Εναλλακτικά γεγονότα εξαπλώνονται σαν ιός σε ολόκληρη την κοινωνία. Τώρα, φαίνεται ότι μολύνουν ακόμη και την επιστήμη - τουλάχιστον το κβαντικό βασίλειο. Αυτό μπορεί να φαίνεται αντίθετο διαισθητικό. Η επιστημονική μέθοδος τελικά στηρίζεται στις αξιόπιστες έννοιες της παρατήρησης, της μέτρησης και της επαναληψιμότητας. Ένα γεγονός, όπως προκύπτει από μια μέτρηση, πρέπει να είναι αντικειμενικό, έτσι ώστε όλοι οι παρατηρητές να μπορούν να συμφωνήσουν με αυτό.
Αλλά σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Science Advances, δείχνουμε ότι στον μικρο-κόσμο των ατόμων και των σωματιδίων που διέπεται από τους περίεργους κανόνες της κβαντικής μηχανικής, δύο διαφορετικοί παρατηρητές δικαιούνται τα δικά τους γεγονότα. Με άλλα λόγια, σύμφωνα με την καλύτερη θεωρία μας για τα δομικά στοιχεία της ίδιας της φύσης, τα γεγονότα μπορούν στην πραγματικότητα να είναι υποκειμενικά.
Οι παρατηρητές είναι ισχυροί παίκτες στον κβαντικό κόσμο. Σύμφωνα με τη θεωρία, τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε διάφορα σημεία ή καταστάσεις ταυτόχρονα - αυτό ονομάζεται υπέρθεση. Αλλά παράξενο, αυτό ισχύει μόνο όταν δεν τηρούνται. Το δεύτερο παρατηρείτε ένα κβαντικό σύστημα, επιλέγει μια συγκεκριμένη θέση ή κατάσταση - σπάζοντας την υπέρθεση. Το γεγονός ότι η φύση συμπεριφέρεται με αυτόν τον τρόπο αποδείχθηκε πολλές φορές στο εργαστήριο - για παράδειγμα, στο περίφημο πείραμα διπλής σχισμής.
Το 1961, ο φυσικός Eugene Wigner πρότεινε ένα προκλητικό πείραμα σκέψης. Διερωτάται τι θα συνέβαινε κατά την εφαρμογή της κβαντικής μηχανικής σε έναν παρατηρητή που παρατηρείται. Φανταστείτε ότι ένας φίλος του Wigner πετάει ένα κβαντικό νόμισμα - το οποίο είναι σε μια υπερβολή τόσο των κεφαλών όσο και των ουρών - μέσα σε ένα κλειστό εργαστήριο. Κάθε φορά που ο φίλος πετάει το νόμισμα, παρατηρούν ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Μπορούμε να πούμε ότι ο φίλος του Wigner δηλώνει ένα γεγονός: το αποτέλεσμα της εκτίναξης του νομίσματος είναι σίγουρα το κεφάλι ή η ουρά.
Ο Wigner δεν έχει πρόσβαση στο γεγονός αυτό από έξω, και σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, πρέπει να περιγράψει τον φίλο και το κέρμα σε μια υπερβολή όλων των πιθανών αποτελεσμάτων του πειράματος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι "εμπλεγμένοι" - διασυνδεδεμένοι, έτσι ώστε αν χειρίζεστε κάποιον, χειρίζεστε και τον άλλο. Ο Wigner μπορεί τώρα κατ 'αρχήν να επαληθεύσει αυτή την υπέρθεση χρησιμοποιώντας ένα αποκαλούμενο "πείραμα παρεμβολής" - έναν τύπο κβαντικής μέτρησης που σας επιτρέπει να ξεδιπλώσετε την υπέρθεση ενός ολόκληρου συστήματος, επιβεβαιώνοντας ότι δύο αντικείμενα εμπλέκονται.
Όταν ο Wigner και ο φίλος συγκρίνουν τις σημειώσεις αργότερα, ο φίλος θα επιμείνει ότι είδαν συγκεκριμένα αποτελέσματα για κάθε κέρμα. Ο Wigner, ωστόσο, θα διαφωνήσει όταν παρατηρεί φίλους και νομίσματα σε μια υπέρθεση.
Αυτό παρουσιάζει ένα αίνιγμα. Η πραγματικότητα που αντιλαμβάνεται ο φίλος δεν μπορεί να συμφιλιωθεί με την πραγματικότητα στο εξωτερικό. Ο Wigner αρχικά δεν το θεωρούσε τόσο παράδοξο, ισχυρίστηκε ότι θα ήταν παράλογο να περιγράψουμε έναν συνειδητό παρατηρητή ως ένα κβαντικό αντικείμενο. Ωστόσο, αργότερα αναχώρησε από αυτήν την άποψη και σύμφωνα με τα επίσημα εγχειρίδια για την κβαντική μηχανική, η περιγραφή είναι απολύτως έγκυρη.
Το πείραμα
Το σενάριο παρέμεινε από καιρό ένα ενδιαφέρον πείραμα σκέψης. Αλλά αντικατοπτρίζει την πραγματικότητα; Από επιστημονικής απόψεως, έχει σημειωθεί μικρή πρόοδος σε αυτό μέχρι πολύ πρόσφατα, όταν ο Τεκλαβ Brukner στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης έδειξε ότι με ορισμένες υποθέσεις η ιδέα του Wigner μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αποδείξει επίσημα ότι οι μετρήσεις στην κβαντική μηχανική είναι υποκειμενικές για τους παρατηρητές.
