Voiko todellisuuden kahta versiota olla samanaikaisesti? Fyysikot sanovat voivansa - kvantitasolla, eli.
Tutkijat suorittivat äskettäin kokeita vastatakseen vuosikymmeniä vanhaan teoreettiseen fysiikan kysymykseen todellisuuksien kaksintaisteluista. Tämä hankala ajatuskokeilu ehdotti, että kaksi samaa fotonia tarkkailevat yksilöt voisivat tehdä erilaisia johtopäätöksiä fotonin tilasta - ja silti molemmat havainnoistaan olisivat oikein.
Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat toistaneet ajatuskokeessa kuvattuja olosuhteita. Heidän tuloksensa, julkaistu 13. helmikuuta preX-lehdessä arXiv, vahvistivat, että jopa kun tarkkailijat kuvasivat eri valtioita samassa fotonissa, molemmat ristiriitaiset todellisuudet voivat olla molemmat totta.
"Voit varmistaa molemmat", tutkimuksen avustaja Martin Ringbauer, tutkijatohtori Itävallan Innsbrückin yliopiston kokeellisen fysiikan laitoksella, kertoi Live Science: lle.
Wignerin ystävä
Tämä hämmentävä idea oli Nobelin fysiikan palkinnon voittajan Eugene Wignerin aivotuotanto vuonna 1963. Vuonna 1961 Wigner oli ottanut käyttöön ajatuskokeen, josta tuli tunnetuksi "Wignerin ystävä". Se alkaa fotonilla - valon hiukkasella. Kun tarkkailija eristetyssä laboratoriossa mittaa fotonia, he huomaavat, että hiukkasen polarisaatio - akseli, jolla se pyörii - on joko pystysuora tai vaaka.
Ennen kuin fotoni mitataan, fotoni näyttää kuitenkin molemmat polarisaatiot kerralla kvantimekaniikan lakien sanelemana; se on olemassa kahden mahdollisen tilan "superpositiossa".
Kun laboratoriossa oleva henkilö mittaa fotonin, hiukkasella on kiinteä polarisaatio. Mutta jollekin suljetun laboratorion ulkopuolelta, joka ei tiedä mittausten tulosta, mittaamaton fotoni on edelleen superpositiossa.
Tämä ulkopuolisen havainto - heidän todellisuutensa - eroaa siis fotonin mittaavan laboratoriossa olevan henkilön todellisuudesta. Kummankaan näistä ristiriitaisista havainnoista ei kuitenkaan katsota olevan vääriä kvantimekaniikan mukaan.
Muutetut tilat
Wignerin ajatteleva ehdotus oli vuosikymmenien ajan ollut vain mielenkiintoinen ajatuskokeilu. Mutta viime vuosina fysiikan tärkeät edistysaskeleet ovat viimeinkin antaneet asiantuntijoille mahdollisuuden kokea Wignerin ehdotus, Ringbauer sanoi.
"Teoreettista kehitystä tarvittiin ongelman muotoilemiseksi todistettavalla tavalla. Sitten kokeellinen puoli tarvitsi kehitystä kvanttijärjestelmien ohjauksessa jotain sellaisen toteuttamiseksi", hän selitti.
Ringbauer ja hänen kollegansa testasivat Wignerin alkuperäistä ideaa entistä tiukemmalla kokeilulla, joka kaksinkertaisti skenaarion. He nimittivät kaksi "laboratoriota", joissa kokeet tapahtuvat, ja esittelivät kaksi paria takertuneita fotoneja, mikä tarkoittaa, että niiden kohtalot oli kytketty toisiinsa, joten tietäen yhden tilan automaattisesti kertoo toisen tilan. (Kokoonpanon fotonit olivat todellisia. Neljä "ihmistä" skenaariossa - "Alice", "Bob" ja kunkin "ystävä" - eivät olleet todellisia, vaan edustavat sen sijaan kokeen tarkkailijoita).
Kaksi ystävää Alicea ja Bobia, jotka sijaitsivat "sisällä" kukin laboratoriosta, kukin mittasivat yhden fotonin takertuneessa parissa. Tämä rikkoi takertumisen ja romahti superpositiota, mikä tarkoittaa, että mitattu fotoni oli olemassa varmassa polarisaatiotilassa. He tallensivat tulokset kvanttimuistiin - kopioituna toisen fotonin polarisaatiossa.
Alice ja Bob, jotka olivat "suljettujen laboratorioiden" ulkopuolella, saivat kaksi vaihtoehtoa suorittaa omat havainnot. He voivat mitata ystäviensä tuloksia, jotka oli tallennettu kvanttimuistiin, ja siten päästä samoihin johtopäätöksiin polarisoituneista fotoneista.
Mutta he voivat myös suorittaa oman kokeilunsa takertuvien fotonien välillä. Tässä kokeessa, joka tunnetaan häiriökokeena, jos fotonit toimivat aalloina ja esiintyvät edelleen valtioiden superpositiossa, niin Alice ja Bob näkisivät tunnusomaisen valon ja pimeän reunan kuvion, jossa valon aaltojen huiput ja laaksot lisäävät ylös tai peruuttaa toisiaan. Jos hiukkaset ovat "valinneet" tilansa, näkisit erilaisen kuvion kuin jos ne eivät olisi. Wigner oli aiemmin ehdottanut, että tämä paljastaisi, että fotonit olivat edelleen takertuneessa tilassa.
Uuden tutkimuksen kirjoittajat havaitsivat, että jopa heidän kaksinkertaistuneessa skenaariossaan Wignerin kuvaamat tulokset säilyivät. Alice ja Bob pystyivät tekemään johtopäätöksiä fotoneista, jotka olivat oikeita ja todistettavissa ja jotka silti erottuivat heidän ystäviensä havainnoista - jotka olivat tutkimuksen mukaan myös oikeita ja todistettavissa.
Kvanttimekaniikka kuvaa, kuinka maailma toimii niin pienessä mittakaavassa, että fysiikan normaaleja sääntöjä ei enää sovelleta; Useiden vuosikymmenien ajan alaa tutkineet asiantuntijat ovat tarjonneet lukuisia tulkintoja siitä, mitä tämä tarkoittaa, Ringbauer sanoi.
Kuitenkin, jos mittaukset eivät itsessään ole absoluuttisia - kuten nämä uudet havainnot viittaavat -, se haastaa kvantimekaniikan varsinaisen merkityksen.
"Vaikuttaa siltä, että toisin kuin klassisessa fysiikassa, mittaustuloksia ei voida pitää absoluuttisena totuutena, vaan ne on ymmärrettävä mittauksen suorittaneen tarkkailijan suhteen", Ringbauer sanoi.
"Niiden juttujen, joita kerromme kvantimekaniikasta, on mukauduttava siihen", hän sanoi.
