Квантовий експеримент показав, що об'єктивної реальності не існує

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

Спершу розповімо про уявний експеримент Вігнера:

Припустимо, що дві людини одночасно відкривають скриньку з котом Шредінгера. Якщо результат (колапс хвильової функції) вибирає спостерігач, як передбачає ідеалістичне рішення, то якщо два спостерігача роблять різний вибір — виникає проблема. Якщо ми називаємо один з двох результатів, то вибір може робити тільки один із спостерігачів, і прихильники реалізму справедливо вважають це рішення незадовільним.

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

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

Але в минулому році, фізики помітили, що останні досягнення 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.

Існує об'єктивна реальність?

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

Спочатку уявний експеримент Вігнера починався з одного поляризованого фотона, який при вимірі може мати горизонтальну або вертикальну поляризацію. Але перед вимірюванням, згідно з законами квантової механіки, фотон існує в обох станах поляризації одночасно — так звана суперпозиція.

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

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

З точки зору Вігнера, це «факт» — суперпозиція існує. І цей факт говорить про те, що вимірювання не могло бути проведено.

Але його друг з цим не погодиться, оскільки він виміряв поляризацію фотона і записав її. Один може навіть зателефонувати Вигнеру і сказати, що вимірювання було зроблено (за умови, що результат не розкрито).

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

Така теорія, але в минулому році Каслав Брукнер з Віденського університету в Австраии придумав спосіб відтворити «вигнеровского одного» в лабораторії за допомогою методів, що включають заплутування безлічі частинок одночасно.

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

Шість фотонів були заплутані, щоб створити дві альтернативні реальності — одну, що представляє Вігнера, а другу — Вигнеровского одного. Одного Вігнера вимірює поляризацію фотона і зберігає результат. Потім Вігнера виконує вимірювання інтерференції, щоб зрозуміти, чи вимір і фотон в суперпозиції.

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

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

Але є іінші 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 локальністю.

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

Але результат Пройетти і його колег припускає, що об'єктивної реальності не існує. Іншими словами, експеримент передбачає, що одна або більше припущень про те, що існує реальність, з якою ми погодимося; що є свобода вибору; або про локальності — повинно 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.

Тим не менше, робота має важливі наслідки для науки. 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 .