Alternatyvūs faktai kaip virusas plinta visoje visuomenėje. Dabar atrodo, kad jie netgi užkrėtė mokslą - bent jau kvantinę sritį. Tai gali atrodyti intuityvu. Mokslinis metodas yra pagrįstas patikimomis stebėjimo, matavimo ir pakartojamumo sąvokomis. Faktas, nustatytas matavimu, turėtų būti objektyvus, kad visi stebėtojai galėtų su tuo sutikti.
Tačiau neseniai publikuotame žurnale „Science Advances“ mes parodome, kad atomų ir dalelių mikro pasaulyje, kurį valdo keistos kvantinės mechanikos taisyklės, du skirtingi stebėtojai turi teisę į savo faktus. Kitaip tariant, remiantis mūsų geriausia teorija apie pačios gamtos sudedamąsias dalis, faktai iš tikrųjų gali būti subjektyvūs.
Stebėtojai yra galingi kvantinio pasaulio žaidėjai. Remiantis teorija, dalelės gali būti keliose vietose ar būsenose vienu metu - tai vadinama superpozicija. Kaip bebūtų keista, tai tik tuo atveju, kai jų nesilaikoma. Antrasis, kai stebite kvantinę sistemą, pasirenka konkrečią vietą ar būseną - sulaužydamas superpoziciją. Tai, kad gamta taip elgiasi, laboratorijoje buvo įrodyta ne kartą - pavyzdžiui, garsiajame dvigubo plyšio eksperimente.
1961 m. Fizikas Eugenijus Wigneris pasiūlė provokuojantį minčių eksperimentą. Jis abejojo, kas nutiks pritaikius kvantinę mechaniką stebėtojui, kuris pats yra stebimas. Įsivaizduokite, kad Wignerio draugas uždaroje laboratorijoje išmeta kvantinę monetą, kuri yra ir galvų, ir uodegos paviršiuje. Kiekvieną kartą, kai draugas meta monetą, jis pastebi neabejotiną rezultatą. Galime sakyti, kad Wignerio draugas nustatė faktą: monetos išmetimo rezultatas neabejotinai yra galva ar uodega.
Wigneris neturi prieigos prie šio fakto iš išorės, ir pagal kvantinę mechaniką jis turi apibūdinti draugą ir monetą, kad būtų visi galimi eksperimento rezultatai. Taip yra todėl, kad jie yra „įsipainioję“ - smarkiai sujungti, kad jei manipuliuojate vienu, taip pat manipuliuojate ir kitu. Wigneris dabar iš principo gali patikrinti šią superpoziciją naudodamas vadinamąjį „trukdžių eksperimentą“ - kvantinio matavimo tipą, leidžiantį išardyti visos sistemos superpoziciją, patvirtinantį, kad du objektai yra susipainioję.
Kai Wigneris ir draugas vėliau palygins užrašus, draugas pareikš, kad jie matė neabejotiną kiekvieno monetos išmetimo rezultatą. Tačiau Wigneris nesutiks, kai stebės draugą ir monetą superpozicijoje.
Tai pateikia paguodą. Draugo suvokiama tikrovė negali būti suderinta su tikrove iš išorės. Iš pradžių Wigneris nemanė, kad šis paradoksas yra didelis, jis teigė, kad sąmoningą stebėtoją apibūdinti kaip kvantinį objektą būtų absurdiška. Tačiau vėliau jis nukrypo nuo šio požiūrio ir pagal oficialius kvantinės mechanikos vadovėlius aprašymas yra visiškai pagrįstas.
Eksperimentas
Scenarijus ilgai išliko įdomiu minties eksperimentu. Bet ar tai atspindi realybę? Moksliniu požiūriu šioje srityje padaryta nedidelė pažanga, dar visai neseniai, kai Časlavas Brukneris Vienos universitete parodė, kad pagal tam tikras prielaidas Wignerio idėja gali būti panaudota oficialiai įrodyti, kad kvantinės mechanikos matavimai yra subjektų subjektai.
