Alternatiewe feite is versprei soos 'n virus dwarsoor die samelewing. Dit wil voorkom asof hulle die wetenskap selfs besmet het - ten minste die kwantumryk. Dit kan teen intuïtief lyk. Die wetenskaplike metode is immers gebaseer op die betroubare idees van waarneming, meting en herhaalbaarheid. 'N Feit, soos vasgestel deur 'n meting, moet objektief wees, sodat alle waarnemers daarmee kan saamstem.
Maar onlangs in 'n koerant gepubliseer in Science Advances, ons toon aan dat twee verskillende waarnemers geregtig is op hul eie feite in die mikro-wêreld van atome en deeltjies wat deur die vreemde reëls van kwantummeganika beheer word. Met ander woorde, volgens ons beste teorie oor die boustene van die natuur self, kan feite eintlik subjektief wees.
Waarnemers is kragtige spelers in die kwantumwêreld. Volgens die teorie kan deeltjies op verskillende plekke of toestande tegelyk voorkom - dit word 'n superposisie genoem. Maar vreemd genoeg is dit net die geval as hulle nie waargeneem word nie. Die tweede keer dat u 'n kwantumstelsel waarneem, kies dit 'n spesifieke ligging of toestand - en breek die superposisie. Die feit dat die natuur so optree, is al verskeie kere in die laboratorium bewys - byvoorbeeld in die beroemde dubbel spleet eksperiment (sien video hieronder).
In 1961, fisikus Eugene Wigner het 'n uitdagende gedagte-eksperiment voorgestel. Hy bevraagteken wat sou gebeur as hy kwantummeganika toepas op 'n waarnemer wat self waargeneem word.
Stel jou voor dat 'n vriend van Wigner 'n kwantum muntstuk gooi - wat in 'n superposisie van beide koppe en sterte is - in 'n geslote laboratorium. Elke keer as die vriend die muntstuk gooi, neem hulle 'n definitiewe resultaat. Ons kan sê dat Wigner se vriend 'n feit bevestig: die resultaat van die muntstuk is beslis kop of stert.
Wigner het nie van buite toegang tot hierdie feit nie, en volgens kwantummeganika moet hy die vriend en die muntstuk beskryf om in 'n superposisie te wees van alle moontlike uitkomste van die eksperiment. Dit is omdat hulle "verstrengel" is - spookagtig verbind sodat as u een manipuleer, dan manipuleer u ook die ander. Wigner kan nou hierdie superposisie in beginsel verifieer met behulp van 'n sogenaamde "interferensie-eksperiment"- 'n tipe kwantummeting waarmee u die superposisie van 'n hele stelsel kan ontrafel, wat bevestig dat twee voorwerpe verstrengel is.
As Wigner en die vriend later note vergelyk, sal die vriend daarop aandring dat hulle definitiewe uitkomste vir elke muntstuk het gesien. Wigner sal egter nie saamstem nie wanneer hy vriend en muntstuk in 'n superposisie waargeneem het.
Dit bied 'n sameswering. Die werklikheid wat die vriend waarneem, kan nie met die werklikheid aan die buitekant versoen word nie. Wigner het oorspronklik nie soveel van 'n paradoks beskou nie, maar het aangevoer dat dit absurd sou wees om 'n bewuste waarnemer as 'n kwantumvoorwerp te beskryf. Hy het egter later het van hierdie siening afgewyk, en volgens formele handboeke oor kwantummeganika, die beskrywing is heeltemal geldig.
Die scenario is lankal 'n interessante gedagte-eksperiment. Maar weerspieël dit die werklikheid? Wetenskaplik was daar tot dusver baie min vordering hiermee Časlav Brukner aan die Universiteit van Wene getoon dat Wigner se idee onder sekere aannames kan gebruik word om formeel te bewys dat metings in kwantummeganika subjektief is vir waarnemers.
