Obsah:
Mohou existovat dvě verze reality současně? Fyzici říkají, že mohou – tedy na kvantové úrovni.
Vědci nedávno provedli experimenty, aby odpověděli na desítky let starou teoretickou fyzikální otázku o soubojových realitách. Tento ošemetný myšlenkový experiment navrhl, že dva jedinci pozorující stejný foton by 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 reality mohou být obě pravdivé.
"Můžete si ověřit obojí," řekl Live Science spoluautor studie Martin Ringbauer, postdoktorandský výzkumný pracovník na katedře experimentální fyziky na univerzitě v Innsbrücku v Rakousku.
Wignerův přítel
Tento matoucí nápad byl nápadem Eugena Wignera, nositele Nobelovy ceny za fyziku v roce 1963. V roce 1961 Wigner představil myšlenkový experiment, který se stal známým jako „Wignerův přítel“. Začíná fotonem – částicí světla. Když pozorovatel v izolované laboratoři změří foton, zjistí, že polarizace částice – osa, na které se otáčí – je buď vertikální nebo horizontální.
Před měřením fotonu však foton zobrazí obě polarizace najednou, jak diktují zákony kvantové mechaniky; existuje v „superpozici“dvou možných stavů.
Jakmile osoba v laboratoři změří foton, částice zaujme pevnou polarizaci. Ale pro někoho mimo tuto uzavřenou laboratoř, kdo nezná výsledek měření, je neměřený foton stále ve stavu superpozice.
Pozorování tohoto cizince – jejich realita – se proto liší od reality osoby v laboratoři, která foton měřila. Podle kvantové mechaniky se však žádné z těchto protichůdných pozorování nepovažuje za špatné.
Změněné stavy
Po celá desetiletí byl Wignerův návrh ohýbání mysli jen zajímavým myšlenkovým experimentem. Ale v posledních letech důležitý pokrok ve fyzice konečně umožnil odborníkům otestovat Wignerův návrh, řekl Ringbauer.
"Byly zapotřebí teoretické pokroky, aby se problém formuloval způsobem, který je testovatelný. Experimentální strana pak potřebovala vývoj v oblasti řízení kvantových systémů, aby bylo možné něco takového implementovat," vysvětlil.
Ringbauer a jeho kolegové otestovali Wignerův původní nápad ještě důslednějším experimentem, který zdvojnásobil scénář. Určili dvě „laboratoře“, kde by se experimenty odehrávaly, a představili dva páry propletených fotonů, což znamená, že jejich osudy byly propojeny, takže znalost stavu jednoho vám automaticky řekne stav druhého. (Fotony v nastavení byly skutečné. Čtyři „lidé“ve scénáři – „Alice, „Bob“a „kamarád“každého z nich – nebyli skutečné, ale představovali pozorovatele experimentu).
Dva přátelé Alice a Bob, kteří se nacházeli „uvnitř“každé z laboratoří, změřili každý jeden foton v propleteném páru. Tím došlo k přerušení zapletení a zhroucení superpozice, což znamená, že foton, který změřili, existoval v určitém stavu polarizace. Výsledky zaznamenali do kvantové paměti – zkopírované v polarizaci druhého fotonu.
Alice a Bob, kteří byli „mimo“uzavřené laboratoře, pak dostali dvě možnosti, jak provádět vlastní pozorování. Mohli měřit výsledky svých přátel, které byly uloženy v kvantové paměti, a dospět tak ke stejným závěrům o polarizovaných fotonech.
Ale mohli také provést svůj vlastní experiment mezi provázanými fotony. V tomto experimentu, známém jako interferenční experiment, pokud fotony fungují jako vlny a stále existují v superpozici stavů, pak Alice a Bob uvidí charakteristický vzor světlých a tmavých proužků, kde se vrcholy a údolí světelných vln sčítají. vzájemně se zrušit nebo zrušit. Pokud si částice „vybraly“svůj stav, viděli byste jiný vzor, než kdyby si to nevybrali. Wigner již dříve navrhl, že by to odhalilo, že fotony jsou stále ve spleteném stavu.
Autoři nové studie zjistili, že i v jejich zdvojeném scénáři platí výsledky popsané Wignerem. Alice a Bob mohli dospět k závěrům o fotonech, které byly správné a prokazatelné a které se přesto lišily od pozorování jejich přátel – která byla podle studie také správná a prokazatelná.
Kvantová mechanika popisuje, jak svět funguje v tak malém měřítku, že již neplatí normální fyzikální pravidla; po mnoho desetiletí odborníci, kteří se touto oblastí zabývají, nabízeli četné výklady toho, co to znamená, řekl Ringbauer.
Pokud však samotná měření nejsou absolutní – jak naznačují tato nová zjištění –, zpochybňuje to samotný význam kvantové mechaniky.
"Zdá se, že na rozdíl od klasické fyziky nelze výsledky měření považovat za absolutní pravdu, ale je třeba je chápat ve vztahu k pozorovateli, který měření provedl," řekl Ringbauer.
"Příběhy, které vyprávíme o kvantové mechanice, se tomu musí přizpůsobit," řekl.
