Квантовый эксперимент: Объективной реальности не существует

Основой научного метода являются наблюдение, измерение и повторяемость. Факт, установленный в результате измерения, должен быть объективным – то есть, таким, чтобы все наблюдатели могли с ним согласиться. Однако в новой научной работе ученые показывают, что в микромире атомов и других частиц, которые управляются странными законами квантовой механики, для двух различных наблюдателей одно и то же событие может иметь два альтернативных исхода. Другими словами, лучшая на сегодняшний день теория, описывающая строение «строительных кирпичиков» природы, предполагает субъективность наблюдаемых фактов.

Наблюдатели являются важными фигурами в квантовом мире. Согласно квантовой теории, частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно – это называется суперпозицией. Однако, что любопытно, это происходит лишь тогда, когда за частицами никто не наблюдает. При повторных наблюдениях квантовой системы она выбирает определенное положение или состояние – нарушая суперпозицию. Факт такого поведения природы был многократно доказан лабораторными экспериментами – например, в знаменитом эксперименте с двумя щелями.

В 1961 г. физик Евгений Вигнер предложил провокационный мысленный эксперимент. Он спросил, что будет, если применить квантовую механику к наблюдателю, за которым, в свою очередь, также ведется наблюдение. Представьте, что друг Вигнера бросает квантовую монету – которая находится в суперпозиции по отношению к событиям выпадения решки или орла – внутри закрытой лаборатории. Каждый раз, когда друг бросает монету, они наблюдают определенный исход. Мы можем сказать, что друг Вигнера устанавливает факт: результатом подбрасывания монеты является определенно выпадение орла или решки.

Вигнер не имеет доступа к наблюдению этого факта, находясь за стенами лаборатории, и согласно квантовой механике, для него друг и монета находятся в суперпозиции относительно всех возможных исходов квантового эксперимента. Так происходит потому, что они «спутаны» - необычным образом связаны, так, что воздействие на один из объектов приводит к изменению состояния связанного с ним объекта. В принципе теперь Вигнер может подтвердить эту суперпозицию, используя так называемый «интерференционный эксперимент» - тип квантового измерения, который позволяет обнаружить суперпозицию целой системы, потдверждая, что два объекта являются спутанными.

Когда Вигнер и его друг впоследствии сравнят свои записи, друг будет настаивать, что они видели определенные исходы для каждого броска монеты. Вигнер, однако, будет не согласен с ним всякий раз, когда он наблюдал друга и монету в суперпозиции.

Впоследствии Часлав Брукнер из Венского университета, Австрия, взяв за основу идею Вигнера, показал, что она может быть использована для формального доказательства субъективности измерений в квантовой механике. Брукнер рассмотрел две пары «Вигнер-друг», находящиеся в двух отдельных ячейках, проводя определения общего состояния системы – изнутри и снаружи каждой соответствующей коробки. Эти результаты могли затем быть просуммированы, чтобы в конечном счете войти в так называемое «неравенство Белла». Если это неравенство нарушается, наблюдатели имеют дело с альтернативными фактами.

В новом исследовании впервые этот тест был выполнен на базе Университета Хериота-Уатта, Шотландия, с использованием небольшого квантового компьютера, состоящего из трех пар спутанных фотонов. Первая пара фотонов представляла монеты, два других фотона были использованы для осуществления «подбрасывания монеты» - измерения поляризации фотонов – внутри соответствующих ячеек. Снаружи ячеек два фотона оставались по одному на каждой стороне – и их положение также можно было определить.

В конечном счете после выполнения статистически значимого числа измерений расчет показал, что неравенство Белла в этом случае нарушается, то есть два наблюдателя имеют дело с разной «квантовой реальностью», подводят итог авторы.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances; главный автор Массимильяно Пройетти (Massimiliano Proietti).

Напомним, ранее сообщалось, что у бактерий нашли квантовую запутанность.

Источник