Ο Brukner πρότεινε έναν τρόπο να δοκιμάσει αυτή την έννοια μεταφράζοντας το σενάριο φίλων του Wigner σε ένα πλαίσιο που καθόρισε για πρώτη φορά ο φυσικός John Bell το 1964. Ο Brukner θεώρησε δύο ζεύγη Wigners και φίλων, σε δύο χωριστά πλαίσια, πραγματοποιώντας μετρήσεις σε μια κοινή κατάσταση - έξω από το αντίστοιχο κιβώτιο τους. Τα αποτελέσματα μπορούν να συνοψιστούν για να χρησιμοποιηθούν τελικά για την αξιολόγηση μιας αποκαλούμενης "ανισότητας Bell". Εάν αυτή η ανισότητα παραβιαστεί, οι παρατηρητές θα μπορούσαν να έχουν εναλλακτικά γεγονότα.
Έχουμε κάνει για πρώτη φορά αυτή τη δοκιμασία πειραματικά στο Πανεπιστήμιο Heriot-Watt στο Εδιμβούργο σε έναν κβαντικό υπολογιστή μικρής κλίμακας που αποτελείται από τρία ζεύγη εμπλεγμένων φωτονίων. Το πρώτο ζεύγος φωτονίων αντιπροσωπεύει τα κέρματα και τα άλλα δύο χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση της εκτίναξης του κέρματος - μέτρησης της πόλωσης των φωτονίων - μέσα στο αντίστοιχο κιβώτιο τους. Έξω από τα δύο πλαίσια, δύο φωτόνια παραμένουν σε κάθε πλευρά και μπορούν επίσης να μετρηθούν.
Παρά τη χρήση της κβαντικής τεχνολογίας τελευταίας τεχνολογίας, χρειάστηκαν εβδομάδες για τη συλλογή επαρκών δεδομένων από μόλις έξι φωτόνια για να δημιουργηθούν αρκετά στατιστικά στοιχεία. Αλλά τελικά, καταφέραμε να δείξουμε ότι η κβαντική μηχανική μπορεί πράγματι να είναι ασυμβίβαστη με την παραδοχή αντικειμενικών γεγονότων - παραβιάζαμε την ανισότητα.
Η θεωρία, ωστόσο, βασίζεται σε λίγες υποθέσεις. Αυτά περιλαμβάνουν ότι τα αποτελέσματα της μέτρησης δεν επηρεάζονται από σήματα που ταξιδεύουν πάνω από την ταχύτητα του φωτός και ότι οι παρατηρητές είναι ελεύθεροι να επιλέξουν τι μετρήσεις πρέπει να κάνουν. Αυτό μπορεί να συμβαίνει ή όχι.
Ένα άλλο σημαντικό ερώτημα είναι εάν τα μεμονωμένα φωτόνια μπορούν να θεωρηθούν ως παρατηρητές. Στην πρόταση θεωρίας του Brukner, οι παρατηρητές δεν χρειάζεται να συνειδητοποιούν, πρέπει απλώς να είναι σε θέση να αποδείξουν γεγονότα με τη μορφή ενός αποτελέσματος μέτρησης. Ένας ανιθαγενής ανιχνευτής θα ήταν επομένως ένας έγκυρος παρατηρητής. Και η κβαντομηχανική του εγχειριδίου δεν μας δίνει κανένα λόγο να πιστεύουμε ότι ένας ανιχνευτής, ο οποίος μπορεί να φτιαχτεί τόσο μικρός όσο λίγα άτομα, δεν πρέπει να περιγράφεται ως κβαντικό αντικείμενο ακριβώς όπως ένα φωτόνιο. Μπορεί επίσης να είναι πιθανό η τυπική κβαντομηχανική να μην εφαρμόζεται σε κλίμακες μεγάλου μήκους, αλλά η δοκιμή είναι ξεχωριστό πρόβλημα.
Το πείραμα αυτό δείχνει ότι, τουλάχιστον για τα τοπικά μοντέλα κβαντομηχανικής, πρέπει να επανεξετάσουμε την αντίληψη μας για αντικειμενικότητα. Τα γεγονότα που βιώνουμε στον μακροσκοπικό μας κόσμο φαίνεται να παραμένουν ασφαλείς, αλλά ανακύπτει μια μείζονα ερώτηση σχετικά με το πώς οι υφιστάμενες ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής μπορούν να φιλοξενήσουν υποκειμενικά γεγονότα.
Ορισμένοι φυσικοί βλέπουν αυτές τις νέες εξελίξεις ως ενισχυτικές ερμηνείες που επιτρέπουν την εμφάνιση περισσότερων από ένα αποτελεσμάτων για μια παρατήρηση, όπως για παράδειγμα η ύπαρξη παράλληλων συμπάντων στα οποία συμβαίνει κάθε αποτέλεσμα. Άλλοι το θεωρούν ως επιτακτικές αποδείξεις για ενδογενώς εξαρτώμενες από παρατηρητές θεωρίες όπως ο Quantum Bayesianism, όπου οι πράξεις και οι εμπειρίες ενός πράκτορα είναι κεντρικές ανησυχίες της θεωρίας. Αλλά άλλοι το παίρνουν ως ισχυρό δείκτη που η κβαντική μηχανική θα καταρρεύσει πάνω από συγκεκριμένες κλίμακες πολυπλοκότητας.
Είναι σαφές ότι πρόκειται για βαθιά φιλοσοφικά ερωτήματα σχετικά με τη θεμελιώδη φύση της πραγματικότητας. Όποια και αν είναι η απάντηση, αναμένεται ένα ενδιαφέρον μέλλον.
