Геароїд Хейс/Flickr, CC BY-SA
Альтернативні факти є поширюючись як вірус у всьому суспільстві. Зараз здається, що вони навіть заразили науку - принаймні, квантову сферу. Це може здатися протилежним інтуїтивним. Зрештою, науковий метод ґрунтується на надійних уявленнях про спостереження, вимірювання та повторюваність. Факт, встановлений вимірюванням, повинен бути об'єктивним, щоб усі спостерігачі могли з ним погодитися.
Але нещодавно в газеті опубліковано в Science Advances, ми показуємо, що в мікросвіті атомів і частинок, який регулюється дивними правилами квантової механіки, два різних спостерігача мають право на власні факти. Іншими словами, згідно з нашою найкращою теорією про самі будівельні блоки природи, факти насправді можуть бути суб'єктивними.
Спостерігачі є потужними гравцями в квантовому світі. Згідно з теорією, частинки можуть перебувати одночасно в кількох місцях або станах - це називається суперпозицією. Але, як не дивно, це відбувається лише тоді, коли вони не спостерігаються. Другого разу, коли ви спостерігаєте квантову систему, вона вибирає певне місце розташування або стан - порушуючи суперпозицію. Той факт, що природа поводиться так, було доведено багато разів у лабораторії - наприклад, у відомому подвійний щілинний експеримент (див. відео нижче).
{vembed Y = A9tKncAdlHQ}
У 1961 р. Фізик Євген Вігнер запропонував провокаційний думковий експеримент. Він поставив під сумнів, що буде, якщо застосувати квантову механіку до спостерігача, за яким самі спостерігають.
Уявіть, що друг Вігнера кидає квантову монету - яка знаходиться в суперпозиції як голови, так і хвоста - всередині закритої лабораторії. Кожного разу, коли друг кидає монету, вони спостерігають певний результат. Можна сказати, що друг Вігнера встановлює факт: результатом підкидання монети, безумовно, є голова чи хвіст.
Вігнер не має доступу до цього факту ззовні, і згідно з квантовою механікою, він повинен описати друга і монету, щоб знаходитись у суперпозиції всіх можливих результатів експерименту. Це тому, що вони «заплутані» - моторошно пов'язані так що якщо ви маніпулюєте одним, ви маніпулюєте і іншим. Тепер Вігнер може в принципі перевірити цю суперпозицію, використовуючи так званий "інтерференційний експеримент” - тип квантового вимірювання, що дозволяє розгадати суперпозицію цілої системи, підтверджуючи, що два об’єкти заплутані.
Коли Вігнер і друг згодом порівняють нотатки, друг наполягатиме на тому, що вони бачили певні результати для кожного жеребкування. Однак Вігнер не погодиться, коли б він спостерігав за другом і монетою в суперпозиції.
Це викликає загадку. Реальність, яку сприймає друг, неможливо узгодити з реальністю зовні. Спочатку Вігнер не вважав цього великим парадоксальним, він стверджував, що було б абсурдно описувати свідомого спостерігача як квантовий об'єкт. Однак він пізніше відійшов від цього поглядута відповідно до офіційних підручників з квантової механіки, опис цілком дійсний.
Експеримент
Сценарій довго залишався цікавим думковим експериментом. Але чи відображає це реальність? З наукової точки зору, до цього часу був досягнутий невеликий прогрес ?аслав Брукнер у Віденському університеті показав, що, за певних припущень, ідея Вігнера може використовуватися для офіційного доказування що вимірювання в квантовій механіці є суб’єктивними для спостерігачів.
Брукнер запропонував спосіб перевірки цього поняття, переклавши сценарій друзів Вігнера в основу вперше створений фізиком Джоном Беллом в 1964 році. Брукнер розглядав дві пари Вігнерів та друзів у двох окремих коробках, які проводили вимірювання у спільному стані - всередині та за межами їх відповідної коробки. Результати можна підсумувати, щоб в кінцевому підсумку використати для оцінки т.зв “Нерівність дзвона”. Якщо ця нерівність буде порушена, спостерігачі можуть мати альтернативні факти.
Зараз ми вперше експериментально провели це випробування в університеті Еріот-Ватта в Единбурзі на невеликому квантовому комп’ютері, складеному з трьох пар заплутаних фотонів. Перша пара фотонів являє собою монети, а дві інші використовуються для підкидання монети - вимірювання поляризації фотонів - всередині їх відповідної коробки. Поза двома коробами з кожного боку залишаються два фотони, які також можна виміряти.
