Mohou existovat dvě verze reality současně? Fyzici říkají, že mohou - na kvantové úrovni, to je.
Vědci nedávno provedli experimenty, aby odpověděli na desetiletou otázku teoretické fyziky o soubojích realit. Tento experiment se složitým myšlením navrhoval, aby dva jednotlivci pozorující stejný foton mohli dospět k různým závěrům o stavu tohoto fotonu - a přesto by obě jejich pozorování byla správná.
Vědci poprvé replikovali podmínky popsané v myšlenkovém experimentu. Jejich výsledky, publikované 13. února v předtištěném časopise arXiv, potvrdily, že i když pozorovatelé popsali různé stavy ve stejném fotonu, obě konfliktní skutečnosti by mohly být pravdivé.
"Můžete si je oba ověřit," řekl Live Science spoluautor studie Martin Ringbauer, postdoktorandský výzkum na Katedře experimentální fyziky na University of Innsbrück v Rakousku.
Wignerův přítel
Tato matoucí myšlenka byla myšlenkou Eugena Wignera, nositele Nobelovy ceny za fyziku v roce 1963. V roce 1961 Wigner zavedl myšlenkový experiment, který se stal známým jako „Wignerův přítel“. Začíná to fotonem - částicí světla. Když pozorovatel v izolované laboratoři měří foton, zjistí, že polarizace částic - osa, na které se točí - je buď vertikální, nebo horizontální.
Před měřením fotonu však foton zobrazuje obě polarizace najednou, jak je dáno zákony kvantové mechaniky; existuje v „superpozici“ dvou možných stavů.
Jakmile osoba v laboratoři změří foton, částice zaujme fixní polarizaci. Ale pro někoho mimo tuto uzavřenou laboratoř, který nezná výsledek měření, je neměřený foton stále ve stavu superpozice.
Pozorování tohoto cizince - jejich realita - se tedy liší od reality osoby v laboratoři, která měří foton. Podle kvantové mechaniky se však ani jedno z těchto protichůdných pozorování nepovažuje za špatné.
Změněné stavy
Po celá desetiletí byl Wignerův návrh na ohýbání mysli jen zajímavým myšlenkovým experimentem. Ale v posledních letech důležité pokroky ve fyzice konečně umožnili odborníkům podrobit Wignerův návrh zkoušce, řekl Ringbauer.
"Teoretický pokrok byl nutný pro formulaci problému způsobem, který je testovatelný. Poté experimentální strana potřebovala vývoj v oblasti kontroly kvantových systémů, aby něco takového implementovala," vysvětlil.
Ringbauer a jeho kolegové otestovali Wignerův původní nápad s ještě přísnějším experimentem, který zdvojnásobil scénář. Určili dvě „laboratoře“, kde se budou experimenty konat, a představily dva páry zapletených fotonů, což znamená, že jejich osudy byly spojeny, takže znát stav jednoho automaticky vám řekne stav druhého. (Fotony v nastavení byly skutečné. Čtyři „lidé“ ve scénáři - „Alice“, „Bob“ a „přítel“ každého - nebyli skuteční, ale místo toho představovali pozorovatele experimentu).
Oba přátelé Alice a Boba, kteří byli umístěni „uvnitř“ každé z laboratoří, každý měřil jeden foton v zamotaném páru. Toto přerušilo zapletení a sbalilo superpozici, což znamená, že foton, který měřili, existoval v určitém stavu polarizace. Výsledky zaznamenali v kvantové paměti - kopírované v polarizaci druhého fotonu.
Alice a Bob, kteří byli „mimo“ uzavřené laboratoře, dostali dvě možnosti, jak provést vlastní pozorování. Mohli měřit výsledky svých přátel, které byly uloženy v kvantové paměti, a tak dospět ke stejným závěrům o polarizovaných fotonech.
Mohli však také provést svůj vlastní experiment mezi zapletenými fotony. V tomto experimentu, známém jako interferenční experiment, pokud fotony působí jako vlny a stále existují v superpozici stavů, pak Alice a Bob uvidí charakteristický obrazec světlých a tmavých okrajů, kde se přidají vrcholy a údolí světelných vln. nahoru nebo zrušit jeden druhého. Pokud by částice „zvolily“ svůj stav, viděli byste jiný vzor, než kdyby tomu tak nebylo. Wigner předtím navrhoval, že to odhalí, že fotony byly stále v zapleteném stavu.
Autoři nové studie zjistili, že i v jejich zdvojeném scénáři se výsledky popsané Wignerem konaly. Alice a Bob mohli dospět k závěrům o fotonech, které byly správné a prokazatelné a které se stále lišily od pozorování jejich přátel - které byly podle studie také správné a prokazatelné.
Kvantová mechanika popisuje, jak svět funguje v tak malém měřítku, že běžná fyzikální pravidla již neplatí; po mnoho desetiletí odborníci, kteří studují obor, nabízejí četné interpretace toho, co to znamená, řekl Ringbauer.
Pokud však měření sama o sobě nejsou absolutní - jak naznačují tato nová zjištění -, to zpochybňuje samotný význam kvantové mechaniky.
"Zdá se, že na rozdíl od klasické fyziky nelze výsledky měření považovat za absolutní pravdu, ale musí být chápány ve vztahu k pozorovateli, který měření provedl," řekl Ringbauer.
"Příběhy, které vyprávíme o kvantové mechanice, se tomu musí přizpůsobit," řekl.
