Fyysikko ja Nobel-palkinnon saaja Eugene Wigner kertoivat jo vuonna 1961 ajatuskokeen, joka osoitti kvanttimekaniikan yhden tunnetuimmista paradokseista. Kokeilu osoittaa, kuinka maailmankaikkeuden outo luonne antaa kahdelle tarkkailijalle - sanoa Wigner ja Wignerin ystävä - kokea erilaisia todellisuuksia. Siitä lähtien fyysikot ovat käyttäneet "Wignerin ystävä" -koekoetta tutkiakseen mittausten luonnetta ja keskustellakseen objektiivisten tosiasioiden olemassaolosta.
Ensin puhutaan Wignerin ajattelukokeesta:
Oletetaan, että kaksi ihmistä avaa laatikon samanaikaisesti Schrödingerin kissan kanssa. Jos tarkkailija valitsee tuloksen (aaltofunktion romahtamisen), kuten idealistinen ratkaisu osoittaa, niin jos kaksi tarkkailijaa tekee erilaisia valintoja, syntyy ongelma. Jos nimeämme toisen kahdesta tuloksesta, vain yksi tarkkailijoista voi tehdä valinnan, ja realismin kannattajat pitävät perustellusti tätä päätöstä epätyydyttävänä.
Paradoksista on tullut tärkeä, koska tutkijat tekevät kokeita objektiivisten tosiasioiden selvittämiseksi. Mutta jos he kohtaavat erilaisia todellisuuksia, miten he voivat sopia mistä nämä tosiasiat voivat olla? Wignerin ajattelukoe ei ollut koskaan enemmän kuin ajatuskokeilu.
Mutta viime vuonna fyysikot huomasivat, että kvanttitekniikan viimeaikainen kehitys on mahdollistanut toistaa Wignerin ystävän testin todellisessa kokeessa. Toisin sanoen on tullut mahdollista luoda erilaisia todellisuuksia ja vertailla niitä laboratoriossa selvittääkseen, voidaanko niitä sovittaa yhteen.
Onko objektiivista todellisuutta?
Mainosvideo:
Ja tänään Massimiliano Proietti Edinburghin Heriot-Watt-yliopistosta ja useat hänen kollegansa sanoivat, että he olivat suorittaneet tämän kokeen ensimmäistä kertaa: he loivat erilaisia todellisuuksia ja vertasivat niitä. Ja he tulivat siihen johtopäätökseen, että Wigner oli oikeassa: nämä todellisuudet voivat olla ristiriidassa siinä määrin, että on mahdotonta päästä yksimielisyyteen objektiivisista tosiasioista kokeessa.
Wignerin alkuperäinen ajattelukoe alkoi yhdellä polarisoidulla fotonilla, joka mitattuina voi olla vaaka- tai pystysuunnassa polarisoitunut. Mutta ennen mittausta kvantimekaniikan lakien mukaan fotoni esiintyy molemmissa polarisaatiotiloissa samanaikaisesti - ns. Superpositio.
Wigner kuvasi ystävän toisesta laboratoriosta, joka mittaa tämän fotonin tilan ja tallentaa tuloksen, kun taas Wigner tarkkailee kaukaa. Wignerilla ei ole tietoa ystävänsä mittauksista, joten hänen on oletettava, että fotoni ja sen mittaus ovat kaikkien mahdollisten kokeellisten tulosten päällekkäin.
Wigner voi jopa suorittaa kokeen selvittääkseen, onko tämä superpositio olemassa vai ei. Eräänlainen häiriökoe, joka osoittaa, että fotoni ja mittaus ovat todellakin superpositiossa.
Wignerin kannalta tämä on "tosiasia" - superpositiota on olemassa. Ja tämä tosiasia viittaa siihen, että mittausta ei voitu suorittaa.
Mutta hänen ystävänsä ei ole samaa mieltä tästä, koska hän mittasi fotonin polarisaation ja tallensi sen. Ystävä voi jopa soittaa Wignerille ja kertoa hänelle, että mittaus on suoritettu (jos tulosta ei paljasteta).
Kaksi todellisuutta ovat ristiriidassa keskenään. "Tämä asettaa kyseenalaiseksi kahden tarkkailijan havaitseman tosiseikan objektiivisen tilan", Proietti sanoo.
Se on teoria, mutta viime vuonna Australian Wienin yliopiston Caslav Bruckner keksi tavan luoda Wigner-ystävä uudelleen laboratoriossa tekniikoilla, joihin sisältyy monien hiukkasten takertuminen kerrallaan.
Proiettin läpimurto oli, että he todella tekivät sen. He ovat toteuttaneet laajennetun "Wignerin ystävän" skenaarion modernissa kuuden fotonin kokeilussa.
Kuusi fotonia takertui luomaan kaksi vaihtoehtoista todellisuutta - yksi edustaa Wigneria ja toinen edustaa Wignerin ystävää. Wignerin ystävä mittaa fotonin polarisaation ja tallentaa tuloksen. Wigner suorittaa sitten häiriömittauksen tarkistaakseen, ovatko mittaus ja fotoni superpositiossa.
Kokeilu antoi moniselitteisen tuloksen. Osoittautuu, että molemmat todellisuudet voivat esiintyä rinnakkain, vaikka ne antaisivat ristiriidattomia tuloksia, kuten Wigner ennustaa. Tämä herättää useita mielenkiintoisia kysymyksiä, jotka saavat fyysikot ajattelemaan todellisuuden luonnetta uudelleen.
Ajatus siitä, että tarkkailijat voivat viime kädessä sovittaa mittauksensa johonkin perustavanlaatuiseen todellisuuteen, perustuu useisiin oletuksiin. Ensinnäkin on olemassa yleismaailmallisia tosiasioita, ja tarkkailijat voivat sopia niistä.
Mutta on myös muita oletuksia. Yksi on se, että tarkkailijat voivat vapaasti tehdä haluamiaan havaintoja. Ja vielä yksi asia: yhden tarkkailijan tekemä valinta ei vaikuta muiden tarkkailijoiden valintaan. Tätä fysiikan olettamusta kutsutaan paikallisuudeksi.
Jos on olemassa objektiivinen todellisuus, jonka kanssa kaikki voivat olla yhtä mieltä, niin kaikki nämä oletukset ovat oikein.
Mutta Proiettin ja hänen kollegoidensa tulokset viittaavat siihen, että objektiivista todellisuutta ei ole. Toisin sanoen, kokeessa oletetaan, että yksi tai useampi oletus on, että on olemassa todellisuus, jonka kanssa olemme yhtä mieltä; mikä on valinnanvapaus; tai paikkakunnan - pitäisi olla väärässä.
On tietysti toinen vaihtoehto. Mahdollisuus, että on olemassa porsaanreikä, jonka kokeilijat huomasivat. Itse asiassa fyysikot ovat yrittäneet sulkea porsaanreikiä tällaisissa kokeissa monien vuosien ajan, mutta he myöntävät, että he eivät ehkä koskaan pysty sulkemaan kaikkia niitä.
Työllä on kuitenkin tärkeitä vaikutuksia tieteeseen. Seuraava askel on mennä pidemmälle: luoda kokeiluja, jotka luovat edelleen omituisempia vaihtoehtoisia todellisuuksia, joita on mahdoton sovittaa yhteen. Mihin tämä johtaa meidät, kukaan ei tiedä.
Ilja Khel