ความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์การทดลองควอนตัมแสดงให้เห็น

ข้อเท็จจริงทางเลือกกำลังแพร่กระจายเหมือนไวรัสทั่วสังคม ตอนนี้ดูเหมือนว่าพวกเขาจะมีวิทยาศาสตร์ที่ติดเชื้อ - อย่างน้อยก็เป็นอาณาจักรควอนตัม สิ่งนี้อาจดูเหมือนจะตอบโต้ได้ง่าย ที่วิธีการทางวิทยาศาสตร์หลังจากทั้งหมดก่อตั้งขึ้นจากแนวคิดที่เชื่อถือได้ของการสังเกตการวัดและการทำซ้ำ ความจริงตามที่กำหนดโดยการวัดควรมีวัตถุประสงค์เช่นผู้สังเกตการณ์ทุกคนสามารถเห็นด้วย

แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ตีพิมพ์ในความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เราแสดงให้เห็นว่าในโลกขนาดเล็กของอะตอมและอนุภาคที่ควบคุมโดยกฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัมผู้สังเกตการณ์ที่แตกต่างกันสองคนมีสิทธิ์ได้รับข้อเท็จจริงของตัวเอง กล่าวอีกนัยหนึ่งตามทฤษฎีที่ดีที่สุดของเราเกี่ยวกับการสร้างของธรรมชาติเองข้อเท็จจริงอาจเป็นเรื่องส่วนตัว

ผู้สังเกตการณ์เป็นผู้เล่นที่ทรงพลังในโลกควอนตัม ตามทฤษฎีอนุภาคสามารถอยู่ในหลายสถานที่หรือรัฐในครั้งเดียว - นี่เรียกว่าการซ้อนทับ แต่ผิดปกตินี่เป็นเพียงกรณีที่พวกเขาไม่ได้สังเกต ครั้งที่สองที่คุณสังเกตระบบควอนตัมจะเลือกตำแหน่งหรือสถานะเฉพาะ - ทำลายการซ้อนทับ ความจริงที่ว่าธรรมชาติทำงานด้วยวิธีนี้ได้รับการพิสูจน์หลายครั้งในห้องแล็บ - ตัวอย่างเช่นในที่มีชื่อเสียงการทดลองสองครั้ง-

ที่เกี่ยวข้อง:18 ความลึกลับที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์

ในปี 1961 นักฟิสิกส์Eugene Wignerเสนอการทดลองทางความคิดที่เร้าใจ เขาถามว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อใช้กลศาสตร์ควอนตัมกับผู้สังเกตการณ์ที่ถูกสังเกต ลองนึกภาพว่าเพื่อนของ Wigner โยนเหรียญควอนตัม - ซึ่งอยู่ในการซ้อนทับของทั้งหัวและหาง - ภายในห้องปฏิบัติการปิด ทุกครั้งที่เพื่อนโยนเหรียญพวกเขาจะสังเกตเห็นผลลัพธ์ที่แน่นอน เราสามารถพูดได้ว่าเพื่อนของ Wigner สร้างความจริง: ผลของการโยนเหรียญคือหัวหรือหางอย่างแน่นอน

Wigner ไม่สามารถเข้าถึงข้อเท็จจริงนี้จากภายนอกและตามกลศาสตร์ควอนตัมต้องอธิบายเพื่อนและเหรียญที่จะอยู่ในการซ้อนทับของผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของการทดลอง นั่นเป็นเพราะพวกเขา "เข้าไปพัวพัน" -เชื่อมต่ออย่างน่ากลัวดังนั้นถ้าคุณจัดการกับคนอื่นคุณก็จะจัดการกับคนอื่นด้วย ตอนนี้ Wigner สามารถตรวจสอบการซ้อนทับนี้โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า "การทดลองรบกวน" - การวัดควอนตัมประเภทหนึ่งที่ช่วยให้คุณสามารถคลี่คลายการซ้อนทับของระบบทั้งหมดยืนยันว่าวัตถุสองชิ้นถูกพันกัน

เมื่อ Wigner และเพื่อนเปรียบเทียบบันทึกในภายหลังเพื่อนจะยืนยันว่าพวกเขาเห็นผลลัพธ์ที่แน่นอนสำหรับการโยนเหรียญแต่ละครั้ง อย่างไรก็ตาม Wigner จะไม่เห็นด้วยเมื่อใดก็ตามที่เขาสังเกตเห็นเพื่อนและเหรียญในการซ้อนทับ

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

สิ่งนี้นำเสนอปริศนา ความเป็นจริงที่เพื่อนรับรู้ไม่สามารถคืนดีกับความเป็นจริงภายนอกได้ เดิมที Wigner ไม่ได้พิจารณาถึงความขัดแย้งนี้มากนักเขาแย้งว่ามันจะไร้สาระที่จะอธิบายผู้สังเกตการณ์ที่มีสติเป็นวัตถุควอนตัม อย่างไรก็ตามเขาในภายหลังออกไปจากมุมมองนี้และตามตำราเรียนที่เป็นทางการเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมคำอธิบายใช้ได้อย่างสมบูรณ์แบบ-

การทดลอง

สถานการณ์ยังคงเป็นการทดลองทางความคิดที่น่าสนใจมานานแล้ว แต่มันสะท้อนความเป็นจริงหรือไม่? ในทางวิทยาศาสตร์มีความคืบหน้าเล็กน้อยเกี่ยวกับเรื่องนี้จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้เมื่อเร็ว ๆ นี้Caslav Bruknerที่มหาวิทยาลัยเวียนนาแสดงให้เห็นว่าภายใต้สมมติฐานบางอย่างความคิดของ Wignerสามารถใช้เพื่อพิสูจน์อย่างเป็นทางการการวัดในกลศาสตร์ควอนตัมนั้นเป็นเรื่องส่วนตัวของผู้สังเกตการณ์

