Paradoks Wignerjevega prijatelja: ali obstaja objektivna realnost?

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Kaj je realnost? In kdo lahko odgovori na to vprašanje? Lani so znanstveniki z univerze Heriot-Watt na Škotskem preizkusili zanimiv eksperiment, ki kaže, da objektivna realnost morda ne obstaja.

Kljub temu, da je bila nekoč ta ideja le teorija, so jo zdaj raziskovalci lahko prenesli na stene univerzitetnega laboratorija in jo zato preizkusili. Ker v kvantnem svetu meritve z različnih pozicij dajejo različne rezultate, a so hkrati enako pravilne, je izveden eksperiment pokazal, da lahko v svetu kvantne fizike dva človeka opazujeta isti dogodek in različne rezultate; vendar nobenega od teh dveh dogodkov ne moremo dojemati kot napačnega.

Z drugimi besedami, če dva človeka vidita dve različni realnosti, se ne moreta strinjati, katera je pravilna. Ta paradoks je znan kot "paradoks Wignerjevega prijatelja" in zdaj so ga znanstveniki eksperimentalno dokazali.

Kvantna mehanika je veja teoretične fizike, ki opisuje osnovne lastnosti in obnašanje atomov, ionov, molekul, elektronov, fotonov, kondenzirane snovi in drugih elementarnih delcev.

Paradoks Wignerjevega prijatelja

Leta 1961 se je Nobelov nagrajenec za fiziko Eugene Wigner resno spraševal, kaj je objektivna realnost. Znanstvenik je predlagal enega najbolj nenavadnih eksperimentov v kvantni mehaniki, ki je vključeval idejo, da lahko dva človeka opazujeta dve različni realnosti in nobena od njiju tehnično ne bi bila napačna. Ampak kako?

V miselnem eksperimentu, imenovanem paradoks Wignerjevega prijatelja, dva znanstvenika v laboratoriju preučujeta foton, najmanjšo kvantitativno enoto svetlobe. Omeniti velja, da ima lahko ta polarizirani foton, ko ga merimo, bodisi horizontalno polarizacijo ali vertikalno polarizacijo. Toda pred merjenjem po zakonih kvantne mehanike foton obstaja v obeh polarizacijskih stanjih hkrati - v tako imenovani superpoziciji.

Tako si je Wigner predstavljal, kako njegov prijatelj v drugem laboratoriju meri stanje tega fotona in si zapomni rezultat, medtem ko Wigner sam opazuje od daleč. Hkrati Wigner nima informacij o meritvah svojega prijatelja, zato je prisiljen domnevati, da sta foton in njegova meritev v superpoziciji vseh možnih eksperimentalnih rezultatov.

Toda to je v popolnem nasprotju s stališčem Wignerjevega prijatelja, ki je dejansko izmeril polarizacijo fotona in jo posnel! Prijatelj lahko celo pokliče Wignerja in mu pove, da je meritev opravljena (pod pogojem, da rezultat ni razkrit). Tako dobimo dve realnosti, ki si nasprotujeta, kar vzbuja dvom o objektivnem statusu dejstev, ki sta jih ugotovila dva opazovalca.

Omeniti velja, da je bil do leta 2019 – dokler niso švedski znanstveniki naredili enak poskus v laboratoriju – paradoks Wignerjevega prijatelja zgolj miselni eksperiment. Tako kot svetovno znani poskus, ki ga je predlagal avstrijski teoretični fizik Edwin Schrödinger.

Schrödingerjeva mačka je miselni eksperiment, ki opisuje absurdnost kvantne mehanike. Predstavljajte si, da imate mačko in škatlo. V škatlo daš mačko, radioaktivno snov in poseben mehanizem, ki odpre bučko s strupom. V primeru razpada radioaktivnega atoma v zaprti škatli - in to se lahko zgodi v vsakem trenutku - bo mehanizem odprl posodo s strupom in mačka bo umrla. Lahko pa samo ugotovite, ali je radioaktivni atom razpadel ali ne, lahko samo pogledate v škatlo. Do te točke je mačka po načelih kvantne fizike živa in mrtva, torej je v superpoziciji.

Ali ni objektivne realnosti?

Raziskovalci so uporabili šest zapletenih fotonov, da so v laboratoriju ustvarili dve alternativni resničnosti. Ena resničnost je predstavljala Wignerjevo realnost, druga realnost njegovega prijatelja. Wignerjev prijatelj je izmeril polarizacijo fotona in rezultat shranil, nakar je Wigner sam izvedel interferenčno meritev, da bi ugotovil, ali sta meritev in foton v superpoziciji.

Rezultati, ki jih je pridobila skupina znanstvenikov, so bili mešani. Izkazalo se je, da lahko obe realnosti sobivata, tudi če vodita do nezdružljivih rezultatov – tako kot je napovedal Eugene Wigner. Toda ali jih je mogoče uskladiti?

Ideja, da lahko opazovalci sčasoma uskladijo svoje meritve neke temeljne realnosti, temelji na več predpostavkah.

Prvič, univerzalna dejstva obstajajo in opazovalci se z njimi lahko strinjajo.

Drugič, izbira, ki jo naredi en opazovalec, ne vpliva na izbiro, ki jo naredijo drugi opazovalci - to predpostavko fizika imenuje lokalnost. Če torej obstaja objektivna realnost, s katero se lahko vsi strinjajo, potem so vse te predpostavke resnične.

Toda rezultati dela znanstvenikov z univerze Heriot-Watt, objavljeni v reviji Science Advances, kažejo, da objektivna realnost ne obstaja. Z drugimi besedami, eksperiment kaže, da mora biti ena ali več predpostavk - ideja, da obstaja realnost, s katero se lahko strinjamo, ideja, da imamo svobodno izbiro, ali ideja o lokalnosti - napačna.

»Znanstvena metoda se opira na splošno priznana dejstva, ugotovljena z večkratnimi meritvami, ne glede na to, kdo je opazoval,« pišejo raziskovalci v svojem delu.

Ne vem za vas, ampak meni se vrti v glavi, saj dobljeni rezultati zagotavljajo resnične dokaze, da na področju kvantne fizike ni objektivne realnosti.