Wigneri sõbra paradoks: kas on olemas objektiivne reaalsus?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Mis on reaalsus? Ja kes oskab sellele küsimusele vastata? Möödunud aastal katsetasid Šotimaa Heriot-Watti ülikooli teadlased huvitavat katset, mis viitab sellele, et objektiivset reaalsust ei pruugi eksisteerida.

Vaatamata sellele, et kunagi oli see idee vaid teooria, siis nüüd suutsid teadlased selle ülikooli labori seintele üle kanda ja seetõttu katsetada. Kuna kvantmaailmas annavad erinevatest positsioonidest mõõtmised erinevaid tulemusi, kuid on samal ajal võrdselt õiged, siis läbiviidud katse näitas, et kvantfüüsika maailmas saavad kaks inimest jälgida sama sündmust ja erinevaid tulemusi; aga kumbagi neist kahest sündmusest ei saa pidada valeks.

Teisisõnu, kui kaks inimest näevad kahte erinevat reaalsust, ei suuda nad kokku leppida, milline neist on õige. Seda paradoksi tuntakse "Wigneri sõbra paradoksina" ja nüüd on teadlased seda eksperimentaalselt tõestanud.

Kvantmehaanika on teoreetilise füüsika haru, mis kirjeldab aatomite, ioonide, molekulide, elektronide, footonite, kondenseerunud aine ja teiste elementaarosakeste põhiomadusi ja käitumist.

Wigneri sõbra paradoks

1961. aastal seadis Nobeli füüsikapreemia laureaat Eugene Wigner tõsiselt kahtluse alla, mis on objektiivne reaalsus. Teadlane pakkus välja ühe kummalisema kvantmehaanika katse, mis hõlmas ideed, et kaks inimest suudavad jälgida kahte erinevat reaalsust ja kumbki neist ei oleks tehniliselt vale. Aga kuidas?

Mõtteeksperimendis, mida nimetatakse Wigneri sõbra paradoksiks, uurivad kaks laboratooriumi teadlast footonit, valguse väikseimat kvantitatiivset ühikut. On tähelepanuväärne, et sellel polariseeritud footonil võib mõõtmisel olla kas horisontaalne või vertikaalne polarisatsioon. Kuid enne mõõtmist eksisteerib kvantmehaanika seaduste kohaselt footon mõlemas polarisatsiooni olekus samaaegselt – nn superpositsioonis.

Niisiis kujutas Wigner ette, kuidas tema sõber teises laboris mõõdab selle footoni olekut ja jätab tulemuse meelde, samal ajal kui Wigner ise jälgib kaugelt. Samas ei ole Wigneril oma sõbra mõõtmise kohta infot ja seetõttu on ta sunnitud eeldama, et footon ja selle mõõtmine on superpositsioonis kõigi võimalike katsetulemustega.

Kuid see on teravas vastuolus Wigneri sõbra seisukohaga, kes tegelikult mõõtis footoni polarisatsiooni ja salvestas selle! Sõber võib isegi Wignerile helistada ja öelda, et mõõtmine on tehtud (eeldusel, et tulemust ei avaldata). Seega saame kaks üksteisega vastuolus olevat reaalsust, mis seab kahtluse alla kahe vaatleja tuvastatud faktide objektiivsuse.

On tähelepanuväärne, et kuni 2019. aastani – kuni Rootsi teadlased sama katset laboris tegid – oli Wigneri sõbra paradoks puhtalt mõtteeksperiment. Just nagu Austria teoreetilise füüsiku Edwin Schrödingeri pakutud maailmakuulus eksperiment.

Schrödingeri kass on mõtteeksperiment, mis kirjeldab kvantmehaanika absurdsust. Kujutage ette, et teil on kass ja kast. Kasti paned kassi, radioaktiivse aine ja spetsiaalse mehhanismi, mis avab kolbi mürgiga. Kinnises kastis oleva radioaktiivse aatomi lagunemise korral – ja see võib juhtuda iga hetk – avab mehhanism mürgiga anuma ja kass sureb. Kuid saate teada ainult seda, kas radioaktiivne aatom on lagunenud või mitte, saate ainult kasti vaadata. Kuni selle hetkeni on kass kvantfüüsika põhimõtete kohaselt nii elus kui ka surnud, st superpositsioonis.

Kas objektiivset reaalsust pole?

Teadlased kasutasid kuut takerdunud footoni, et luua laboris kaks alternatiivset reaalsust. Üks reaalsus esindas Wigneri reaalsust, teine tema sõbra reaalsust. Wigneri sõber mõõtis footoni polarisatsiooni ja salvestas tulemuse, misjärel tegi Wigner ise interferentsimõõtmise, et teha kindlaks, kas mõõtmine ja footon on superpositsioonis.

Teadlaste rühma saadud tulemused olid segased. Selgus, et mõlemad reaalsused võivad eksisteerida koos, isegi kui need viivad kokkusobimatute tulemusteni – just nagu Eugene Wigner ennustas. Aga kas neid on võimalik lepitada?

Arvamus, et vaatlejad saavad lõpuks oma mõõtmised mõne fundamentaalse reaalsuse kohta ühildada, põhineb mitmel eeldusel.

Esiteks on universaalsed faktid olemas ja vaatlejad võivad nendega nõustuda.

Teiseks, ühe vaatleja valik ei mõjuta teiste vaatlejate valikut – seda eeldust nimetab füüsika lokaalsuseks. Nii et kui on olemas objektiivne reaalsus, millega kõik nõustuvad, on kõik need oletused tõesed.

Kuid ajakirjas Science Advances avaldatud Heriot-Watti ülikooli teadlaste töö tulemused näitavad, et objektiivset reaalsust ei eksisteeri. Teisisõnu, eksperiment viitab sellele, et üks või mitu eeldust - idee, et on olemas reaalsus, millega saame nõustuda, idee, et meil on vaba valik, või idee lokaalsusest - peavad olema valed.

"Teaduslik meetod tugineb korduvate mõõtmistega kindlaks tehtud universaalsetele faktidele, sõltumata sellest, kes vaatlusi tegi," kirjutavad teadlased oma töös.

Ma ei tea, kuidas teil on, aga mu pea käib ringi, sest saadud tulemused annavad tõelisi tõendeid selle kohta, et kui rääkida kvantfüüsika valdkonnast, siis sellist asja nagu objektiivne reaalsus pole olemas.