Brukner เสนอวิธีการทดสอบความคิดนี้โดยการแปลสถานการณ์เพื่อนของ Wigner เป็นกรอบการทำงานก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์จอห์นเบลล์ในปี 1964 Brukner พิจารณาสองคู่ของ wigners และเพื่อนในสองกล่องแยกกันทำการวัดในรัฐที่ใช้ร่วมกัน - ทั้งภายในและภายนอกกล่องของพวกเขา ผลลัพธ์สามารถสรุปได้ในที่สุดจะถูกนำมาใช้ในการประเมินที่เรียกว่า"ความไม่เท่าเทียมของเบลล์"- หากความไม่เท่าเทียมนี้ถูกละเมิดผู้สังเกตการณ์อาจมีข้อเท็จจริงทางเลือก

ตอนนี้เราได้ทำการทดสอบครั้งแรกที่ Heriot-Watt University ใน Edinburgh ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดเล็กที่ประกอบไปด้วยโฟตอนที่พันกันสามคู่ คู่โฟตอนแรกแสดงถึงเหรียญและอีกสองคนใช้เพื่อทำการโยนเหรียญ - การวัดโพลาไรเซชันของโฟตอน - ภายในกล่องที่เกี่ยวข้อง นอกสองกล่องโฟตอนสองตัวยังคงอยู่ในแต่ละด้านที่สามารถวัดได้

แม้จะใช้เทคโนโลยีควอนตัมที่ทันสมัย ​​แต่ก็ใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการรวบรวมข้อมูลที่เพียงพอจากโฟตอนเพียงหกโฟตอนเพื่อสร้างสถิติเพียงพอ แต่ในที่สุดเราก็ประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นว่ากลศาสตร์ควอนตัมอาจไม่เข้ากันกับสมมติฐานของข้อเท็จจริงวัตถุประสงค์ - เราละเมิดความไม่เท่าเทียมกัน

อย่างไรก็ตามทฤษฎีนั้นขึ้นอยู่กับสมมติฐานสองสามข้อ สิ่งเหล่านี้รวมถึงผลลัพธ์การวัดไม่ได้รับอิทธิพลจากสัญญาณที่เดินทางสูงกว่าความเร็วแสงและผู้สังเกตการณ์มีอิสระที่จะเลือกการวัดที่จะทำ นั่นอาจเป็นหรือไม่เป็นเช่นนั้น

คำถามสำคัญอีกประการหนึ่งคือโฟตอนเดี่ยวถือได้ว่าเป็นผู้สังเกตการณ์หรือไม่ ในข้อเสนอทฤษฎีของ Brukner ผู้สังเกตการณ์ไม่จำเป็นต้องมีสติพวกเขาจะต้องสามารถสร้างข้อเท็จจริงในรูปแบบของผลการวัด เครื่องตรวจจับที่ไม่มีชีวิตจะเป็นผู้สังเกตการณ์ที่ถูกต้อง และกลไกควอนตัมตำราเรียนทำให้เราไม่มีเหตุผลที่จะเชื่อว่าเครื่องตรวจจับซึ่งสามารถทำขนาดเล็กได้ไม่กี่อะตอมไม่ควรอธิบายว่าเป็นวัตถุควอนตัมเหมือนกับโฟตอน อาจเป็นไปได้ว่ากลศาสตร์ควอนตัมมาตรฐานไม่ได้ใช้ในระดับความยาวขนาดใหญ่ แต่การทดสอบที่เป็นปัญหาแยกต่างหาก

การทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าอย่างน้อยสำหรับแบบจำลองกลไกควอนตัมในท้องถิ่นเราจำเป็นต้องคิดใหม่เกี่ยวกับความคิดของเราเกี่ยวกับความเป็นกลาง ข้อเท็จจริงที่เราพบในโลกมหึมาของเราดูเหมือนจะปลอดภัย แต่คำถามสำคัญเกิดขึ้นกับการตีความกลศาสตร์ควอนตัมที่มีอยู่สามารถรองรับข้อเท็จจริงส่วนตัวได้อย่างไร

นักฟิสิกส์บางคนมองว่าการพัฒนาใหม่เหล่านี้เป็นการสนับสนุนการตีความที่อนุญาตให้เกิดผลลัพธ์มากกว่าหนึ่งรายการสำหรับการสังเกตเช่นการดำรงอยู่ของจักรวาลคู่ขนานซึ่งแต่ละผลลัพธ์เกิดขึ้น คนอื่นมองว่าเป็นหลักฐานที่น่าสนใจสำหรับทฤษฎีที่ขึ้นอยู่กับผู้สังเกตการณ์ภายในเช่นควอนตัมเบย์การกระทำและประสบการณ์ของตัวแทนเป็นความกังวลหลักของทฤษฎี แต่คนอื่น ๆ ก็ใช้สิ่งนี้เป็นตัวชี้ที่แข็งแกร่งซึ่งบางทีกลศาสตร์ควอนตัมอาจจะพังทลายลงเหนือระดับความซับซ้อนบางอย่าง

เห็นได้ชัดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นคำถามเชิงปรัชญาที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับธรรมชาติพื้นฐานของความเป็นจริง ไม่ว่าจะเป็นคำตอบในอนาคตที่น่าสนใจรออยู่

บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกที่บทสนทนาสิ่งพิมพ์มีส่วนร่วมในบทความเกี่ยวกับ Live Science'sVoices Expert: Op-Ed & Insights-