Brukneris pasiūlė būdo, kaip išbandyti šią mintį, versdamas Wignerio draugo scenarijų į sistemą, kurią pirmiausia nustatė fizikas Johnas Bellas 1964 m. Brukneris svarstė dvi Wnerserio ir draugų poras dviejose atskirose dėžutėse, atlikdamas matavimus bendroje būsenoje - viduje ir už jų atitinkamos dėžutės. Rezultatai gali būti apibendrinti ir galiausiai naudojami įvertinant vadinamąją varpo nelygybę. Jei ši nelygybė bus pažeista, stebėtojai gali turėti alternatyvių faktų.
Mes pirmą kartą šį bandymą eksperimentiškai atlikome Heriot-Watt universitete Edinburge mažo masto kvantiniu kompiuteriu, sudarytu iš trijų porų įsipainiojusių fotonų. Pirmoji fotonų pora žymi monetas, o kitos dvi yra naudojamos monetoms išmesti - matuojant fotonų poliarizaciją - jų atitinkamoje dėžutėje. Už dviejų langelių kiekvienoje pusėje lieka du fotonai, kuriuos taip pat galima išmatuoti.
Nepaisant to, kad buvo naudojama moderniausia kvantų technologija, prireikė savaičių, kad būtų galima surinkti pakankamai duomenų iš šešių fotonų, kad būtų galima sugeneruoti pakankamai statistikos. Bet galiausiai mums pavyko parodyti, kad kvantinė mechanika iš tikrųjų gali būti nesuderinama su objektyvių faktų prielaida - mes pažeidėme nelygybę.
Tačiau teorija remiasi keliomis prielaidomis. Tai apima tai, kad matavimo rezultatams neturi įtakos signalai, keliaujantys virš šviesos greičio, ir kad stebėtojai gali laisvai pasirinkti, kokius matavimus atlikti. Gali būti, kad taip nėra.
Kitas svarbus klausimas yra tai, ar pavienius fotonus galima laikyti stebėtojais. Bruknerio teorijos pasiūlyme stebėtojams nereikia būti sąmoningiems, jie turi tik sugebėti nustatyti faktus matavimo rezultatų pavidalu. Taigi negyvas detektorius būtų tinkamas stebėtojas. O vadovėlių kvantinė mechanika nesuteikia mums pagrindo manyti, kad detektorius, kuris gali būti toks mažas kaip keli atomai, neturėtų būti apibūdinamas kaip kvantinis objektas kaip fotonas. Taip pat gali būti, kad standartinė kvantinė mechanika netaikoma didelėmis ilgio skalėmis, tačiau bandymai yra atskira problema.
Taigi šis eksperimentas rodo, kad bent jau vietiniams kvantinės mechanikos modeliams turime pergalvoti savo objektyvumo sampratą. Faktai, kuriuos patiriame savo makroskopiniame pasaulyje, išlieka saugūs, tačiau kyla didelis klausimas, kaip esamos kvantinės mechanikos interpretacijos gali pritaikyti subjektyvius faktus.
Kai kurie fizikai mano, kad šie nauji pokyčiai yra veržlūs aiškinimai, kurie leidžia pastebėti daugiau nei vieną rezultatą, pavyzdžiui, egzistuoja paralelinės visatos, kuriose kiekvienas iš jų įvyksta. Kiti tai mato kaip įtikinamą įrodymą, pagrįstą vidiniu požiūriu nuo stebėtojo priklausomomis teorijomis, tokiomis kaip kvantinis bajesianizmas, kuriame agento veiksmai ir patirtis yra pagrindiniai teorijos rūpesčiai. Bet dar kiti tai vertina kaip tvirtą rodyklę, kad galbūt kvantinė mechanika suskaidys aukščiau tam tikrų sudėtingumo skalių.
Aišku, tai visi giliai filosofiniai klausimai apie pagrindinį tikrovės pobūdį. Kad ir koks būtų atsakymas, laukia įdomi ateitis.
