protams, ir vēl viena izeja tiem, kas pieturas pie ierastā skatījuma uz realitāti. Tas ir tas, ka ir vēl kāda nepilnība, ko eksperimentētāji ir ignorējuši. Patiešām, fiziķi jau gadiem ilgi ir mēģinājuši novērst nepilnības līdzīgos eksperimentos, lai gan viņi atzīst, ka, iespējams, nekad nebūs iespējams tās visas aizvērt.

Tomēr šim darbam ir būtiska ietekme uz zinātnieku darbu. Zinātniskā metode balstās uz faktiem, kas noteikti ar atkārtotiem mērījumiem un saskaņoti vispārēji neatkarīgi no tā, kurš tos novērojis, saka Proietti un citi. Un tomēr tajā pašā dokumentā viņi grauj šo ideju, iespējams, liktenīgi.

Nākamais solis ir iet tālāk: konstruēt eksperimentus, radot arvien dīvainākas alternatīvas realitātes, kuras nevar saskaņot. Kur tas mūs aizvedīs, to var minēt. Bet Vīgners un viņa draugs noteikti nebūtu pārsteigti.

Atsauce: arxiv.org/abs/1902.05080 : Eksperimentāla novērotāja neatkarības noraidīšana kvantu pasaulē

paslēpties