Leta 1961 je fizik in nobelov nagrajenec Eugene Wigner orisal miselni eksperiment, ki je pokazal enega najmanj znanih paradoksov kvantne mehanike. Poskus kaže, kako čudna narava vesolja dopušča, da dva opazovalca - recimo Wigner in Wignerjev prijatelj - doživita različne resničnosti. Od takrat fiziki uporabljajo miselni eksperiment "Wignerjev prijatelj", da bi raziskali naravo meritev in razpravljali o tem, ali obstajajo objektivna dejstva.
Najprej se pogovorimo o miselnem poskusu Wignerja:
Predpostavimo, da dve osebi hkrati odpreta škatlo z mačko Schrödinger. Če opazovalec izbere rezultat (propada valovne funkcije), kot to implicira idealistična rešitev, potem če se oba opazovalca odločita za različne, se pojavi težava. Če poimenujemo enega od obeh rezultatov, potem se lahko odloči le eden od opazovalcev, zato podporniki realizma upravičeno menijo, da je ta odločitev nezadovoljiva.
Paradoks je postal pomemben, ker znanstveniki izvajajo poskuse za ugotavljanje objektivnih dejstev. Če pa se soočajo z različnimi resničnostmi, kako se lahko dogovorijo, kakšna bi lahko bila ta dejstva? Wignerjev miselni eksperiment ni bil nikoli več kot miselni eksperiment.
Toda lani so fiziki opazili, da je nedavni napredek kvantne tehnologije omogočil ponovitev testa Wignerjevega prijatelja v pravem eksperimentu. Z drugimi besedami, postalo je mogoče ustvariti različne realnosti in jih primerjati v laboratoriju, da bi ugotovili, ali jih je mogoče uskladiti.
Ali obstaja objektivna resničnost?
Promocijski video:
In danes je Massimiliano Proietti z univerze Heriot-Watt v Edinburghu in več njegovih kolegov dejal, da so ta eksperiment izvedli prvič: ustvarili so različne realnosti in jih primerjali. In prišli so do zaključka, da ima Wigner prav: te resničnosti so lahko nezdružljive, kolikor je v eksperimentu nemogoče doseči soglasje o objektivnih dejstvih.
Wignerjev prvotni miselni eksperiment se je začel z enim polariziranim fotonom, ki je, ko ga merimo, lahko vodoravno ali navpično polariziran. Toda pred meritvijo po zakonih kvantne mehanike foton obstaja v obeh polarizacijskih stanjih hkrati - tako imenovani superpoziciji.
Wigner si je zamislil prijatelja v drugem laboratoriju, ki meri stanje tega fotona in shranjuje rezultat, Wigner pa opazuje od daleč. Wigner nima podatkov o meritvah svojega prijatelja in zato mora domnevati, da sta foton in njegova meritev v superpoziciji vseh možnih eksperimentalnih rezultatov.
Wigner lahko celo izvede poskus, da ugotovi, ali ta superpozicija obstaja ali ne. Nekakšen interferenčni eksperiment, ki bo pokazal, da sta foton in meritev res v superpoziciji.
Z Wignerjevega stališča je to "dejstvo" - superpozicija obstaja. In to dejstvo kaže, da meritve ni bilo mogoče izvesti.
A njegov prijatelj se s tem ne bo strinjal, saj je izmeril polarizacijo fotona in jo posnel. Prijatelj lahko celo pokliče Wignerja in mu pove, da je bila meritev opravljena (pod pogojem, da rezultat ne bo razkrit).
Dve realnosti si nasprotujeta. "To dvomi v objektivno stanje dejstev, ki sta jih ugotovila oba opazovalca," pravi Proietti.
To je teorija, toda lani je Caslav Bruckner z dunajske univerze v Avstraliji iznašel način, kako v laboratoriju poustvariti prijatelja Wignerja z uporabo tehnik, ki vključujejo zapletanje številnih delcev naenkrat.
Proiettijev preboj je bil, da so to dejansko storili. V sodobnem poskusu s šestimi fotoni so izvedli razširjeni scenarij "prijatelja Wignerjevega".
Šest fotonov je bilo zapletenih, da bi ustvarili dve nadomestni realnosti - ena je predstavljala Wignerja, druga pa Wignerjevega prijatelja. Wignerjev prijatelj meri polarizacijo fotona in shrani rezultat. Wigner nato izvede interferenčno meritev, da ugotovi, ali sta meritev in foton v superpoziciji.
Poskus je dal dvoumen rezultat. Izkazalo se je, da obe realnosti lahko obstajata, četudi dajeta nepomembne rezultate, kot je napovedal Wigner. To odpira številna zanimiva vprašanja, ki fizike pozivajo k ponovnemu premisleku narave resničnosti.
Ideja, da lahko opazovalci svoje meritve na koncu uskladijo v neki temeljni resničnosti, temelji na več domnevah. Prvič, obstajajo univerzalna dejstva in opazovalci se lahko z njimi strinjajo.
Vendar obstajajo tudi druge predpostavke. Eno je, da opazovalci lahko prosto izrazijo kakršna koli opažanja. In še nekaj: izbira enega opazovalca ne vpliva na izbiro drugih opazovalcev. To predpostavko fizike imenujemo lokalnost.
Če obstaja objektivna resničnost, s katero se lahko strinjajo vsi, potem bodo vse te predpostavke pravilne.
Toda rezultat Proiettija in njegovih sodelavcev kaže, da objektivna resničnost ne obstaja. Z drugimi besedami, poskus predvideva, da je ena ali več predpostavk, da obstaja resničnost, s katero se strinjamo; kaj je svoboda izbire; ali lokalnost - naj bo narobe.
Seveda obstaja še ena možnost. Možnost, da obstaja vrzel, ki so jo zgrešili eksperimentatorji. Pravzaprav fiziki že več let poskušajo zapreti vrzeli v takšnih poskusih, vendar priznavajo, da jih morda nikoli ne bodo mogli zapreti.
Vendar ima delo pomembne posledice za znanost. Naslednji korak je nadaljevanje: ustvariti eksperimente, ki ustvarjajo vedno bolj bizarne alternativne realnosti, ki jih je nemogoče uskladiti. Kam nas bo to vodilo, nihče ne ve.
Ilya Khel