Альтернативні факти поширюються як вірус у суспільстві. Зараз, здається, вони навіть заразили науку - принаймні, квантовою цариною. Це може здатися протилежним інтуїтивно зрозумілим. Науковий метод врешті-решт заснований на надійних поняттях спостереження, вимірювання та повторюваності. Факт, встановлений вимірюванням, повинен бути об'єктивним, таким, щоб усі спостерігачі могли погодитися з ним.
Але у статті, нещодавно опублікованій у Science Advances, ми показуємо, що в мікросвіті атомів і частинок, яким керуються дивні правила квантової механіки, два різних спостерігачі мають право на власні факти. Іншими словами, згідно з нашою найкращою теорією самих будівельних блоків природи, факти фактично можуть бути суб’єктивними.
Спостерігачі - потужні гравці у квантовому світі. Згідно з теорією, частинки можуть бути відразу в декількох місцях або станах - це називається суперпозицією. Як не дивно, це лише той випадок, коли їх не спостерігають. Друге, що ви спостерігаєте за квантовою системою, вона вибирає конкретне місце або стан - порушує суперпозицію. Те, що природа поводиться таким чином, було неодноразово доведено в лабораторії - наприклад, у відомому експерименті з подвійною щілиною.
У 1961 році фізик Євген Вігнер запропонував провокаційний мислительний експеримент. Він сумнівався, що буде, коли застосувати квантову механіку до спостерігача, який сам спостерігається. Уявіть, що друг Вігнера кидає квантову монету, яка знаходиться в суперпозиції як голови, так і хвостів - всередині закритої лабораторії. Щоразу, коли друг кидає монету, вони спостерігають певний результат. Можна сказати, що друг Вігнера встановлює факт: результат кидання монети - це безумовно голова або хвіст.
Вігнер не має доступу до цього факту ззовні, і згідно з квантовою механікою, повинен описати друга і монету, щоб вони знаходилися в суперпозиції всіх можливих результатів експерименту. Це тому, що вони "заплутані" - моторошно пов'язані, так що якщо ви маніпулюєте одним, ви також маніпулюєте іншим. Тепер Вігнер може в принципі перевірити цю суперпозицію, використовуючи так званий "інтерференційний експеримент" - тип квантового вимірювання, який дозволяє розгадати суперпозицію всієї системи, підтвердивши, що два об'єкти заплутані.
Коли пізніше Вігнер і друг порівнюватимуть замітки, друг наполягає на тому, що вони побачили певні результати для кожного викидання монети. Однак Вігнер не погодиться, коли б спостерігав за товаришем і монетою в суперпозиції.
Це представляє загадку. Реальність, сприйнята другом, не може бути примирена з реальністю зовні. Спочатку Вігнер не вважав це великим парадоксом, він стверджував, що було б абсурдно описувати свідомого спостерігача як квантовий об'єкт. Однак пізніше він відійшов від цього погляду, і згідно з формальними підручниками з квантової механіки опис цілком справедливий.
Експеримент
Сценарій довгий час залишався цікавим продуманим експериментом. Але чи відображає вона реальність? У науковому відношенні досягнуто невеликого прогресу до недавнього часу, коли Часлав Брукнер з Віденського університету показав, що за певних припущень ідея Вігнера може бути використана для того, щоб офіційно довести, що вимірювання в квантовій механіці піддаються спостерігачам.
Брукнер запропонував спосіб перевірити це поняття, переклавши сценарій друга Вігнера в рамку, вперше створену фізиком Джоном Беллом в 1964 році. Брукнер розглядав дві пари Вігнера і друзів у двох окремих скриньках, проводячи вимірювання на загальному стані - всередині і за межами відповідної коробки. Результати можна підсумувати, щоб в кінцевому підсумку використати для оцінки так званої "нерівності дзвонів". Якщо ця нерівність буде порушена, спостерігачі можуть мати альтернативні факти.
Зараз ми вперше провели цей тест експериментально в університеті Еріот-Ватт в Единбурзі на невеликому масштабному квантовому комп'ютері, складеному з трьох пар заплутаних фотонів. Перша пара фотонів представляє монети, а дві інші використовуються для виконання кидання монети - вимірювання поляризації фотонів - всередині їх відповідної коробки. Поза двома скриньками по дві сторони залишаються по два фотони, які також можна виміряти.
Незважаючи на використання найсучаснішої квантової технології, для збирання достатньої кількості статистики було потрібно тижнів, щоб зібрати достатню кількість даних лише з шести фотонів. Але врешті-решт нам вдалося показати, що квантова механіка дійсно може бути несумісною з припущенням об’єктивних фактів - ми порушили нерівність.
Однак теорія базується на кількох припущеннях. Вони включають, що на результати вимірювань не впливають сигнали, що рухаються над швидкістю світла, і що спостерігачі вільні вибирати, які вимірювання робити. Це може бути, а може і не бути.
Ще одне важливе питання - чи можна поодинокі фотони вважати спостерігачами. Згідно теоретичної пропозиції Брукнера, спостерігачам не потрібно бути свідомими, вони повинні бути лише у змозі встановити факти у формі результатів вимірювання. Отже, неживий детектор був би дійсним спостерігачем. І квантова механіка підручника не дає нам підстав вважати, що детектор, який може бути невеликим на кілька атомів, не повинен описуватися як квантовий об'єкт так само, як фотон. Можливо також, що стандартна квантова механіка не застосовується при великих масштабах, але тестування є окремою проблемою.
Цей експеримент тому показує, що, принаймні, для локальних моделей квантової механіки нам потрібно переосмислити наше поняття об’єктивності. Факти, які ми переживаємо в нашому макроскопічному світі, схоже, залишаються в безпеці, але головне питання виникає щодо того, як існуючі інтерпретації квантової механіки можуть вміщувати суб'єктивні факти.
Деякі фізики розглядають ці нові розробки як сприятливі інтерпретації, які дозволяють спостерігати більше одного результату спостереження, наприклад, існування паралельних всесвітів, у яких відбувається кожен результат. Інші вважають це переконливим доказом для власне залежних від спостерігачів теорій, таких як квантовий байєсіанство, в якому дії та досвід агента є головним питанням теорії. Але інші сприймають це як сильний покажчик, що, можливо, квантова механіка зламається над певними масштабами складності.
Очевидно, що це все глибоко філософські питання про фундаментальну природу реальності. Якою б не була відповідь, чекає цікаве майбутнє.
