Чи можуть існувати дві версії реальності одночасно? Фізики кажуть, що можуть - на квантовому рівні, тобто.
Нещодавно дослідники проводили експерименти, щоб відповісти на питання десятиліття теоретичної фізики про реальність дуелів. Цей хитрий мислительний експеримент запропонував, щоб двоє людей, що спостерігали один і той же фотон, могли зробити різні висновки про стан цього фотона - і все ж обидва їх спостереження були б правильними.
Вперше вчені повторили умови, описані в мислительному експерименті. Їх результати, опубліковані 13 лютого в журналі препринт arXiv, підтвердили, що навіть коли спостерігачі описували різні стани в одному фотоні, ці дві суперечливі реалії можуть бути істинними.
"Ви можете перевірити їх обох", - сказав співавтор дослідження Мартін Рінгбауер, докторантура з кафедри експериментальної фізики в Університеті Інсбрюка в Австрії.
Друг Вігнера
Ця вражаюча ідея стала дітьми Євгена Вігнера, лауреата Нобелівської премії з фізики 1963 року. У 1961 році Вігнер ввів мислительний експеримент, який став відомим як "друг Вігнера". Починається з фотона - частинки світла. Коли спостерігач в ізольованій лабораторії вимірює фотон, він виявляє, що поляризація частинки - вісь, по якій вона крутиться - вертикальна або горизонтальна.
Однак перед вимірюванням фотона фотон відображає обидві поляризації одночасно, як це продиктовано законами квантової механіки; вона існує в "суперпозиції" двох можливих станів.
Після того, як людина в лабораторії вимірює фотон, частинка приймає фіксовану поляризацію. Але для того, хто знаходиться поза тією закритою лабораторією, хто не знає результатів вимірювань, незмірний фотон все ще знаходиться в стані суперпозиції.
Таке спостереження сторонніх людей - їх реальність - тому відрізняється від реальності людини в лабораторії, яка вимірювала фотон. Однак, згідно з квантовою механікою, жодне з цих суперечливих спостережень не вважається помилковим.
Змінені штати
Протягом десятиліть пропозиція Вігнера згинати розум була просто цікавим мислительним експериментом. Але в останні роки важливі досягнення фізики нарешті дали змогу експертам поставити пропозицію Вігнера на випробування, сказав Рінбауер.
"Теоретичний прогрес був необхідний для постановки проблеми таким чином, щоб це було випробувано. Тоді експериментальній стороні були потрібні розробки щодо управління квантовими системами, щоб реалізувати щось подібне", - пояснив він.
Рінгбауер та його колеги перевірили оригінальну ідею Вігнера ще більш жорстким експериментом, який подвоїв сценарій. Вони призначили дві "лабораторії", де проходили б експерименти, і ввели дві пари заплутаних фотонів, що означає, що їх долі були пов'язані, так що знаючи стан одного автоматично повідомляє вам стан іншого. (Фотони в налаштуваннях були справжніми. Чотири людини в сценарії - «Аліса», «Боб» і «друг» кожного - не були справжніми, а натомість представляли спостерігачів експерименту).
Двоє друзів Аліси та Боба, які знаходилися «всередині» кожної лабораторії, кожен вимірювали по одному фотону в заплутаній парі. Це порушило заплутаність і зруйнувало суперпозицію, що означає, що фотон, який вони вимірювали, існував у певному стані поляризації. Вони записали результати в квантову пам’ять - скопіювали в поляризацію другого фотона.
Алісі та Бобу, які були «поза» закритих лабораторій, тоді було запропоновано два варіанти проведення власних спостережень. Вони могли виміряти результати своїх друзів, які зберігалися в квантовій пам'яті, і тим самим дійти тих же висновків щодо поляризованих фотонів.
Але вони також могли б провести власний експеримент між заплутаними фотонами. У цьому експерименті, відомий як інтерференційний експеримент, якщо фотони виступають як хвилі і все ще існують у суперпозиції станів, то Аліса і Боб побачать характерний зразок світлих і темних облямів, де додаються вершини і долини світлих хвиль. підписати або скасувати одне одного. Якщо частинки "обрали" свій стан, ви побачили інший малюнок, ніж якби вони не були. Раніше Вігнер пропонував виявити, що фотони все ще перебувають у заплутаному стані.
Автори нового дослідження виявили, що навіть у подвоєному сценарії результати, описані Вігнером, дотримуються. Еліс і Боб могли дійти висновків щодо правильних і доказливих фотонів, які все ще відрізняються від спостережень своїх друзів - які також були правильними і доказливими, згідно з дослідженням.
Квантова механіка описує, як світ працює в настільки малому масштабі, що нормальні правила фізики більше не діють; Протягом багатьох десятиліть експерти, які вивчають цю галузь, пропонували численні тлумачення того, що це означає, сказав Рінгбауер.
Однак якщо вимірювання самі по собі не є абсолютними - як це підказує нові результати, - це кидає виклик самому значенню квантової механіки.
"Схоже, що, на відміну від класичної фізики, результати вимірювань не можна вважати абсолютною істиною, але їх слід розуміти відносно спостерігача, який проводив вимірювання", - сказав Рінбауер.
"Історії, які ми розповідаємо про квантову механіку, повинні адаптуватися до цього", - сказав він.
