Могут ли существовать две версии одной реальности одновременно? Физики утверждают, что да – на квантовом уровне.
Исследователи недавно провели эксперименты для того, чтобы ответить на вопрос из теоретической физики, которому уже несколько лет, о соперничающих реальностях. Этот сложный мысленный эксперимент предполагал, что два индивида, которые наблюдают один и тот же фотон могли бы прийти к различным заключениям о состоянии фотона и всё же оба их наблюдения были бы правильны.
Недавно учёные воссоздали условия, описанные в мысленном эксперименте. Их результаты были опубликованы 13 февраля на сайте arhivOrg, подтверждая, что даже если наблюдатели описывают различные состояния одного и того же фотона, обе конфликтующие реальности могут быть правдивыми.
“Ты можешь проверить и подтвердить их обе”, – сказал соавтор исследования Мартин Рингбауэр, который после защиты докторской диссертации занимался исследованиями в Департаменте экспериментальной физики при Университете Инсбрука в Австрии.
Друг Вигнера
Эта удивительная идея была детищем Юджина Вигнера, лауреата Нобелевской премии по физике в 1963. В 1961, Вигнер представил мысленный эксперимент, который стал известен, как “Друг Вигнера”. Он начинается с фотона – частички света. Когда наблюдатели в изолированной лаборатории измеряют фотон, они выясняют, что поляризация частицы – ось вокруг которой она вращается – или вертикальная или горизонтальная.
Хотя, перед тем, как фотон наблюдался, он показывал обе поляризации одновременно, согласно законам квантовой механики, он существует в состоянии “суперпозиции”, то есть в двух возможных состояниях.
Когда человек в лаборатории наблюдает за фотоном, то он принимает фиксированную поляризацию. Но для кого-то снаружи этой закрытой лаборатории, кто не знает результат наблюдений, этот фотон всё ещё находится в состоянии суперпозиции.
Наблюдение человека извне – его реальность – таким образом расходится с реальностью человека в лаборатории, который наблюдает за фотоном. Тем не менее, согласно квантовой механике, ни одно из этих противоречивых наблюдений не считается ошибочным.
Изменённые состояния
Десятилетиями предположение Вигнера была просто интересным мысленным экспериментом. Но в последние несколько лет важные открытия в физике наконец дали возможность экспертам проверить предположение Вигнера.
“Успехи в развитии теоретической физики были необходимы для того, чтобы сформулировать проблему таким образом, чтобы её можно было проверить. Потом экспериментальная сторона требовала развития контроля за квантовой системой, для реализации чего-то подобного”, – сказал Рингбауэр.
Рингбауэр и его коллеги проверили изначальную идею Вигнера с даже более доскональным экспериментом, который удвоил сценарий. Они оборудовали две “лаборатории”, где должны были проводиться эксперименты, и представили две пары спутанных фотонов, имеется ввиду, что их назначение было связано, таким образом, что если ты знаешь состояние одного, ты автоматически знаешь состояние другого. Фотоны в эксперименте были настоящими. Четыре “человека” в сценарии – “Алиса”, “Боб” и “друг” каждого – были не настоящими, а вместо этого представляли наблюдателей эксперимента.
Два друга Алиса и Боб, которые были размещены “внутри” каждой лаборатории, измеряли один фотон в связанной паре. Это разбило связку и уничтожило суперпозицию, что значит, что фотон, который они измеряли, существовал в определённом состоянии поляризации. Они записали результаты в квантовую память – скопировали в поляризацию второго фотона.
Алиса и Боб, которые были “снаружи” закрытых лабораторий, получили тогда два выбора для проведения своих собственных наблюдений. Они могли измерить результаты своих друзей, которые хранились в квантовой памяти, и таким образом прийти к таким же выводам о поляризованных фотонах.
Но они могли также провести свой собственный эксперимент со связанными фотонами. В этом эксперименте, известном как интерференционный эксперимент, если фотоны действуют как волны и всё ещё существуют в суперпозищии, то Алиса и Боб увидят характерный узор света и тёмной бахромы, где пики и углубления световых волн добавляются или исключают друг друга. Если частички “выбрали” их состояние, ты увидишь отличный узор, чем в том случае, если они не выбрали. Вигнер предварительно предположил, что это покажет, что фотоны всё ещё будут находиться в связанном состоянии.
Авторы нового исследования выяснили, что даже в своём двойном сценарии, результаты, описанные Вигнером сохранились. Алиса и Боб могли придти к выводам о том, что фотоны были в правильном и доказуемом, но всё же ещё отличались от наблюдений их друзей – которые так же были правильными, доказуемыми, согласно исследованию.
“Квантовая механика описывает как работает мир в масштабе настолько маленьком, что обычные законы физики больше не могут применяться. В течении многих десятилетий, эксперты, работающие в этой области, предложили множество интерпретаций того, что это значит”, – сказал Рингбауэр..
Хотя, если измерения сами по себе не абсолютны – как позволяют предполагать последние открытия – это бросает вызов самому значению квантовой механики.
“Кажется, что в отличии от классической физики результаты измерений не могут считаться абсолютной правдой, но должны пониматься субъективными касательно наблюдателя, который их сделал”, – сказал Рингбауэр.
Исследование было опубликовано в журнале Live Science.