Ali lahko dve verziji resničnosti obstajata hkrati? Fiziki pravijo, da lahko - na kvantni ravni, torej.
Raziskovalci so nedavno izvedli poskuse, da bi odgovorili na vprašanje desetletja teoretične fizike o dvobojnih resničnosti. Ta zapleteni miselni eksperiment je predlagal, da bi lahko dva posameznika, ki opazujeta isti foton, prišla do različnih zaključkov o stanju fotona - in vendar bi bilo njihovo obe ugotovitvi pravilno.
Znanstveniki so prvič ponovili pogoje, opisane v miselnem poskusu. Njihovi rezultati, objavljeni 13. februarja v reviji za tisk arXiv, potrjujejo, da sta lahko tudi obe zgodovini, ko sta opazovalca opisovala različna stanja v istem fotonu.
"Oboje lahko preverite," je za Live Science povedal soavtor študije Martin Ringbauer, podoktorski raziskovalec na Oddelku za eksperimentalno fiziko na Univerzi v Innsbrücku v Avstriji.
Wignerjev prijatelj
Ta zapletena ideja je bila zamisel Eugena Wignerja, dobitnika Nobelove nagrade za fiziko leta 1963. Leta 1961 je Wigner uvedel miselni eksperiment, ki je postal znan kot "Wignerjev prijatelj." Začne se s fotonom - delcem svetlobe. Ko opazovalec v izoliranem laboratoriju izmeri foton, ugotovi, da je polarizacija delca - os, na kateri se vrti - navpična ali vodoravna.
Pred meritvijo fotona pa foton prikazuje obe polarizaciji naenkrat, kot narekujejo zakoni kvantne mehanike; obstaja v "superpoziciji" dveh možnih stanj.
Ko oseba v laboratoriju izmeri foton, delec prevzame fiksno polarizacijo. Toda za nekoga zunaj zaprtega laboratorija, ki ne pozna rezultatov meritev, je neizmerjeni foton še vedno v superpoziciji.
To zunanje opazovanje - njihova resničnost - se torej razlikuje od resničnosti osebe v laboratoriju, ki je merila foton. Vendar glede na kvantno mehaniko ni nobeno od teh nasprotujočih si opažanj napačno.
Spremenjena stanja
Desetletja je bil Wignerjev miselni upogib le zanimiv miselni eksperiment. Toda v zadnjih letih so pomembni napredki fizike strokovnjakom končno omogočili preizkus Wignerjevega predloga, je dejal Ringbauer.
"Teoretični napredek je bil potreben za oblikovanje problema na način, ki ga je mogoče preizkusiti. Nato je eksperimentalna stran potrebovala razvoj nadzorovanja kvantnih sistemov, da bi lahko izvedla kaj takega," je pojasnil.
Ringbauer in njegovi sodelavci so prvotno zamisel Wignerja preizkusili s še bolj strogim eksperimentom, ki je scenarij podvojil. Imenovali so dva "laboratorija", kjer bi se izvajali poskusi, in uvedli dva para zapletenih fotonov, kar pomeni, da sta njuni usodi povezani, tako da vam poznavanje stanja enega samodejno pove stanje drugega. (Fotoni v namestitvi so bili resnični. Štirje "ljudje" v scenariju - "Alice", "Bob" in "prijatelj" vsakega - niso bili resnični, temveč so namesto tega predstavljali opazovalce eksperimenta).
Dva prijatelja Alice in Boba, ki sta bila nameščena "znotraj" vsakega od laboratorijev, sta vsaka izmerila en foton v zapletenem paru. To je prelomilo zaplete in strnilo superpozicijo, kar pomeni, da foton, ki so ga izmerili, obstaja v točno določenem stanju polarizacije. Rezultate so zapisali v kvantni pomnilnik - kopiran v polarizaciji drugega fotona.
Alice in Bob, ki sta bila »zunaj« zaprtih laboratorijev, sta nato dobila dva izbora za vodenje lastnih opazovanj. Lahko so izmerili rezultate svojih prijateljev, ki so bili shranjeni v kvantnem pomnilniku, in tako prišli do istih zaključkov o polariziranih fotonih.
Lahko pa bi tudi sami izvedli eksperiment med zapletenimi fotoni. V tem poskusu, znanem kot interferenčni eksperiment, če fotoni delujejo kot valovi in še vedno obstajajo v superpoziciji stanj, bi Alice in Bob videla značilen vzorec svetlobe in temnih obrob, kjer se dodajo vrhovi in doline svetlobnih valov. se medsebojno odpovedo ali prekličejo. Če bi delci »izbrali« svoje stanje, bi videli drugačen vzorec, kot če ga ne bi imeli. Wigner je že predlagal, da bi to razkrilo, da so fotoni še vedno v zapletenem stanju.
Avtorji nove študije so ugotovili, da tudi v podvojenem scenariju drži rezultate, ki jih je opisal Wigner. Alice in Bob sta lahko prišla do sklepov o pravilnih in dokazljivih fotonih, ki pa se še vedno razlikujejo od opazovanj njihovih prijateljev - ki so bila prav tako pravilna in dokazljiva, navaja študija.
Kvantna mehanika opisuje, kako svet deluje v tako majhni skali, da običajna pravila fizike ne veljajo več; V mnogih desetletjih so strokovnjaki, ki preučujejo to področje, ponudili številne razlage, kaj to pomeni, je dejal Ringbauer.
Če pa meritve same po sebi niso absolutne - kot kažejo te nove ugotovitve - to izziva sam pomen kvantne mehanike.
"Zdi se, da v nasprotju s klasično fiziko merilnih rezultatov ne moremo šteti za absolutno resnico, ampak jih je treba razumeti glede na opazovalca, ki je meritev opravil," je dejal Ringbauer.
"Zgodbe, ki jih pripovedujemo o kvantni mehaniki, se morajo temu prilagoditi," je dejal.
