Различные наблюдения одной и той же реальности (в фотонах) могут быть правильными, согласно квантовой механике.
Могут ли существовать две версии реальности одновременно? Физики говорят, что на квантовом уровне могут.
Исследователи недавно провели эксперименты, чтобы ответить на десятилетний вопрос теоретической физики о дуальных реальностях. Этот хитрый мысленный эксперимент предполагал, что два человека, наблюдающие один и тот же фотон, могут прийти к различным выводам о состоянии этого фотона. Оба их наблюдения будут правильными.
Впервые ученые воспроизвели условия, описанные в мысленном эксперименте. Их результаты подтвердили, что даже когда наблюдатели описывали различные состояния одного и того же фотона, две конфликтующие реальности могут быть истинными одновременно.
По словам Мартина Рингбауэра, исследователя с кафедры экспериментальной физики Университета Иннсбрука в Австрии, вы можете проверить оба из них.
Эта озадачивающая идея была детищем Альфреда Вигнера, лауреата Нобелевской премии по физике в 1963 году.
По слова ученых, все начинается с фотона - частицы света. Когда наблюдатель в изолированной лаборатории измеряет фотон, он обнаруживает, что поляризация частицы — ось, по которой она вращается, либо вертикальна, либо горизонтальна.
Однако, прежде чем фотон измеряется, он отображает обе поляризации одновременно, как это диктуется законами квантовой механики; он существует в суперпозиции двух возможных состояний.
Как только человек в лаборатории измеряет фотон, частица принимает фиксированную поляризацию. Но для кого-то вне этой закрытой лаборатории, кто не знает результат измерений, неучтенные фотон находится в состоянии суперпозиции.
Таким образом, наблюдение этого постороннего — его реальность — расходится с реальностью человека в лаборатории, который измерял фотон. Тем не менее, ни одно из этих противоречивых наблюдений не считается неправильным, согласно квантовой механике.
На протяжении десятилетий предложение Вигнера было просто интересным мысленным экспериментом. Но в последние годы важные достижения в физике, наконец, позволили экспертам проверить предложение Вигнера.
Теоретические достижения были необходимы, чтобы сформулировать проблему таким образом, чтобы ее можно было проверить. Затем экспериментальной стороне понадобились разработки по управлению квантовыми системами для реализации чего-то подобного, пояснили ученые.
Рингбауэр и его коллеги проверили оригинальную идею Вигнера еще более строгим экспериментом, который удвоил сценарий. Они обозначили две лаборатории, где будут проводиться эксперименты, и ввели две пары запутанных фотонов, что означает, что их судьбы были связаны, так что знание состояния одного автоматически говорит вам о состоянии другого.
Два человека измерили по одному фотону в запутанной паре. Это разрушило запутанность и разрушило суперпозицию, что означало, что фотон, который они измеряли, существовал в определенном состоянии поляризации. Они записали результаты в квантовую память - скопировали при поляризации второго фотона.
Тем, кто находился вне закрытых лабораторий, было предложено два варианта проведения собственных наблюдений. Они могли измерить результаты своих друзей, хранящиеся в квантовой памяти, и тем самым прийти к тем же выводам о поляризованных фотонах.
Авторы нового исследования обнаружили, что даже в их удвоенном сценарии результаты, описанные Вигнером, сохраняются.
Квантовая механика описывает, как мир работает в таком малом масштабе, что обычные правила физики больше не применяются. На протяжении многих десятилетий эксперты, изучающие эту область, предлагали многочисленные интерпретации того, что это значит, сказал Рингбауэр.
Однако, если сами измерения не являются абсолютными, как предполагают эти новые открытия, это бросает вызов самому смыслу квантовой механики.
Кажется, что, в отличие от классической физики, результаты измерений не могут считаться абсолютной истиной, а должны быть поняты относительно наблюдателя, который провел измерение.
