Квантовая физика: наше исследование показывает, что объективной реальности не существует

Квантовая физика: наше исследование показывает, что объективной реальности не существует
Gearoid Hayes / Flickr, CC BY-SA

Альтернативные факты распространяется как вирус по всему обществу. Теперь кажется, что они даже заразили науку - по крайней мере, квантовую сферу. Это может показаться нелогичным. В конце концов, научный метод основан на надежных понятиях наблюдения, измерения и повторяемости. Факт, установленный измерением, должен быть объективным, чтобы все наблюдатели могли с ним согласиться.

Но в газете недавно опубликовано в Science AdvancesМы показываем, что в микромире атомов и частиц, который управляется странными правилами квантовой механики, два разных наблюдателя имеют право на свои собственные факты. Другими словами, согласно нашей лучшей теории строительных блоков самой природы, факты на самом деле могут быть субъективными.

Наблюдатели - сильные игроки в квантовом мире. Согласно теории, частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно - это называется суперпозицией. Но, как ни странно, это только тот случай, когда они не соблюдаются. В тот момент, когда вы наблюдаете квантовую систему, она выбирает определенное место или состояние - нарушая суперпозицию. Тот факт, что природа ведет себя таким образом, был неоднократно доказан в лаборатории - например, в знаменитом эксперимент с двойной щелью (см видео ниже).

В 1961, физик Евгений Вигнер предложил провокационный мысленный эксперимент. Он спросил, что произойдет, если применить квантовую механику к наблюдателю, который сам находится под наблюдением.

Представьте, что друг Вигнера бросает квантовую монету, которая находится в суперпозиции голов и хвостов, в закрытой лаборатории. Каждый раз, когда друг бросает монету, он наблюдает определенный результат. Можно сказать, что друг Вигнера устанавливает факт: результатом броска монеты, безусловно, является голова или хвост.

Вигнер не имеет доступа к этому факту извне и, согласно квантовой механике, должен описать друга и монету, чтобы быть в суперпозиции всех возможных результатов эксперимента. Это потому, что они «запутались» - жутко связан так что если вы манипулируете одним, вы также манипулируете другим. Теперь Вигнер в принципе может проверить эту суперпозицию с помощью так называемого «интерференционный эксперимент«- тип квантового измерения, который позволяет распутывать суперпозицию всей системы, подтверждая, что два объекта запутаны.


Получите последние новости от InnerSelf


Когда Вигнер и друг будут сравнивать записи позже, друг будет настаивать на том, что он видел определенные результаты для каждого броска монеты. Вигнер, однако, не соглашается всякий раз, когда он видит друга и монету в суперпозиции.

Это представляет собой загадку. Реальность, воспринимаемая другом, не может быть согласована с реальностью снаружи. Первоначально Вигнер не считал это большим парадоксом, он утверждал, что было бы нелепо описывать сознательного наблюдателя как квантовый объект. Тем не менее, он позже отошел от этого взглядаи согласно формальным учебникам по квантовой механике, описание совершенно верно.

Эксперимент

Сценарий долгое время оставался интересным мысленным экспериментом. Но отражает ли это реальность? С научной точки зрения, до недавнего времени, когда Часлав Брукнер в университете Вены показали, что, при определенных предположениях, идея Вигнера может быть использован для формального доказательства что измерения в квантовой механике субъективны для наблюдателей.

Брукнер предложил способ проверить это понятие, переведя сценарий друга Вигнера в структуру впервые установлен физик Джон Белл в 1964. Брукнер рассматривал две пары вигнеров и друзей в двух отдельных боксах, проводя измерения в общем состоянии - внутри и снаружи соответствующего бокса. Результаты можно суммировать, чтобы в конечном итоге использовать для оценки так называемого «Неравенство Белла», Если это неравенство нарушается, наблюдатели могут иметь альтернативные факты.

Теперь мы впервые провели этот тест экспериментально в университете Хериот-Ватт в Эдинбурге на небольшом квантовом компьютере, состоящем из трех пар запутанных фотонов. Первая пара фотонов представляет монеты, а две другие используются для выполнения броска монеты - измерения поляризации фотонов - внутри соответствующей коробки. За пределами двух боксов с каждой стороны остаются два фотона, которые также могут быть измерены.

Квантовая физика: наше исследование показывает, что объективной реальности не существует
Исследователи с экспериментом. Автор условии

Несмотря на использование современной квантовой технологии, потребовались недели, чтобы собрать достаточно данных всего из шести фотонов, чтобы получить достаточно статистики. Но в итоге нам удалось показать, что квантовая механика действительно может быть несовместима с предположением об объективных фактах - мы нарушили неравенство!

Теория, однако, основана на нескольких предположениях. Они включают в себя то, что на результаты измерений не влияют сигналы, распространяющиеся со скоростью выше скорости света, и что наблюдатели могут свободно выбирать, какие измерения проводить. Это может или не может иметь место.

Другой важный вопрос - можно ли считать одиночные фотоны наблюдателями. В теоретическом предложении Брукнера наблюдатели не должны быть сознательными, они просто должны быть в состоянии установить факты в форме результатов измерения. Поэтому неодушевленный детектор был бы действительным наблюдателем. И учебник квантовой механики не дает нам никаких оснований полагать, что детектор, который может быть сделан всего несколькими атомами, не должен описываться как квантовый объект, как фотон. Также возможно, что стандартная квантовая механика не применяется в больших масштабах длины, но тестирование это отдельная проблема.

Квантовая физика: наше исследование показывает, что объективной реальности не существует
Там может быть много миров.
Nikk / Flickr, CC BY-SA

Таким образом, этот эксперимент показывает, что, по крайней мере, для локальных моделей квантовой механики нам необходимо переосмыслить наше понятие объективности. Факты, которые мы наблюдаем в нашем макроскопическом мире, по-видимому, остаются в безопасности, но возникает серьезный вопрос о том, как существующие интерпретации квантовой механики могут учитывать субъективные факты.

Некоторые физики рассматривают эти новые разработки как поддержку интерпретаций, которые позволяют более чем одному результату для наблюдения, например существование параллельных вселенных в котором каждый результат происходит. Другие видят в этом убедительные доказательства для теорий, в сущности зависящих от наблюдателя, таких как Квантовый байесовский характер, в котором действия и опыт агента являются центральными вопросами теории. Но все же другие считают это сильным указателем на то, что, возможно, квантовая механика сломается выше определенных масштабов сложности.

Очевидно, что все это глубоко философские вопросы о фундаментальной природе реальности. Каким бы ни был ответ, интересное будущее ждет.Беседа

Об авторах

Алессандро Федриззи, профессор квантовой физики, Университет Хериот-Ватт Массимилиано Пройетти, кандидат квантовой физики, Университет Хериот-Ватт

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Лучший способ избавиться от вредных привычек
Лучший способ избавиться от вредных привычек
by Ян Гамильтонк и Салли Марлоу