Hi-Tech

Квантовый эксперимент показал, что объективной реальности не существует

Эксперимент показывает, как странная природа вселенной позволяет двум наблюдателям — скажем, Вигнеру и другу Вигнера — испытывать различные реальности. Еще в 1961 году физик и нобелевский лауреат Юджин Вигнер изложил мысленный эксперимент, который продемонстрировал один из наименее известных парадоксов квантовой механики. С тех пор физики используют мысленный эксперимент «друга Вигнера» для исследования природы измерений и споров о том, существуют ли объективные факты.

Сперва расскажем про мысленный эксперимент Вигнера:

Если результат (коллапса волновой функции) выбирает наблюдатель, как подразумевает идеалистическое решение, то если два наблюдателя делают разный выбор — возникает проблема. Предположим, что два человека одновременно открывают ящик с котом Шрёдингера. Если мы называем один из двух исходов, то выбор может делать только один из наблюдателей, и сторонники реализма справедливо считают это решение неудовлетворительным.

Его друг открывает ящик, видит кошку и затем сообщает результаты своего наблюдения Вигнеру. «В парадоксе друга Вигнера, сформулированном физиком Юджином Вигнером, происходит следующее: предположим, что вместо того чтобы самому наблюдать кошку, Вигнер просит это сделать своего друга. Здесь есть парадокс: была ли кошка жива или мертва, когда друг Вигнера ее наблюдал, но до того, как он сообщил результат наблюдения? На этом этапе мы можем говорить, что Вигнер только что актуализировал реальность, которая включает в себя его друга и кошку. Говорить, что когда друг Вигнера наблюдал кошку, ее состояние не коллапсировало, значит утверждать, что его друг пребывал в бессознательном состоянии, пока Вигнер его не спросил — что сознание его друга не могло решить, жива кошка или мертва, без побуждения со стороны Вигнера».

Но если они сталкиваются с разными реальностями, как им договориться о том, какими могут быть эти факты? Парадокс стал важным, потому что ученые проводят эксперименты, чтобы установить объективные факты. Мысленный эксперимент Вигнера никогда не был чем-то большим — просто мысленным экспериментом.

Но в прошлом году, физики заметили, что последние достижения в области квантовых технологий позволили воспроизвести тест друга Вигнера в реальном эксперименте Другими словами, появилась возможность создавать различные реальности и сравнивать их в лаборатории, дабы выяснить, можно ли их примирить.

Существует ли объективная реальность?

И пришли к выводу, что Вигнер был прав: эти реальности могут быть непримиримыми насколько, что невозможно прийти к единому мнению об объективных фактах в эксперименте. И сегодня Массимилиано Пройетти из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге и несколько его коллег заявили, что впервые провели этот эксперимент: создали разные реальности и сравнили их.

Но перед измерением, согласно законам квантовой механики, фотон существует в обоих состояниях поляризации одновременно — так называемая суперпозиция. Изначально мысленный эксперимент Вигнера начинался с одного поляризованного фотона, который при измерении может иметь горизонтальную или вертикальную поляризацию.

Вигнер не располагает информацией об измерениях своего друга и поэтому вынужден предположить, что фотон и его измерение находятся в суперпозиции всех возможных результатов эксперимента. Вигнер представил себе друга в другой лаборатории, который измеряет состояние этого фотона и сохраняет результат, тогда как Вигнер наблюдает издалека.

Своего рода интерференционный эксперимент, который покажет, что фотон и измерение действительно находятся в суперпозиции. Вигнер может даже провести эксперимент, чтобы определить, существует эта суперпозиция или нет.

И этот факт говорит о том, что измерение не могло быть проведено. С точки зрения Вигнера, это «факт» — суперпозиция существует.

Друг может даже позвонить Вигнеру и сказать, что измерение было сделано (при условии, что результат не раскрыт). Но его друг с этим не согласится, поскольку он измерил поляризацию фотона и записал ее.

«Это ставит под сомнение объективный статус фактов, установленных двумя наблюдателями», говорит Пройетти. Две реальности противоречат одна другой.

Такова теория, но в прошлом году Каслав Брукнер из Венского университета в Австраии придумал способ воссоздать «вигнеровского друга» в лаборатории с помощью методов, включающих запутывание множества частиц одновременно.

Они реализовали расширенный сценарий «друга Вигнера» в современном эксперименте с шестью фотонами. Прорыв Пройетти же состоял в том, что они проделали это на самом деле.

Друга Вигнера измеряет поляризацию фотона и сохраняет результат. Шесть фотонов были запутаны, чтобы создать две альтернативные реальности — одну, представляющую Вигнера, а вторую — Вигнеровского друга. Затем Вигнер выполняет измерение интерференции, чтобы понять, находятся ли измерение и фотон в суперпозиции.

Оказывает, обе реальности могут сосуществовать, даже если они дают непримиримые результаты, как и предсказывал Вигнер. Эксперимент дал неоднозначный результат. Это поднимает ряд интересных вопросов, побуждающих физиков пересмотреть природу реальности.

Во-первых, универсальные факты действительно существуют и наблюдатели могут о них договориться. Идея того, что наблюдатели могут в конечном итоге согласовать свои измерения в какой-нибудь фундаментальной реальности, основана на нескольких предположениях.

Одно из них заключается в том, что наблюдатели вольны делать любые наблюдения, какие захотят. Но есть и другие предположения. Это предположение физики называют локальностью. И еще одно: выбор, который делает один наблюдатель, не влияет на выбор других наблюдателей.

Если существует объективная реальность, с которой все могут согласиться, все эти допущения будут верными.

Другими словами, эксперимент предполагает, что одно или больше допущений — о том, что существует реальность, с которой мы согласимся; что есть свобода выбора; или о локальности — должно быть неверным. Но результат Пройетти и его коллег предполагает, что объективной реальности не существует.

Вариант того, что существует лазейка, которую экспериментаторы пропустили. Конечно, есть и другой вариант. В действительности, физики пытались закрыть лазейки в подобных экспериментах много лет, однако они признают, что, возможно, никогда не смогут закрыть их все.

Следующий шаг — пойти дальше: создать эксперименты, создающие все более причудливые альтернативные реальности, которые невозможно примирить. Тем не менее, работа имеет важные последствия для науки. Куда это приведет нас, никто не знает.

Расскажите в нашем чате в Телеграме. Вы согласны с тем, что объективной реальности не существует?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть