Fizik Kuantum: Kajian Kami Mencadangkan Realiti Objektif Tidak Ada

Fizik Kuantum: Kajian Kami Mencadangkan Realiti Objektif Tidak Ada
Gearoid Hayes / Flickr, CC BY-SA

Fakta alternatif adalah menyebarkan seperti virus seluruh masyarakat. Sekarang ia seolah-olah mereka telah menghidupkan sains - sekurang-kurangnya alam kuantum. Ini mungkin kelihatan intuitif. Kaedah saintifik adalah selepas semua diasaskan pada pengertian, pengukuran dan pengulangan yang boleh dipercayai. Fakta, seperti yang ditetapkan oleh pengukuran, harus objektif, supaya semua pemerhati dapat setuju dengannya.

Tetapi dalam kertas baru-baru ini yang diterbitkan dalam Kemajuan Sains, kita menunjukkan bahawa, di dunia mikro atom dan zarah yang ditadbir oleh peraturan-peraturan aneh mekanik kuantum, dua pemerhati yang berbeza berhak atas fakta mereka sendiri. Dalam erti kata lain, menurut teori terbaik kami tentang blok bangunan alam semulajadi itu, fakta sebenarnya boleh menjadi subjektif.

Pemerhati adalah pemain yang kuat dalam dunia kuantum. Menurut teori, zarah boleh berada di beberapa tempat atau negara sekaligus - ini disebut superposisi. Tetapi anehnya, ini hanya berlaku apabila mereka tidak dipatuhi. Yang kedua anda perhatikan sistem kuantum, ia memilih lokasi atau keadaan tertentu - memecahkan superposisi. Hakikat bahawa sifat berkelakuan seperti ini telah dibuktikan berbilang kali dalam makmal - contohnya, yang terkenal eksperimen celah berganda (lihat video di bawah).

Dalam 1961, ahli fizik Eugene Wigner mencadangkan eksperimen pemikiran provokatif. Dia mempersoalkan apa yang akan berlaku ketika menerapkan mekanik kuantum kepada pemerhati yang sedang diamati.

Bayangkan seorang sahabat Wigner melemparkan koin kuantum - yang berada di dalam superposisi kedua-dua kepala dan ekor - di dalam makmal tertutup. Setiap kali kawan melemparkan duit syiling, mereka melihat hasil yang pasti. Kita boleh mengatakan bahawa rakan Wigner membuktikan fakta: hasil daripada cincin duit syiling pasti kepala atau ekor.

Wigner tidak mempunyai akses kepada fakta ini dari luar, dan menurut mekanik kuantum, mesti menggambarkan rakan dan duit syiling untuk berada dalam tindihan semua kemungkinan hasil eksperimen. Itu kerana mereka "terikat" - berkecamuk terhubung supaya jika anda memanipulasi anda, anda juga memanipulasi yang lain. Wigner sekarang boleh mengesahkan penggantian ini dengan menggunakan "percubaan gangguan"- satu jenis pengukuran kuantum yang membolehkan anda membongkar superposisi keseluruhan sistem, mengesahkan bahawa dua objek terikat.


Dapatkan yang terbaru dari InnerSelf


Apabila Wigner dan rakannya membandingkan nota kemudian, kawannya akan menegaskan bahawa mereka melihat hasil pasti untuk setiap melemparkan duit syiling. Walau bagaimanapun, Wigner akan tidak bersetuju apabila dia melihat rakan dan duit syiling dalam satu superposisi.

Ini memberikan satu teka-teki. Realiti yang dilihat oleh rakan tidak dapat didamaikan dengan realiti di luar. Wigner pada mulanya tidak menganggap ini sebagai paradoks, dia berpendapat ia tidak masuk akal untuk menggambarkan pemerhati sedar sebagai objek kuantum. Walau bagaimanapun, dia kemudian berlepas dari pandangan ini, dan mengikut buku teks formal mengenai mekanik kuantum, perihalannya adalah sah.

Eksperimen

Senario ini telah lama menjadi percubaan pemikiran yang menarik. Tetapi adakah ia mencerminkan realiti? Secara saintifik, terdapat kemajuan yang sedikit pada ini sehingga baru-baru ini, ketika Časlav Brukner di Universiti Vienna menunjukkan bahawa, di bawah anggapan tertentu, idea Wigner boleh digunakan untuk membuktikan secara rasmi pengukuran dalam mekanik kuantum adalah subjektif kepada pemerhati.

Brukner mencadangkan satu cara untuk menguji tanggapan ini dengan menterjemahkan senario rakan Wigner ke kerangka kerja pertama kali ditubuhkan oleh ahli fizik John Bell di 1964. Brukner menganggap dua pasang Wigners dan kawan-kawan, dalam dua kotak terpisah, melakukan pengukuran pada keadaan yang dikongsi - di dalam dan di luar kotak masing-masing. Hasilnya boleh disimpulkan untuk akhirnya digunakan untuk menilai apa yang dipanggil "Ketidaksamaan Bell". Jika ketidaksamaan ini dilanggar, pemerhati boleh mempunyai fakta alternatif.

Kami kini buat kali pertama melakukan uji kaji ini di Heriot-Watt University di Edinburgh pada komputer kuantum berskala kecil yang terdiri daripada tiga pasang foton terikat. Pasangan foton pertama mewakili duit syiling, dan dua yang lain digunakan untuk melaksanakan pancaran duit syiling - mengukur polarisasi foton - di dalam kotak masing-masing. Di luar dua kotak, dua foton kekal di setiap sisi yang juga boleh diukur.

Fizik Kuantum: Kajian Kami Mencadangkan Realiti Objektif Tidak Ada
Penyelidik dengan eksperimen. Pengarang disediakan

Walaupun menggunakan teknologi kuantum yang canggih, ia mengambil masa beberapa minggu untuk mengumpulkan data yang memadai dari hanya enam foton untuk menghasilkan statistik yang mencukupi. Tetapi akhirnya, kami berjaya memperlihatkan bahawa mekanik kuantum mungkin tidak sesuai dengan anggapan fakta objektif - kami melanggar ketidaksamaan!

Teori ini, bagaimanapun, berasaskan beberapa anggapan. Ini termasuk bahawa hasil pengukuran tidak dipengaruhi oleh isyarat yang bergerak di atas kelajuan cahaya dan bahawa pemerhati bebas untuk memilih ukuran apa yang akan dibuat. Itu mungkin atau mungkin tidak.

Satu lagi soalan penting ialah sama ada foton tunggal boleh dianggap sebagai pemerhati. Dalam cadangan teori Brukner, pemerhati tidak perlu sedar, mereka hanya dapat menubuhkan fakta dalam bentuk hasil pengukuran. Oleh itu, pengesan tidak aktif akan menjadi pemerhati yang sah. Dan mekanik kuantum buku teks tidak memberi kita alasan untuk mempercayai bahawa pengesan, yang boleh dibuat sekecil beberapa atom, tidak boleh digambarkan sebagai objek kuantum seperti foton. Mungkin juga mekanik kuantum standard tidak digunakan pada skala panjang yang besar, tetapi ujian itu adalah masalah yang berasingan.

Fizik Kuantum: Kajian Kami Mencadangkan Realiti Objektif Tidak Ada
Mungkin terdapat banyak dunia di luar sana.
Nikk / Flickr, CC BY-SA

Oleh itu, percubaan ini menunjukkan bahawa, sekurang-kurangnya untuk model mekanik kuantum tempatan, kita perlu memikirkan semula idea kita tentang objektiviti. Fakta yang kita alami dalam dunia makroskopik kita kelihatan selamat, tetapi satu persoalan besar timbul tentang bagaimana tafsiran mekanik kuantum sedia ada dapat menampung fakta subjektif.

Sesetengah ahli fizik melihat perkembangan baru ini sebagai memperkasa tafsiran yang membolehkan lebih daripada satu hasil berlaku untuk pemerhatian, contohnya kewujudan alam semesta selari di mana setiap hasil berlaku. Orang lain melihatnya sebagai bukti yang kuat untuk teori-teori yang bergantung kepada pemerhati secara intrinsik seperti Bayesianisme Kuantum, di mana tindakan dan pengalaman agen adalah kebimbangan utama teori. Tetapi yang lain mengambil ini sebagai penunjuk yang kuat yang mungkin mekanik kuantum akan merosot di atas skala kompleksiti tertentu.

Jelas sekali ini adalah semua soalan falsafah yang mendalam tentang sifat asas realiti. Apapun jawapannya, masa depan yang menarik menanti.Perbualan

Mengenai Pengarang

Alessandro Fedrizzi, Profesor Fizik Kuantum, Universiti Heriot-Watt dan Massimiliano Proietti, Calon Fizik Kuantum PhD, Universiti Heriot-Watt

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}

DARIPADA EDITOR

Blue-Eyes vs Brown Eyes: Bagaimana Rasisme Diajar
by Marie T. Russell, InnerSelf
Dalam episod Oprah Show tahun 1992 ini, aktivis dan pendidik anti-perkauman pemenang anugerah Jane Elliott mengajarkan kepada para penonton pelajaran yang sukar mengenai perkauman dengan menunjukkan betapa mudahnya belajar prejudis.
Perubahan Akan Datang ...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 Mei 2020) Ketika saya menonton berita mengenai peristiwa di Philadephia dan bandar-bandar lain di negara ini, hati saya merasa sakit dengan apa yang berlaku. Saya tahu bahawa ini adalah sebahagian daripada perubahan yang lebih besar yang berlaku ...
Sebuah Lagu Dapat Meningkatkan Hati dan Jiwa
by Marie T. Russell, InnerSelf
Saya mempunyai beberapa cara yang saya gunakan untuk membersihkan kegelapan dari fikiran saya ketika saya merasakan ia telah masuk. Salah satunya adalah berkebun, atau menghabiskan masa di alam semula jadi. Yang lain adalah kesunyian. Cara lain ialah membaca. Dan satu yang ...
Mengapa Donald Trump Boleh Menjadi Kalah Terbesar Sejarah
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Pandemik coronavirus keseluruhan ini memerlukan banyak wang, mungkin 2 atau 3 atau 4 kekayaan, semuanya tidak diketahui ukurannya. Oh ya, dan, beratus-ratus ribu, mungkin satu juta orang akan mati sebelum waktunya secara langsung ...
Maskot untuk Pandemik dan Lagu Tema untuk Menjauhkan dan Mengasingkan Sosial
by Marie T. Russell, InnerSelf
Saya mendapat lagu baru-baru ini dan semasa saya mendengarkan liriknya, saya fikir ia akan menjadi lagu yang sempurna sebagai "lagu tema" untuk masa-masa pengasingan sosial ini. (Lirik di bawah video.)