Kas reaalsuse kaks versiooni võivad eksisteerida samal ajal? Füüsikud väidavad, et saavad - kvanttasandil, see on.
Teadlased viisid hiljuti läbi katseid, et vastata aastakümnete vanusele teoreetilise füüsika küsimusele reaalsuse kahekordistamise kohta. See keeruline mõttekatse tegi ettepaneku, et kaks sama footonit jälgivat isikut võiksid selle footoni oleku kohta teha erinevaid järeldusi - ja ometi oleks nende mõlemad tähelepanekud õiged.
Esmakordselt on teadlased korranud mõttekatses kirjeldatud tingimusi. Nende tulemused, mis avaldati 13. veebruaril eeltrükiajakirjas arXiv, kinnitasid, et isegi kui vaatlejad kirjeldasid samas footonis erinevaid olekuid, võivad mõlemad vastandlikud tegelikkus olla tõesed.
"Võite neid mõlemaid kontrollida," rääkis uuringu kaasautor Martin Ingsbrücki ülikooli eksperimentaalfüüsika osakonna järeldoktor Martin Ringbauer Live Science'ile.
Wigneri sõber
See hämmastav idee oli 1963. aastal Nobeli füüsikapreemia laureaadi Eugene Wigneri vaimusünnitus. 1961. aastal oli Wigner võtnud kasutusele mõttekatse, mis sai tuntuks kui Wigneri sõber. See algab footoniga - valguse osakesega. Kui vaatleja isoleeritud laboris mõõdab footoni, leiavad nad, et osakese polarisatsioon - telg, millel see keerleb - on kas vertikaalne või horisontaalne.
Enne footoni mõõtmist kuvatakse footonil aga mõlemad polarisatsioonid korraga, nagu dikteerivad kvantmehaanika seadused; see eksisteerib kahe võimaliku oleku "superpositsioonis".
Kui labori inimene mõõdab footoni, eeldab osake kindla fikseeritud polarisatsiooni. Kuid kellegi jaoks väljaspool seda suletud laborit, kes ei tea mõõtmiste tulemusi, on mõõtmata footon endiselt superpositsioonil.
See autsaiderite tähelepanek - nende tegelikkus - erineb seetõttu footoni mõõtnud labori inimese reaalsusest. Kvantmehaanika kohaselt ei arvata, et kumbki neist vastuolulistest tähelepanekutest oleks vale.
Muutunud olekud
Wigneri mõtlemisettepanek oli aastakümneid lihtsalt huvitav mõtteeksperiment. Kuid viimastel aastatel võimaldasid olulised edusammud füüsikas lõpuks eksperdid Wigneri ettepaneku proovile panna, ütles Ringbauer.
"Probleemi sõnastamiseks kontrollitaval viisil sõnastamiseks oli vaja teoreetilisi edusamme. Seejärel vajas eksperimentaalne külg kvantsüsteemide juhtimise arendamist, et midagi sellist rakendada," selgitas ta.
Ringbauer ja tema kolleegid testisid Wigneri algset ideed veelgi rangema eksperimendiga, mis stsenaariumi kahekordistas. Nad määrasid kaks "laboratooriumi", kus eksperimendid toimuvad, ja tutvustasid kahte paari takerdunud footoneid, mis tähendab, et nende saatused olid omavahel seotud, nii et ühe oleku teadmine ütleb teile automaatselt teise oleku. (Seadistuses olevad footonid olid tõelised. Stsenaariumi neli "inimest" - "Alice", "Bob" ja kummagi "sõber" - polnud päris, vaid esindasid eksperimendi vaatlejaid).
Kaks Alice'i ja Bobi sõpra, kes asusid igas laboris "sees", mõõtsid kumbki ühte footoni takerdunud paaris. See murdis takerdumise ja alandas superpositsiooni, mis tähendab, et nende mõõdetud footon eksisteeris kindla polarisatsiooni olekus. Nad salvestasid tulemusi kvantmälus - kopeeriti teise footoni polarisatsioonis.
Alice'ile ja Bobile, kes asusid suletud laboritest väljaspool, tehti seejärel kaks võimalust oma vaatluste läbiviimiseks. Nad said mõõta oma sõprade tulemusi, mis olid salvestatud kvantmällu, ja jõuda seeläbi polariseeritud footonite kohta samu järeldusi teha.
Kuid nad võiksid ka takerdunud footonite vahel läbi viia oma eksperimendi. Selles eksperimendis, mida nimetatakse häirete eksperimendiks, kui footonid toimivad lainetena ja eksisteerivad ikkagi olekute superpositsioonil, näeksid Alice ja Bob heledate ja tumedate äärealade iseloomulikku mustrit, kus valguslainete tipud ja orud lisavad üles või tühistage üksteist. Kui osakesed on oma oleku "valinud", näeksite teistsugust mustrit kui siis, kui nad poleks seda teinud. Wigner oli juba varem teinud ettepaneku, et see paljastaks, et footonid olid endiselt takerdunud olekus.
Uue uuringu autorid leidsid, et isegi nende kahekordse stsenaariumi korral olid Wigneri kirjeldatud tulemused käes. Alice ja Bob võisid jõuda järeldustele footonite kohta, mis olid korrektsed ja tõestatavad ning mis siiski erinesid nende sõprade tähelepanekutest - mis uuringu kohaselt olid ka õiged ja tõestatavad.
Kvantmehaanika kirjeldab, kuidas maailm töötab skaalal, mis on nii väike, et füüsika tavapärased reeglid enam ei kehti; Ringbauer ütles, et seda valdkonda uurinud eksperdid on aastakümnete vältel pakkunud arvukalt tõlgendusi, mida see tähendab.
Kui mõõtmised iseenesest ei ole aga absoluutsed - nagu need uued leiud viitavad -, seatakse kahtluse alla kvantmehaanika tähendus.
"Näib, et erinevalt klassikalisest füüsikast ei saa mõõtmistulemusi pidada absoluutseks tõeks, vaid neid tuleb mõista mõõtmise teinud vaatleja suhtes," sõnas Ringbauer.
"Jutud, mida kvantmehaanika kohta räägime, peavad sellega kohanema," sõnas ta.
