Paradoks przyjaciela Wignera: czy istnieje obiektywna rzeczywistość?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Czym jest rzeczywistość? A kto może odpowiedzieć na to pytanie? W zeszłym roku naukowcy z Uniwersytetu Heriot-Watt w Szkocji przetestowali interesujący eksperyment, który sugeruje, że obiektywna rzeczywistość może nie istnieć.

Pomimo tego, że kiedyś ten pomysł był tylko teorią, teraz badaczom udało się przenieść go na ściany uniwersyteckiego laboratorium, a tym samym przetestować. Ponieważ w świecie kwantowym pomiary z różnych pozycji dają różne wyniki, ale jednocześnie są równie poprawne, przeprowadzony eksperyment wykazał, że w świecie fizyki kwantowej dwie osoby mogą obserwować to samo zdarzenie i różne wyniki; jednak żadne z tych dwóch wydarzeń nie może być postrzegane jako błędne.

Innymi słowy, jeśli dwie osoby widzą dwie różne rzeczywistości, to nie mogą się zgodzić, która z nich jest poprawna. Ten paradoks jest znany jako „paradoks przyjaciela Wignera” i teraz naukowcy udowodnili to eksperymentalnie.

Mechanika kwantowa to dział fizyki teoretycznej, który opisuje podstawowe właściwości i zachowanie atomów, jonów, cząsteczek, elektronów, fotonów, materii skondensowanej i innych cząstek elementarnych.

Paradoks przyjaciela Wignera

W 1961 roku laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki Eugene Wigner poważnie zakwestionował, czym jest obiektywna rzeczywistość. Naukowiec zaproponował jeden z najdziwniejszych eksperymentów w mechanice kwantowej, który zakładał, że dwie osoby mogą obserwować dwie różne rzeczywistości i żadna z nich nie byłaby technicznie w błędzie. Ale jak?

W eksperymencie myślowym zwanym paradoksem przyjaciela Wignera, dwóch naukowców w laboratorium bada foton, najmniejszą ilościową jednostkę światła. Warto zauważyć, że ten spolaryzowany foton, podczas pomiaru, może mieć polaryzację poziomą lub polaryzację pionową. Ale przed pomiarem, zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, foton istnieje jednocześnie w obu stanach polaryzacji – w tzw. superpozycji.

Tak więc Wigner wyobraził sobie, jak jego przyjaciel w innym laboratorium mierzy stan tego fotonu i zapamiętuje wynik, podczas gdy sam Wigner obserwuje z daleka. Jednocześnie Wigner nie ma żadnych informacji o pomiarze swojego przyjaciela i dlatego zmuszony jest założyć, że foton i jego pomiar znajdują się w superpozycji wszystkich możliwych wyników eksperymentalnych.

Ale to jest w jaskrawym kontraście z punktem widzenia przyjaciela Wignera, który faktycznie zmierzył polaryzację fotonu i zarejestrował ją! Przyjaciel może nawet zadzwonić do Wignera i powiedzieć mu, że pomiar został wykonany (pod warunkiem, że wynik nie zostanie ujawniony). W ten sposób otrzymujemy dwie sprzeczne ze sobą rzeczywistości, co poddaje w wątpliwość obiektywny status faktów ustalonych przez dwóch obserwatorów.

Warto zauważyć, że do 2019 roku – dopóki szwedzcy naukowcy nie przeprowadzili tego samego eksperymentu w laboratorium – paradoks przyjaciela Wignera był czysto myślowym eksperymentem. Podobnie jak światowej sławy eksperyment zaproponowany przez austriackiego fizyka teoretyka Edwina Schrödingera.

Kot Schrödingera to eksperyment myślowy opisujący absurd mechaniki kwantowej. Wyobraź sobie, że masz kota i pudełko. W pudełku umieszczasz kota, substancję radioaktywną oraz specjalny mechanizm otwierający butelkę z trucizną. W przypadku rozpadu radioaktywnego atomu w zamkniętym pudełku - a to może nastąpić w każdej chwili - mechanizm otworzy pojemnik z trucizną i kot umrze. Ale możesz tylko dowiedzieć się, czy radioaktywny atom uległ rozkładowi, czy nie, możesz tylko zajrzeć do pudełka. Do tego momentu, zgodnie z zasadami fizyki kwantowej, kot jest zarówno żywy, jak i martwy, to znaczy znajduje się w superpozycji.

Czy nie ma obiektywnej rzeczywistości?

Naukowcy wykorzystali sześć splątanych fotonów, aby stworzyć w laboratorium dwie alternatywne rzeczywistości. Jedna rzeczywistość reprezentowała rzeczywistość Wignera, druga rzeczywistość jego przyjaciela. Kolega Wignera zmierzył polaryzację fotonu i zapisał wynik, po czym sam Wigner wykonał pomiar interferencji, aby określić, czy pomiar i foton znajdują się w superpozycji.

Wyniki uzyskane przez zespół naukowców były mieszane. Okazało się, że obie rzeczywistości mogą współistnieć, nawet jeśli prowadzą do niemożliwych do pogodzenia rezultatów – tak jak przewidywał Eugene Wigner. Ale czy można je pogodzić?

Pomysł, że obserwatorzy mogą ostatecznie pogodzić swoje pomiary jakiejś fundamentalnej rzeczywistości, opiera się na kilku założeniach.

Po pierwsze, istnieją uniwersalne fakty i obserwatorzy mogą się z nimi zgodzić.

Po drugie, wybór dokonany przez jednego obserwatora nie wpływa na wybór dokonany przez innych obserwatorów - to założenie fizyka nazywa lokalnością. Jeśli więc istnieje obiektywna rzeczywistość, z którą każdy może się zgodzić, to wszystkie te założenia są prawdziwe.

Jednak wyniki prac naukowców z Uniwersytetu Heriot-Watt, opublikowane w czasopiśmie Science Advances, wskazują, że obiektywna rzeczywistość nie istnieje. Innymi słowy, eksperyment sugeruje, że jedno lub więcej założeń – idea, że istnieje rzeczywistość, z którą możemy się zgodzić, idea, że mamy wolny wybór lub idea lokalności – muszą być błędne.

„Metoda naukowa opiera się na powszechnie uznanych faktach ustalonych przez powtarzane pomiary, niezależnie od tego, kto dokonał obserwacji” – piszą naukowcy w swojej pracy.

Nie wiem jak wy, ale kręci mi się w głowie, bo uzyskane wyniki dostarczają realnych dowodów na to, że w dziedzinie fizyki kwantowej nie ma czegoś takiego jak obiektywna rzeczywistość.