Μπορούν δύο εκδόσεις της πραγματικότητας να υπάρχουν ταυτόχρονα; Οι φυσικοί λένε ότι μπορούν - στο κβαντικό επίπεδο, αυτό είναι.
Οι ερευνητές διενήργησαν πρόσφατα πειράματα για να απαντήσουν σε μια δεκαετή παλαιότερη θεωρητική φυσική ερώτηση σχετικά με τις πραγματικότητες που αγωνίζονται. Αυτό το πονηρό πείραμα σκέψης πρότεινε ότι δύο άτομα που παρατηρούν το ίδιο φωτόνιο θα μπορούσαν να καταλήξουν σε διαφορετικά συμπεράσματα σχετικά με την κατάσταση του φωτονίου - και όμως και οι δύο παρατηρήσεις τους θα ήταν σωστές.
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες αντιγράφουν τις συνθήκες που περιγράφονται στο πείραμα σκέψης. Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στις 13 Φεβρουαρίου στο περιοδικό preprint arXiv, επιβεβαίωσαν ότι ακόμα και όταν οι παρατηρητές περιγράφουν διαφορετικές καταστάσεις στο ίδιο φωτόνιο, οι δύο αντικρουόμενες πραγματικότητες θα μπορούσαν να είναι και οι δύο αληθινοί.
"Μπορείτε να τα επαληθεύσετε και τα δύο", δήλωσε ο συνεργάτης της μελέτης, Martin Ringbauer, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Πειραματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Innsbrück στην Αυστρία.
Ο φίλος του Wigner
Αυτή η περίπλοκη ιδέα ήταν το πνευματικό τέκνο του Eugene Wigner, που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1963. Το 1961, ο Wigner εισήγαγε ένα πείραμα σκέψης που έγινε γνωστό ως "φίλος του Wigner". Αρχίζει με ένα φωτόνιο - ένα σωματίδιο φωτός. Όταν ένας παρατηρητής σε απομονωμένο εργαστήριο μετράει το φωτόνιο, διαπιστώνει ότι η πόλωση του σωματιδίου - ο άξονας στον οποίο περιστρέφεται - είναι είτε κατακόρυφος είτε οριζόντιος.
Ωστόσο, πριν μετρηθεί το φωτόνιο, το φωτόνιο εμφανίζει και τις δύο πολώσεις ταυτόχρονα, όπως υπαγορεύεται από τους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Υπάρχει σε μια "υπέρθεση" δυο πιθανών καταστάσεων.
Μόλις το άτομο στο εργαστήριο μετρήσει το φωτόνιο, το σωματίδιο λαμβάνει μια σταθερή πόλωση. Αλλά για κάποιον έξω από αυτό το κλειστό εργαστήριο που δεν γνωρίζει το αποτέλεσμα των μετρήσεων, το μη μετρημένο φωτόνιο είναι ακόμα σε κατάσταση υπέρθεσης.
Αυτή η παρατήρηση του αλλοδαπού - η πραγματικότητά του - αποκλίνει από την πραγματικότητα του ατόμου στο εργαστήριο που μετρά το φωτόνιο. Ωστόσο, καμία από αυτές τις αντικρουόμενες παρατηρήσεις δεν θεωρείται λανθασμένη, σύμφωνα με την κβαντική μηχανική.
Τροποποιημένες καταστάσεις
Για δεκαετίες, η πρόταση του Wigner για το κάψιμο του μυαλού ήταν απλά ένα ενδιαφέρον πείραμα σκέψης. Αλλά τα τελευταία χρόνια, οι σημαντικές εξελίξεις στη φυσική επέτρεψαν τελικά εμπειρογνώμονες να δοκιμάσουν την πρόταση του Wigner, δήλωσε ο Ringbauer.
"Οι θεωρητικές πρόοδοι χρειάστηκαν για να διατυπωθεί το πρόβλημα με τρόπο που να μπορεί να ελεγχθεί. Στη συνέχεια, η πειραματική πλευρά χρειάζεται εξέλιξη στον έλεγχο των κβαντικών συστημάτων για να υλοποιήσει κάτι τέτοιο", εξήγησε.
