Wignerin ystäväparadoksi: onko objektiivista todellisuutta?

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Mikä on todellisuus? Ja kuka voi vastata tähän kysymykseen? Viime vuonna Skotlannin Heriot-Watt-yliopiston tutkijat testasivat mielenkiintoista koetta, joka viittaa siihen, ettei objektiivista todellisuutta ehkä ole olemassa.

Huolimatta siitä, että tämä idea oli aikoinaan vain teoria, nyt tutkijat pystyivät siirtämään sen yliopiston laboratorion seinille ja siksi testata sitä. Koska kvanttimaailmassa mittaukset eri paikoista antavat erilaisia tuloksia, mutta ovat samalla yhtä oikeita, suoritettu koe osoitti, että kvanttifysiikan maailmassa kaksi ihmistä voi tarkkailla samaa tapahtumaa ja erilaisia tuloksia; Kumpaakaan näistä kahdesta tapahtumasta ei kuitenkaan voida pitää vääränä.

Toisin sanoen, jos kaksi ihmistä näkee kaksi erilaista todellisuutta, he eivät voi olla yhtä mieltä siitä, kumpi on oikea. Tämä paradoksi tunnetaan nimellä "Wignerin ystävä paradoksi", ja nyt tutkijat ovat todistaneet sen kokeellisesti.

Kvanttimekaniikka on teoreettisen fysiikan haara, joka kuvaa atomien, ionien, molekyylien, elektronien, fotonien, kondensoituneen aineen ja muiden alkuainehiukkasten perusominaisuuksia ja käyttäytymistä.

Wignerin ystävä paradoksi

Vuonna 1961 fysiikan Nobel-palkinnon saaja Eugene Wigner kyseenalaisti vakavasti, mikä objektiivinen todellisuus on. Tiedemies ehdotti yhtä omituisimmista kvanttimekaniikan kokeista, joka sisälsi ajatuksen, että kaksi ihmistä voisi tarkkailla kahta erilaista todellisuutta, eikä kumpikaan olisi teknisesti väärässä. Mutta miten?

Wignerin ystäväparadoksiksi kutsutussa ajatuskokeessa kaksi tutkijaa laboratoriossa tutkivat fotonia, valon pienintä kvantitatiivista yksikköä. On huomionarvoista, että tällä polarisoidulla fotonilla voi mitattuna olla joko vaaka- tai pystypolarisaatio. Mutta ennen mittausta kvanttimekaniikan lakien mukaan fotoni on molemmissa polarisaatiotiloissa samanaikaisesti - niin sanotussa superpositiossa.

Joten Wigner kuvitteli, kuinka hänen ystävänsä toisessa laboratoriossa mittaa tämän fotonin tilan ja muistaa tuloksen, kun taas Wigner itse tarkkailee kaukaa. Samaan aikaan Wignerillä ei ole tietoa ystävänsä mittauksesta, ja siksi hän joutuu olettamaan, että fotoni ja sen mittaus ovat superpositiossa kaikkien mahdollisten koetulosten kanssa.

Mutta tämä on jyrkässä ristiriidassa Wignerin ystävän näkemyksen kanssa, joka itse asiassa mittasi fotonin polarisaation ja tallensi sen! Ystävä voi jopa soittaa Wignerille ja kertoa, että mittaus on tehty (edellyttäen, että tulosta ei paljasteta). Siten saamme kaksi todellisuutta, jotka ovat ristiriidassa toistensa kanssa, mikä kyseenalaistaa kahden tarkkailijan toteamien tosiasioiden objektiivisuuden.

On huomionarvoista, että vuoteen 2019 asti - kunnes ruotsalaiset tiedemiehet tekivät saman kokeen laboratoriossa - Wignerin ystävän paradoksi oli puhtaasti ajatuskoe. Aivan kuten itävaltalaisen teoreettisen fyysikon Edwin Schrödingerin ehdottama maailmankuulu kokeilu.

Schrödingerin kissa on ajatuskoe, joka kuvaa kvanttimekaniikan järjettömyyttä. Kuvittele, että sinulla on kissa ja laatikko. Laitat laatikkoon kissan, radioaktiivisen aineen ja erityisen mekanismin, joka avaa myrkkypullon. Jos radioaktiivinen atomi hajoaa suljetussa laatikossa - ja tämä voi tapahtua milloin tahansa - mekanismi avaa myrkkysäiliön ja kissa kuolee. Mutta voit vain selvittää, onko radioaktiivinen atomi hajonnut vai ei, voit vain katsoa laatikkoon. Tähän asti kvanttifysiikan periaatteiden mukaan kissa on sekä elävä että kuollut, eli se on superpositiossa.

Eikö ole objektiivista todellisuutta?

Tutkijat käyttivät kuutta sotkeutunutta fotonia luodakseen kaksi vaihtoehtoista todellisuutta laboratoriossa. Toinen todellisuus edusti Wignerin todellisuutta, toinen hänen ystävänsä todellisuutta. Wignerin ystävä mittasi fotonin polarisaation ja tallensi tuloksen, minkä jälkeen Wigner itse suoritti häiriömittauksen selvittääkseen, olivatko mittaus ja fotoni superpositiossa.

Tutkijaryhmän saamat tulokset olivat ristiriitaisia. Kävi ilmi, että molemmat todellisuudet voivat esiintyä rinnakkain, vaikka ne johtavatkin ristiriitaisiin tuloksiin - aivan kuten Eugene Wigner ennusti. Mutta voidaanko ne sovittaa yhteen?

Ajatus siitä, että tarkkailijat voivat lopulta sovittaa yhteen mittansa jostain perustavanlaatuisesta todellisuudesta, perustuu useisiin oletuksiin.

Ensinnäkin universaaleja tosiasioita on olemassa ja tarkkailijat voivat olla niistä yhtä mieltä.

Toiseksi, yhden tarkkailijan tekemä valinta ei vaikuta muiden tarkkailijoiden valintaan - tätä oletusta fysiikka kutsuu paikallisudeksi. Joten jos on olemassa objektiivinen todellisuus, jonka kanssa kaikki voivat olla samaa mieltä, kaikki nämä oletukset ovat totta.

Mutta Science Advances -lehdessä julkaistut Heriot-Wattin yliopiston tutkijoiden työn tulokset osoittavat, että objektiivista todellisuutta ei ole olemassa. Toisin sanoen kokeilu viittaa siihen, että yhden tai useamman oletuksen - ajatuksen, että on olemassa todellisuus, jonka kanssa voimme olla samaa mieltä, ajatus siitä, että meillä on vapaa valinta tai ajatus paikallisuudesta - on oltava väärä.

"Tieteellinen menetelmä perustuu yleisesti hyväksyttyihin faktoihin, jotka on vahvistettu toistuvilla mittauksilla, riippumatta siitä, kuka havainnot on tehnyt", tutkijat kirjoittavat työssään.

En tiedä teistä, mutta pääni pyörii, koska saadut tulokset tarjoavat todellista näyttöä siitä, että mitä tulee kvanttifysiikan alaan, objektiivista todellisuutta ei ole olemassa.