Експеримент с фотон: Може да има две реалности, но само на квантово ниво
Могат ли да съществуват по едно и също време две версии на действителността? Физиците споделят, че могат – на квантово равнище.
Изследователи неотдавна организираха опити, с цел да отговорят на десетилетен научен въпрос от физиката, за двойната действителност.
Този комплициран умствен опит допуска, че двама човеци, които следят еднакъв фотон, могат да стигнат до разнообразни изводи за положението на фотона – и все пак и двете изводи ще бъдат верни.
За първи път учените повториха изискванията, разказани в известният умствен опит на Вигнер. Техните резултати са оповестени в списанието arXiv, като потвърдиха, че даже когато наблюдаващите разказват разнообразни положения на еднакъв фотон, двете конфликтни действителности могат да бъдат истина.
„ Можете да ревизирате и двете “, оповестява съавторът на проучването Мартин Рингбауер, откривател в отдел „ Експериментална физика “ в Университета на Инсбрук в Австрия.
Объркващата концепция за двете действителности е на Евгений Вигнер, притежател на Нобелова премия за физика през 1963 година През 1961 година Вигнер вкарва умствен опит, прочут като „ приятелят на Вигнер “. Експериментът стартира с фотон – парченце светлина. Когато наблюдаващ в изолирана лаборатория мери фотона, открива, че поляризацията на частицата – оста, върху която се върти – е или отвесна или хоризонтална.
Въпреки това, преди фотонът да бъде измерен, той демонстрира и двете поляризации по едно и също време, както е подбудено от законите на квантовата механика; той съществува в „ суперпозиция “ на две вероятни положения.
След като индивидът в лабораторията мери фотона, частицата приема закрепена поляризация. Но за някой отвън затворената лаборатория, който не знае резултата от измерванията, не измереният фотон е към момента в положение на суперпозиция.
Следователно наблюдението на външния човек – неговата действителност – се отклонява от действителността на индивида в лабораторията, който мери фотона. Въпреки това, съгласно квантовата механика, нито едно от тези спорни наблюдения не се счита за неправилно.
В продължение на десетилетия мисловният опит на Вигнер беше одобряван просто като забавно мислене. През последните години забележителният прогрес във физиката, даде опция на специалистите да слагат предлагането на Вигнер на тест, споделя Рингбауер.
„ Теоретичните достижения бяха нужни, с цел да се формулира казусът по метод, който може да бъде тестван. Тогава пробната страна се нуждаеше от развиване на контрола на квантовите системи, с цел да приложи нещо сходно “, изяснява той.
Рингбауер и сътрудниците му тестват истинската концепция на Вигнер с още по-строг опит, който удвоява сюжета. Те дефинират две „ лаборатории “, където ще се проведат опитите, и вкарват две двойки заплетени фотони, което значи, че техните ориси са свързани, тъй че познаването на положението на единия автоматизирано ви демонстрира положението и на другия. (Фотоните в инсталацията са били действителни. Четиримата „ души “ в сюжета – „ Алис “, „ Боб “ и по един „ другар “ на всеки от тях – не са действителни, като са представлявали „ наблюдаващите “ на експеримента).
Двамата другари на Алис и Боб, които са били ситуирани „ във вътрешността “ на всяка лаборатория, мерят по един фотон в заплетена двойка. Това прекъсва заплитането и срутва суперпозицията, което значи, че измерваният фотон съществува в несъмнено положение на поляризация. Те записват резултатите в квантовата памет, копирани в поляризацията на втория фотон.
Алис и Боб, които са „ отвън “ затворените лаборатории, са показани с два разновидността за осъществяване на лични наблюдения. Те могат да мерят резултатите на своите другари, които са били съхранени в квантовата памет, като по този метод стигат до същите заключения за поляризираните фотони.
Но в това време, те могат да проведат собствен личен опит сред заплетените фотони. В този опит, прочут като интерференционен опит, в случай че фотоните работят като талази и към момента съществуват в положения на суперпозиция, тогава Алис и Боб ще видят присъщ модел на светли и тъмни ресни, където пиковете и падовете на светлинните талази се прибавят или взаимно се изключват. Ако частиците са „ избрали “ положението си, ще видите друг модел, в сравнение с в случай че не са. В мисловният си опит Вигнер допуска, че това ще разкрие, че фотоните са към момента в объркано положение.
Авторите на новото изследване откриват, че даже при удвояване на сюжета, резултатите, разказани от Вигнер, са правилни. Алис и Боб можеха да стигнат до изводи за верните и доказуеми фотони, които към момента се разграничават от наблюденията на техните другари – които също са правилни и доказуеми, съгласно проучването.
„ Квантовата механика разказва по какъв начин светът работи в подобен дребен мащаб, че естествените правила на физиката към този момент не са използвани. В продължение на доста десетилетия специалисти, които учат тази област, оферират многочислени тълкования, какво значи това “, споделя Рингбауер.
Обаче, в случай че самите измервания не са безспорни – както допускат новите открития – това оспорва самия смисъл на квантовата механика.
„ Изглежда, че за разлика от класическата физика, резултатите от измерването не могат да се смятат за безспорна истина, само че би трябвало да се схващат по отношение на наблюдаващия, който е направил измерването, “ сподели Рингбауер.
„ Историите, които описваме за квантовата механика, би трябвало да се приспособяват към това, “ заключава той.