Ο Ringbauer και οι συνάδελφοί του εξέτασαν την αρχική ιδέα του Wigner με ένα ακόμη αυστηρότερο πείραμα που διπλασίασε το σενάριο. Κατέγραψαν δύο "εργαστήρια" όπου θα πραγματοποιούσαν τα πειράματα και εισήγαγαν δύο ζεύγη εμπλεγμένων φωτονίων, πράγμα που σημαίνει ότι οι μοίρες τους συνδέονταν, έτσι ώστε η γνώση της κατάστασης ενός ατόμου να σας λέει αυτόματα την κατάσταση του άλλου. Οι τέσσερις "άνθρωποι" στο σενάριο - "Alice", "Bob" και ένας "φίλος" του καθενός - δεν ήταν πραγματικοί, αλλά αντιπροσώπευαν τους παρατηρητές του πειράματος).
Οι δύο φίλοι της Αλίκης και του Μπομπ, οι οποίοι βρίσκονταν "μέσα" σε κάθε ένα από τα εργαστήρια, μετρούσαν το καθένα ένα φωτόνιο σε ένα μπλεγμένο ζευγάρι. Αυτό έσπασε την εμπλοκή και κατέρρευσε την υπέρθεση, πράγμα που σημαίνει ότι το φωτόνιο που μέτρησαν υπήρξε σε μια ορισμένη κατάσταση πόλωσης. Καταγράφηκαν τα αποτελέσματα σε κβαντική μνήμη - αντιγράφηκαν στην πόλωση του δεύτερου φωτονίου.
Η Αλίκη και ο Μπομπ, που ήταν "έξω" από τα κλειστά εργαστήρια, παρουσιάστηκαν με δύο επιλογές για τη διεξαγωγή των δικών τους παρατηρήσεων. Θα μπορούσαν να μετρήσουν τα αποτελέσματα των φίλων τους που είχαν αποθηκευτεί στην κβαντική μνήμη και έτσι να καταλήξουν στα ίδια συμπεράσματα για τα πολωμένα φωτόνια.
Αλλά θα μπορούσαν επίσης να διεξάγουν το δικό τους πείραμα μεταξύ των εμπλεγμένων φωτονίων. Σε αυτό το πείραμα, που είναι γνωστό ως ένα πείραμα παρεμβολής, όταν τα φωτόνια δρουν ως κύματα και εξακολουθούν να υφίστανται σε μια υπερβολή των καταστάσεων, τότε η Αλίκη και ο Μπομπ θα δουν ένα χαρακτηριστικό πρότυπο ελαφριάς και σκοτεινής κρόσσιας, όπου οι κορυφές και οι κοιλάδες των φωτεινών κυμάτων ή να ακυρώσετε το ένα το άλλο. Εάν τα σωματίδια έχουν "επιλέξει" την κατάστασή τους, θα δείτε διαφορετικό μοτίβο από το αν δεν είχαν. Ο Wigner είχε προτείνει στο παρελθόν ότι αυτό θα αποκάλυπτε ότι τα φωτόνια ήταν ακόμα σε κατάσταση εμπλοκής.
Οι συντάκτες της νέας μελέτης διαπίστωσαν ότι ακόμα και στο διπλό σενάριο τους, τα αποτελέσματα που περιγράφονται από τον Wigner που πραγματοποιήθηκε. Η Αλίκη και ο Μπομπ θα μπορούσαν να καταλήξουν σε συμπεράσματα σχετικά με τα φωτόνια που ήταν σωστά και αποδεδειγμένα και τα οποία ακόμα διέφεραν από τις παρατηρήσεις των φίλων τους - τα οποία ήταν επίσης σωστά και αποδεδειγμένα, σύμφωνα με τη μελέτη.
Η κβαντομηχανική περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο ο κόσμος λειτουργεί σε μια κλίμακα τόσο μικρή ώστε οι κανονικοί κανόνες της φυσικής δεν ισχύουν πλέον. για πολλές δεκαετίες, οι ειδικοί που μελετούν τον τομέα έχουν προσφέρει πολλές ερμηνείες για το τι σημαίνει αυτό, είπε ο Ringbauer.
Ωστόσο, αν οι ίδιες οι μετρήσεις δεν είναι απόλυτες -όπως υποδηλώνουν αυτά τα νέα ευρήματα- που αμφισβητούν την ίδια την έννοια της κβαντικής μηχανικής.
"Φαίνεται ότι, σε αντίθεση με την κλασσική φυσική, τα αποτελέσματα των μετρήσεων δεν μπορούν να θεωρηθούν απόλυτη αλήθεια, αλλά πρέπει να γίνουν κατανοητά σε σχέση με τον παρατηρητή που πραγματοποίησε τη μέτρηση", δήλωσε ο Ringbauer.
«Οι ιστορίες που λέμε για την κβαντική μηχανική πρέπει να προσαρμοστούν σε αυτό», είπε.
