Alternativna dejstva se kot virus širijo po vsej družbi. Zdaj se zdi, da so celo okužili znanost - vsaj kvantno kraljestvo. To se morda zdi kontra intuitivno. Znanstvena metoda navsezadnje temelji na zanesljivih predstavah opazovanja, merjenja in ponovljivosti. Dejstvo bi moralo biti objektivno, tako da se lahko vsi opazovalci strinjajo z njim.
Toda v članku, ki je bil nedavno objavljen v Science Advances, prikazujemo, da sta v mikro svetu atomov in delcev, ki ga urejajo čudna pravila kvantne mehanike, dva različna opazovalca upravičena do lastnih dejstev. Z drugimi besedami, glede na našo najboljšo teorijo o gradnikih same narave so dejstva dejansko lahko subjektivna.
Opazovalci so močni igralci v kvantnem svetu. Po teoriji so delci lahko na več mestih ali stanjih naenkrat - temu rečemo superpozicija. Nenavadno pa je to le takrat, ko jih ne opazimo. Drugič, ko opazujete kvantni sistem, izbere določeno lokacijo ali stanje - razbije superpozicijo. Dejstvo, da se narava tako obnaša, je bilo že večkrat dokazano v laboratoriju - na primer v znamenitem poskusu z dvojnimi režami.
Leta 1961 je fizik Eugene Wigner predlagal provokativni miselni eksperiment. Podvomil je, kaj bi se zgodilo, če bi kvantno mehaniko uporabili pri opazovalcu, ki ga opazujejo sami. Predstavljajte si, da Wignerjev prijatelj vrže kvantni kovanec - ki je v superpoziciji tako glave kot repov - znotraj zaprtega laboratorija. Vsakič, ko prijatelj vrže kovanec, opazi dokončen izid. Lahko rečemo, da Wignerjev prijatelj ugotovi dejstvo: rezultat metanja kovancev je zagotovo glava ali rep.
Wigner nima dostopa do tega dejstva od zunaj, v skladu s kvantno mehaniko pa mora opisati prijatelja in kovanec, da bosta lahko v skladu z vsemi možnimi rezultati eksperimenta. To je zato, ker so "zapleteni" - postransko povezani, tako da, če z enim manipulirate, manipulirate tudi z drugim. Wigner lahko zdaj načeloma preveri to superpozicijo s tako imenovanim "interferenčnim poskusom" - vrsto kvantne meritve, ki omogoča razklenitev superpozicije celotnega sistema in potrdi, da sta dva predmeta zapletena.
Ko Wigner in prijatelj pozneje primerjata zapiske, bo prijatelj vztrajal, da sta za vsako metanje kovancev videli natančne rezultate. Wigner pa se ne bo strinjal, kadar bi opazoval prijatelja in kovance v superpoziciji.
To predstavlja zagonetko. Resničnosti, ki jo zaznava prijatelj, ni mogoče uskladiti z resničnostjo na zunanji strani. Prvotno Wigner tega ni smatral za paradoks, trdil je, da bi bilo nesmiselno opisovati zavestnega opazovalca kot kvantni predmet. Vendar je pozneje odstopil od tega pogleda in po uradnih učbenikih o kvantni mehaniki opis popolnoma velja.
Poskus
Scenarij že dolgo ostaja zanimiv miselni eksperiment. Toda ali odraža resničnost? V znanstvenem smislu je bil dosežen majhen napredek na tem področju do nedavnega, ko je Časlav Brukner z dunajske univerze pokazal, da lahko pod določenimi predpostavkami Wignerjevo idejo formalno dokažemo, da so meritve v kvantni mehaniki podvržene opazovalcem.
Brukner je predlagal način preizkušanja tega pojma s prevajanjem scenarija Wignerjevega prijatelja v okvir, ki ga je prvi oblikoval fizik John Bell leta 1964. Brukner je v dveh ločenih škatlah obravnaval dva para Wignerjev in prijateljev, ki sta izvajala meritve v skupnem stanju - znotraj in zunaj ustreznega polja. Rezultate je mogoče povzeti in jih na koncu uporabiti za oceno tako imenovane "Zvončeve neenakosti". Če bi se ta neenakost kršila, bi lahko opazovalci imeli drugačna dejstva.
Ta test smo prvič izvedli poskusno na univerzi Heriot-Watt v Edinburghu na majhnem kvantnem računalniku, sestavljenem iz treh parov zapletenih fotonov. Prvi par fotonov predstavlja kovance, druga dva pa se uporabljata za izvedbo metanja kovancev - merjenje polarizacije fotonov - v njuni škatli. Zunaj obeh škatel ostaneta dva fotona na vsaki strani, ki ju je mogoče tudi izmeriti.
Kljub uporabi najsodobnejše kvantne tehnologije je trajalo nekaj tednov, da so zbrali dovolj podatkov iz samo šestih fotonov, da smo ustvarili dovolj statističnih podatkov. Toda sčasoma smo uspeli pokazati, da je kvantna mehanika res neskladna s predpostavko objektivnih dejstev - kršili smo neenakost.
Teorija pa temelji na nekaj domnevah. Ti vključujejo, da na rezultate meritev ne vplivajo signali, ki potujejo nad svetlobno hitrostjo, in da lahko opazovalci sami izberejo, katere meritve bodo izvedli. To morda ni ali ne.
Drugo pomembno vprašanje je, ali lahko za opazovalce štejemo posamezne fotone. V predlogu Bruknerjeve teorije opazovalcev ni treba zavedati, biti morajo sposobni le ugotoviti dejstva v obliki meritve. Neživi detektor bi bil torej veljaven opazovalec. In kvantna mehanika iz učbenika nam ne daje razloga, da domnevamo, da detektorja, ki ga je mogoče narediti tako majhnega kot nekaj atomov, ne bi smeli opisati kot kvantni objekt tako kot foton. Mogoče je tudi, da se standardna kvantna mehanika ne uporablja na velikih lestvicah, vendar je testiranje ločena težava.
Ta poskus torej kaže, da moramo vsaj za lokalne modele kvantne mehanike ponovno premisliti svoj pojem objektivnosti. Dejstva, ki jih doživljamo v našem makroskopskem svetu, ostajajo varna, vendar se postavlja glavno vprašanje, kako lahko obstoječe razlage kvantne mehanike sprejmejo subjektivna dejstva.
Nekateri fiziki vidijo te nove dogodke kot boljše razlage, ki omogočajo več kot en rezultat za opazovanje, na primer obstoj vzporednih vesoljev, v katerih se zgodi vsak izid. Drugi to vidijo kot prepričljiv dokaz za intrinzično odvisne teorije, kot je kvantno bajeziko, v katerih so teorijske akcije in izkušnje osrednja vprašanja teorije. Toda drugi jemljejo to kot močan kazalec, da se bo morda kvantna mehanika razbila nad določenimi lestvicami zahtevnosti.
Jasno, da so to vsa globoko filozofska vprašanja o temeljni naravi resničnosti. Ne glede na odgovor nas čaka zanimiva prihodnost.
