Vai vienlaikus var pastāvēt divas realitātes versijas? Fiziķi saka, ka viņi to var - kvantu līmenī, tas ir.
Pētnieki nesen veica eksperimentus, lai atbildētu uz gadu desmitiem vecu teorētisko fizikas jautājumu par divkosīgo realitāti. Šis viltīgais domāšanas eksperiments ierosināja, ka divi indivīdi, kuri novēro vienu un to pašu fotonu, varētu izdarīt atšķirīgus secinājumus par šī fotona stāvokli - un tomēr abi viņu novērojumi būtu pareizi.
Pirmo reizi zinātnieki atkārtoja nosacījumus, kas aprakstīti domu eksperimentā. Viņu rezultāti, kas publicēti 13. februārī pirmsdrukas žurnālā arXiv, apstiprināja, ka pat tad, ja novērotāji vienā fotonā aprakstīja dažādus stāvokļus, abas konfliktējošās realitātes varētu būt patiesas.
"Jūs varat pārbaudīt tos abus," pētījuma līdzautors Martins Ringbauers, postdoktorantūras pētnieks ar Insbrukas Universitātes Eksperimentālās fizikas departamentu Austrijā, pastāstīja Live Science.
Vīgnera draugs
Šī aizraujošā ideja bija Eižena Vīgnera, Nobela fizikas balvas 1963. gadā ieguvēja, ideja. 1961. gadā Vīgners bija ieviesis domu eksperimentu, kas kļuva pazīstams kā “Vīgnera draugs”. Tas sākas ar fotonu - gaismas daļiņu. Kad novērotājs izolētā laboratorijā mēra fotonu, viņi atklāj, ka daļiņas polarizācija - ass, pa kuru tā griežas - ir vertikāla vai horizontāla.
Tomēr pirms fotona mērīšanas fotons parāda abas polarizācijas uzreiz, kā to nosaka kvantu mehānikas likumi; tas pastāv divu iespējamo stāvokļu "superpozīcijā".
Kad laboratorijas persona mēra fotonu, daļiņa uzņem fiksētu polarizāciju. Bet kādam ārpus šīs slēgtās laboratorijas, kurš nezina mērījumu rezultātu, neizmērītais fotons joprojām atrodas superpozīcijas stāvoklī.
Tāpēc šī nepiederošā cilvēka novērojums - viņu realitāte - atšķiras no laboratorijā redzamās personas, kura izmērīja fotonu, realitātes. Tomēr saskaņā ar kvantu mehāniku neviens no šiem pretrunīgajiem novērojumiem nav uzskatāms par kļūdainu.
Izmainīti stāvokļi
Gadu desmitu laikā Vīgnera prātojošais priekšlikums bija tikai interesants domu eksperiments. Bet pēdējos gados nozīmīgie sasniegumi fizikā beidzot ļāva ekspertiem izmēģināt Vīgnera ierosinājumu, sacīja Ringbauers.
"Lai formulētu problēmu pārbaudāmā veidā, bija nepieciešami teorētiski sasniegumi. Pēc tam eksperimentālajai pusei bija nepieciešami uzlabojumi kvantu sistēmu kontrolē, lai kaut ko tādu ieviestu," viņš skaidroja.
Ringbauers un viņa kolēģi pārbaudīja Vīgnera sākotnējo ideju ar vēl stingrāku eksperimentu, kas divkāršoja scenāriju. Viņi izraudzījās divas "laboratorijas", kur notiks eksperimenti, un ieviesa divus sapītu fotonu pārus, kas nozīmē, ka viņu likteņi ir saistīti, tā, ka, zinot viena stāvokli, automātiski tiek norādīts otra stāvoklis. (Uzstādīšanas fotoni bija īsti. Četri "cilvēki" scenārijā - "Alise", "Bobs" un katra "draugs" - nebija īsti, bet gan pārstāvēja eksperimenta novērotājus).
Divi Alisas un Boba draugi, kas atradās “iekšpusē” katrā no laboratorijām, katrs izmērīja vienu fotonu sapinušos pārī. Tas salauza sapīšanos un sabruka superpozīciju, kas nozīmē, ka to izmērītais fotons eksistēja noteiktā polarizācijas stāvoklī. Rezultātus viņi ierakstīja kvantu atmiņā - kopēja otrā fotona polarizācijā.
Pēc tam Alisei un Bobai, kuri atradās slēgtajās laboratorijās, atradās divas izvēles iespējas, kā veikt savus novērojumus. Viņi varēja izmērīt savu draugu rezultātus, kas tika saglabāti kvantu atmiņā, un tādā veidā izdarīt secinājumus par polarizētajiem fotoniem.
Bet viņi varēja arī paši veikt eksperimentu starp sapītajiem fotoniem. Šajā eksperimentā, kas pazīstams kā traucējumu eksperiments, ja fotoni darbojas kā viļņi un joprojām pastāv stāvokļu superpozīcijā, tad Alise un Bobs redzētu raksturīgu gaišu un tumšu bārkstis, kur gaismas viļņu virsotnes un ielejas pievieno uz augšu vai atcelt otru. Ja daļiņas ir "izvēlējušās" savu stāvokli, jūs redzētu atšķirīgu modeli nekā tad, ja tās nebūtu. Vīgners iepriekš bija ierosinājis, ka tas atklāj, ka fotoni joprojām ir sapinušies.
Jaunā pētījuma autori atklāja, ka pat viņu dubultotajā scenārijā Vīgnera aprakstītie rezultāti noturējās. Alise un Bobs varēja nonākt pie secinājumiem par fotoniem, kas ir pareizi un pierādāmi, un kuri tomēr atšķīrās no viņu draugu novērojumiem - kuri arī bija pareizi un pierādāmi, liecina pētījums.
Kvantu mehānika apraksta, kā pasaule darbojas mērogā, kas ir tik mazs, ka parastie fizikas noteikumi vairs nav spēkā; daudzu gadu desmitu laikā eksperti, kuri izpēta šo jomu, ir piedāvājuši daudz interpretāciju, ko tas nozīmē, sacīja Ringbauers.
Tomēr, ja paši mērījumi nav absolūti - kā liecina šie jaunie atklājumi -, tas izaicina pašu kvantu mehānikas nozīmi.
"Šķiet, ka atšķirībā no klasiskās fizikas mērījumu rezultātus nevar uzskatīt par absolūtu patiesību, bet tie jāsaprot attiecībā pret novērotāju, kurš veica mērījumu," sacīja Ringbauers.
"Stāsti, ko mēs stāstām par kvantu mehāniku, ir jāpielāgojas tam," viņš teica.