Brukner het 'n manier voorgestel om hierdie idee te toets deur die Wigner se vriend-scenario in 'n raamwerk te vertaal eerste gevestig deur die fisikus John Bell in 1964. Brukner het twee pare Wigners en vriende in twee afsonderlike bokse beskou en metings op 'n gedeelde toestand uitgevoer - binne en buite hul onderskeie vak. Die resultate kan opgesom word om uiteindelik gebruik te word om 'n sogenaamde evaluering te evalueer "Klok-ongelykheid". As hierdie ongelykheid geskend word, kan waarnemers alternatiewe feite hê.
Ons het hierdie toets nou vir die eerste keer eksperimenteel aan die Heriot-Watt-universiteit in Edinburgh op 'n kleinskaalse kwantumrekenaar, bestaande uit drie pare verstrengelde fotone, uitgevoer. Die eerste fotonpaar stel die muntstukke voor, en die ander twee word gebruik om die muntstuk te gooi - wat die polarisasie van die fotone meet - in hul onderskeie vak. Buiten die twee bokse bly twee fotone aan elke kant wat ook gemeet kan word.
Navorsers met eksperiment. skrywer met dien verstande
Ondanks die gebruik van moderne kwantumtegnologie, het dit weke geneem om voldoende data uit net ses fotone te versamel om genoeg statistiek te genereer. Maar uiteindelik het ons daarin geslaag om aan te toon dat kwantummeganika inderdaad onversoenbaar kan wees met die aanname van objektiewe feite - ons het die ongelykheid oortree!
Die teorie is egter gebaseer op enkele aannames. Dit sluit in dat die meetuitkomste nie beïnvloed word deur seine wat bo ligspoed beweeg nie en dat die waarnemers vry kan kies watter metings hulle moet doen. Dit kan al dan nie die geval wees nie.
'N Verdere belangrike vraag is of enkele fotone as waarnemers beskou kan word. In Brukner se teorievoorstel hoef waarnemers nie bewus te wees nie, hulle moet bloot in staat wees om feite vas te stel in die vorm van 'n meetuitkoms. 'N Verlore detektor sou dus 'n geldige waarnemer wees. En kwantummeganika in die handboek gee ons geen rede om te glo dat 'n detektor, wat so klein soos 'n paar atome kan gemaak word, nie as 'n kwantumvoorwerp beskryf moet word nie, net soos 'n foton. Dit kan ook moontlik wees dat standaard kwantummeganika nie op groot skaal van toepassing is nie, maar dat dit 'n aparte probleem is.
Daar kan baie wêrelde wees. Nikk / Flickr, CC BY-SA
Hierdie eksperiment wys dus dat ons ten minste vir plaaslike modelle van kwantummeganika ons idee van objektiwiteit moet heroorweeg. Die feite wat ons in ons makroskopiese wêreld ervaar, blyk veilig te bly, maar 'n groot vraag ontstaan ​​oor hoe bestaande interpretasies van kwantummeganika subjektiewe feite kan akkommodeer.
Sommige fisici beskou hierdie nuwe verwikkelinge as interpretasies wat dit moontlik maak om meer as een uitkoms vir 'n waarneming te doen die bestaan ​​van parallelle universums waarin elke uitkoms plaasvind. Ander beskou dit as dwingende bewyse vir intrinsiek waarnemer-afhanklike teorieë soos Quantum Bayesianism, waarin die optrede en ervarings van 'n agent sentrale aspekte van die teorie is. Maar ander beskou dit as 'n sterk aanwyser dat die kwantummeganika miskien bo sekere kompleksiteitskale sal afbreek.
Dit is duidelik dat dit alles diep filosofiese vrae oor die fundamentele aard van die werklikheid is. Wat ook al die antwoord, 'n interessante toekoms wag.
Alessandro Fedrizzi, professor in kwantumfisika, Heriot-Watt Universiteit en Massimiliano Proietti, PhD-kandidaat vir kwantumfisika, Heriot-Watt Universiteit
Jy is hier: Tuis > Lewe > Wetenskap en Tegnologie > Kwantumfisika: ons studie stel voor dat objektiewe werklikheid nie bestaan ​​nie