1961-ben a fizikus és a Nobel-díjas Eugene Wigner egy gondolkodási kísérletet vázolt fel, amely a kvantummechanika egyik legkevésbé ismert paradoxonját mutatta be. A kísérlet megmutatja, hogy az univerzum furcsa természete lehetővé teszi két megfigyelő - mondjuk Wigner és Wigner barátja - számára a különböző valóságok megtapasztalását. Azóta a fizikusok a "Wigner barátja" gondolatkísérletet használták fel a mérések jellegének megvizsgálására és az objektív tények megvitatására.
Először beszéljünk Wigner gondolatkísérletéről:
Tegyük fel, hogy két ember egyszerre kinyitja a dobozt Schrödinger macskájával. Ha az eredményt (a hullámfüggvény összeomlását) a megfigyelő választja, amint azt az idealista megoldás is sugallja, akkor ha a két megfigyelő eltérően dönt, akkor probléma merül fel. Ha megnevezzük a két eredmény egyikét, akkor csak az egyik megfigyelő dönthet úgy, hogy a realizmus támogatói ezt a döntést helytelenül kielégítőnek ítélik meg.
A paradoxon azért fontos, mert a tudósok kísérleteket végeznek objektív tények megállapítására. De ha más valóságokkal szembesülnek, hogyan tudnak megállapodni abban, hogy mi lehet ezek a tények? Wigner gondolatkísérlete soha nem volt több, mint egy gondolatkísérlet.
A tavalyi évben azonban a fizikusok észrevették, hogy a kvantumtechnika terén a közelmúltban elért eredmények lehetővé tették Wigner barátjának tesztjének valódi kísérletben történő megismétlését. Más szavakkal: lehetővé vált különböző valóság létrehozása és összehasonlítása a laboratóriumban annak megállapítása érdekében, hogy összeegyeztethetőek-e egymással.
Van-e objektív valóság?
Promóciós videó:
Ma, Massimiliano Proietti (az edinburghi Heriot-Watt Egyetem) és több kollégája azt mondta, hogy ezt a kísérletet tették először: különböző valóságot teremtettek és hasonlítottak össze. És arra a következtetésre jutottak, hogy Wignernek igaza volt: ezek a valóságok összeegyeztethetetlenek lehetnek, amennyiben lehetetlen konszenzusra jutni az objektív tényekkel kapcsolatban egy kísérletben.
Wigner eredeti gondozási kísérlete egyetlen polarizált fotonnal kezdődött, amely mérve vízszintesen vagy függőlegesen is polarizálódhat. A mérés előtt azonban a kvantummechanika törvényei szerint a foton mindkét polarizációs állapotban egyszerre létezik - az úgynevezett szuperpozíció.
Wigner el tudott képzelni egy barátot egy másik laboratóriumban, aki megméri ennek a fotonnak az állapotát és tárolja az eredményt, míg Wigner messziről figyel. Wignernek nincs információja barátja méréseiről, ezért azt kell feltételeznie, hogy a foton és annak mérése az összes lehetséges kísérleti eredmény szuperpozíciójában áll.
Wigner akár kísérletet is végezhet annak meghatározására, hogy létezik-e ez a szuperpozíció. Egyfajta interferencia kísérlet, amely megmutatja, hogy a foton és a mérés valóban szuperpozícióban vannak.
Wigner szempontjából ez egy "tény" - szuperpozíció létezik. És ez a tény azt sugallja, hogy a mérést nem lehetett elvégezni.
De barátja nem ért egyet ezzel, mivel megmérte a foton polarizációját és rögzítette azt. A barát akár felhívhatja Wigner-t, és mondhatja meg neki, hogy megtették a mérést (feltéve, hogy az eredményt nem teszik közzé).
Két valóság ellentmond egymásnak. "Ez megkérdőjelezi a két megfigyelő által megállapított tények objektív státusát" - mondja Proietti.
Ez az elmélet, de tavaly Caslav Bruckner, az ausztráliai bécsi egyetem, felfedezte a módját a Wigner barátjának a laboratóriumban való újbóli létrehozására olyan technikák alkalmazásával, amelyek során sok részecske egyszerre összefonódik.
Proietti áttörése az volt, hogy valójában megtették. Bevezettek egy kibővített "Wigner barátja" forgatókönyvet egy modern hat fotonos kísérletbe.
Hat fotont összefontak, hogy két alternatív valóságot hozzanak létre - az egyik Wigner, a másik a Wigner barátja. Wigner barátja megméri a foton polarizációját és tárolja az eredményt. Wigner ezután elvégzi az interferencia mérését, hogy ellenőrizze, hogy a mérés és a foton szuperpozícióban vannak-e.
A kísérlet kétértelmű eredményt adott. Kiderül, hogy mindkét valóság egymás mellett élhet, még akkor is, ha összeférhetetlen eredményeket hoznak, ahogy Wigner megjósolta. Ez számos érdekes kérdést vet fel, amelyek arra késztetik a fizikusokat, hogy újragondolják a valóság természetét.
Az a gondolat, hogy a megfigyelők végül összeegyeztethetik méréseiket valamilyen alapvető valóságban, több feltevésen alapul. Először is léteznek univerzális tények, és a megfigyelők megállapodhatnak azokban.
De vannak más feltevések is. Az egyik az, hogy a megfigyelők szabadon tehetnek megfigyeléseket. És még egy dolog: az a megfigyelő döntése nem befolyásolja a többi megfigyelő választását. A fizika ezt a feltételezést lokalitásnak nevezik.
Ha van olyan objektív valóság, amelyben mindenki egyetérthet, akkor ezek a feltételezések helyesek lesznek.
De Proietti és munkatársai eredménye azt sugallja, hogy az objektív valóság nem létezik. Más szavakkal: egy kísérlet feltételezi, hogy egy vagy több feltételezés szerint létezik olyan valóság, amelyben egyetértünk; mi a választás szabadsága; vagy a helységnek - hibának kell lennie.
Természetesen van egy másik lehetőség. Lehetséges, hogy van egy kiskapu, amelyet a kísérletezők elmulasztottak. Valójában a fizikusok évek óta próbálják kiküszöbölni a kiskapukat ilyen kísérletekben, ám elismerik, hogy valószínűleg soha nem lesznek képesek mindegyiket bezárni.
A munkának azonban fontos következményei vannak a tudomány számára. A következő lépés az, hogy továbblépjünk: olyan kísérleteket készítsünk, amelyek egyre furcsább alternatív valóságokat hoznak létre, amelyeket lehetetlen összeegyeztetni. Hová vezet ez minket, senki sem tudja.
Ilya Khel