Tilbake i 1961 skisserte fysiker og nobelprisvinner Eugene Wigner et tankeeksperiment som demonstrerte et av de minst kjente paradoksene i kvantemekanikk. Eksperimentet viser hvordan universets underlige natur lar to observatører - sier Wigner og Wigners venn - oppleve forskjellige realiteter. Siden den gang har fysikere brukt "Wigners venn" -tankeeksperiment for å undersøke arten av målinger og debattere om objektive fakta eksisterer.
La oss først snakke om Wigners tankeeksperiment:
Anta at to mennesker åpner boksen med Schrödingers katt samtidig. Hvis resultatet (av bølgefunksjonens kollaps) velges av observatøren, som antydet av den idealistiske løsningen, oppstår det et problem hvis de to observatørene tar forskjellige valg. Hvis vi nevner et av de to resultatene, kan bare en av observatørene ta et valg, og tilhengere av realismen med rette anser denne beslutningen som utilfredsstillende.
Paradokset har blitt viktig fordi forskere gjennomfører eksperimenter for å etablere objektive fakta. Men hvis de blir møtt med forskjellige realiteter, hvordan kan de da bli enige om hva disse fakta kan være? Wigners tankeeksperiment var aldri mer enn et tankeeksperiment.
Men i fjor la fysikerne merke til at nylige fremskritt innen kvanteteknologi har gjort det mulig å gjenskape Wigners venners test i et reelt eksperiment. Det har med andre ord blitt mulig å skape forskjellige realiteter og sammenligne dem på laboratoriet for å finne ut om de kan forenes.
Er det en objektiv virkelighet?
Salgsfremmende video:
Og i dag sa Massimiliano Proietti fra Heriot-Watt University i Edinburgh og flere av kollegene at de hadde utført dette eksperimentet for første gang: De skapte forskjellige realiteter og sammenlignet dem. Og de kom til at Wigner hadde rett: Disse realitetene kan være uforsonlige i den grad det er umulig å komme til enighet om objektive fakta i et eksperiment.
Wigners originale tankeeksperiment begynte med et enkelt polarisert foton, som, når det blir målt, kan være horisontalt eller vertikalt polarisert. Men før målingen, i henhold til kvantemekanikkens lover, eksisterer fotonet i begge polariseringstilstandene samtidig - den såkalte superposisjonen.
Wigner forestilte seg en venn i et annet laboratorium som måler tilstanden til dette fotonet og lagrer resultatet, mens Wigner observerer langveisfra. Wigner har ikke informasjon om vennens målinger og må derfor anta at fotonet og dets måling er i en superposisjon av alle mulige eksperimentelle resultater.
Wigner kan til og med gjennomføre et eksperiment for å avgjøre om denne superposisjonen eksisterer eller ikke. Et slags interferenseksperiment som vil vise at fotonet og målingen faktisk er i superposisjon.
Fra Wigners synspunkt er dette et "faktum" - superposisjon eksisterer. Og dette faktum antyder at målingen ikke kunne utføres.
Men vennen hans vil ikke være enig i dette, siden han målte polarisasjonen av fotonet og tok opp det. Vennen kan til og med ringe Wigner og fortelle ham at målingen har blitt foretatt (forutsatt at resultatet ikke blir offentliggjort).
To realiteter motsier hverandre. "Dette stiller tvil om den objektive statusen til fakta som er fastslått av de to observatørene," sier Proietti.
Det er teorien, men i fjor kom Caslav Bruckner ved University of Vienna i Australia på en måte å gjenskape Wigner-vennen på laboratoriet ved å bruke teknikker som involverer å vikle mange partikler på en gang.
Proiettis gjennombrudd var at de faktisk gjorde det. De har implementert et utvidet "venn av Wigners" -scenario i et moderne seks-foton eksperiment.
Seks fotoner var viklet inn for å skape to alternative realiteter - den ene representerer Wigner og den andre representerer Wigners venn. Wigners venn måler polarisering av fotonet og lagrer resultatet. Wigner tar deretter en interferensmåling for å se om målingen og fotonet er i superposisjon.
Eksperimentet ga et tvetydig resultat. Det viser seg at begge realitetene kan sameksistere, selv om de gir uforsonlige resultater, slik Wigner forutslo. Dette reiser en rekke interessante spørsmål som får fysikere til å revurdere virkelighetens natur.
Ideen om at observatører til slutt kan forene målingene sine i en eller annen grunnleggende virkelighet, er basert på flere antagelser. For det første eksisterer universelle fakta, og observatører kan være enige om dem.
Men det er andre forutsetninger også. Den ene er at observatører står fritt til å gjøre de observasjoner de ønsker. Og en ting til: valget som en observatør tar, påvirker ikke valget av andre observatører. Denne antagelsen om fysikk kalles lokalitet.
Hvis det er en objektiv virkelighet som alle kan være enige i, vil alle disse forutsetningene være riktige.
Men resultatet av Proietti og kollegene hans antyder at objektiv virkelighet ikke eksisterer. Et eksperiment forutsetter med andre ord at en eller flere forutsetninger er at det er en virkelighet vi er enige i; hva er valgfrihet; eller lokalitet - skal være feil.
Det er selvfølgelig et annet alternativ. Muligheten for at det er et smutthull som eksperimentene savnet. Faktisk har fysikere prøvd å lukke smutthullene i slike eksperimenter i mange år, men de innrømmer at de kanskje aldri kan stenge dem alle.
Imidlertid har arbeid viktige implikasjoner for vitenskapen. Neste steg er å gå lenger: å lage eksperimenter som skaper stadig mer bisarre alternative realiteter som det er umulig å forene. Hvor dette vil føre oss, er det ingen som vet.
Ilya Khel