Дослідники з експериментом. Автор надано
Незважаючи на використання найсучасніших квантових технологій, на збір достатньої кількості даних лише з шести фотонів для створення достатньої статистики пішли тижні. Але врешті-решт нам вдалося показати, що квантова механіка дійсно може бути несумісною з припущенням про об’єктивні факти - ми порушили нерівність!
Однак теорія базується на кількох припущеннях. Вони включають, що на результати вимірювань не впливають сигнали, що рухаються вище швидкості світла, і що спостерігачі мають право вибирати, які виміри робити. Це може бути і не бути.
Іншим важливим питанням є те, чи можна вважати поодинокі фотони спостерігачами. У теоретичній пропозиції Брукнера спостерігачам не потрібно бути в свідомості, вони просто повинні мати змогу встановлювати факти у формі результату вимірювання. Отже, неживий детектор буде дійсним спостерігачем. І підручник з квантової механіки не дає нам підстав вважати, що детектор, який можна зробити таким маленьким, як кілька атомів, не слід описувати як квантовий об'єкт, як фотон. Можливо також, що стандартна квантова механіка не застосовується у масштабах великих довжин, але тестування - це окрема проблема.
Там може бути багато світів. Nikk / Flickr, CC BY-SA
Тому цей експеримент показує, що, принаймні для локальних моделей квантової механіки, нам потрібно переглянути наше уявлення про об'єктивність. Факти, які ми відчуваємо у нашому макроскопічному світі, здаються безпечними, але виникає головне питання щодо того, як існуючі трактування квантової механіки можуть враховувати суб’єктивні факти.
Деякі фізики розглядають ці нові розробки як підкріплюючі інтерпретації, які дозволяють, наприклад, спостерігати більше одного результату спостереження існування паралельних всесвітів в якому трапляється кожен результат. Інші вважають це переконливим доказом таких теорій, які залежать від спостереження, такі як Квантовий байєсіанство, в якому дії та досвід агента є головними питаннями теорії. Але інші сприймають це як сильний вказівник на те, що квантова механіка, можливо, зламається вище певних масштабів складності.
Очевидно, це все глибоко філософські питання про фундаментальну природу реальності. Якою б не була відповідь, чекає цікаве майбутнє.
Про авторів
Алессандро Федріцці, професор квантової фізики, Університет Геріот-Ватта та Массіміліано Проєтті, кандидат квантової фізики, Університет Геріот-Ватта
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
Книги про підвищення продуктивності зі списку бестселерів Amazon
«Пік: секрети нової наукової експертизи»
Андерс Ерікссон і Роберт Пул
У цій книзі автори спираються на свої наукові дослідження, щоб зрозуміти, як кожен може покращити свою ефективність у будь-якій сфері життя. У книзі пропонуються практичні стратегії для розвитку навичок і досягнення майстерності, зосереджені на навмисній практиці та зворотному зв’язку.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Атомарні звички: простий і перевірений спосіб створити хороші звички та позбутися поганих»
Джеймс Клір
Ця книга пропонує практичні стратегії формування хороших звичок і позбавлення від поганих з акцентом на невеликі зміни, які можуть призвести до великих результатів. Книга спирається на наукові дослідження та приклади з реального світу, щоб надати корисні поради всім, хто хоче покращити свої звички та досягти успіху.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Мислення: нова психологія успіху»
Керол С. Двек
У цій книзі Керол Двек досліджує концепцію мислення та те, як воно може вплинути на нашу продуктивність і успіх у житті. Книга пропонує зрозуміти різницю між фіксованим мисленням і мисленням зростання, а також пропонує практичні стратегії розвитку мислення зростання та досягнення більшого успіху.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Сила звички: чому ми робимо те, що робимо в житті та бізнесі»
Чарльз Духігг
У цій книзі Чарльз Дагігг досліджує науку, що стоїть за формуванням звички, і те, як її можна використовувати для покращення наших результатів у всіх сферах життя. Книга пропонує практичні стратегії розвитку хороших звичок, відмови від поганих і створення тривалих змін.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
«Розумніше, швидше, краще: секрети продуктивності в житті та бізнесі»
Чарльз Духігг
У цій книзі Чарльз Дагіг досліджує науку про продуктивність і те, як її можна використовувати для покращення наших результатів у всіх сферах життя. Книга спирається на реальні приклади та дослідження, щоб надати практичні поради для досягнення більшої продуктивності та успіху.
