Létezhetnek egyszerre a valóság két verziója? A fizikusok azt mondják, hogy képesek - kvantumszinten, vagyis.
A kutatók nemrégiben kísérleteket végeztek egy évtizedes fizikai fizikai kérdés megválaszolására a valóság párbeszédéről. Ez a trükkös gondolatkísérlet azt javasolta, hogy két, ugyanazt a fotont megfigyelő egyén eltérő következtetéseket vonjon le a foton állapotáról - és mindegyik megfigyelésük helyes lenne.
A tudósok először ismétlik a gondolatkísérletben leírt körülményeket. Eredményeik - az arXiv preprint nyomtatott folyóiratban, február 13., közzétették - megerősítették, hogy még akkor is, ha a megfigyelők ugyanazon fotonban különféle állapotokat írnak le, a két egymással ellentétes valóság is igaz lehet.
"Mindkettőt ellenőrizheti" - mondta a Live Sciencenek Martin Ringbauer, az osztrák Innsbrücki Egyetem Kísérleti Fizikai Tanszékének posztdoktori kutatója.
Wigner barátja
Ez a megdöbbentő ötlet Eugene Wigner, az 1963-as Nobel-fizikai díj elnyerőjének agyalapja. 1961-ben Wigner bevezetett egy gondolati kísérletet, amelyről „Wigner barátja” lett. Fotonnal kezdődik - a fény részecskéje. Amikor egy megfigyelő egy izolált laboratóriumban megméri a fotont, úgy találják, hogy a részecske polarizációja - a tengely, amelyen forog - függőleges vagy vízszintes.
Mielőtt azonban a fotont megmérnék, a foton egyszerre mindkét polarizációt megjeleníti, amint azt a kvantummechanika törvényei előírják; két lehetséges állapot "szuperpozíciójában" létezik.
Miután a laboratóriumi személy megméri a fotont, a részecske rögzített polarizációt vesz fel. De azon a zárt laboratóriumon kívüli személy számára, aki nem ismeri a mérések eredményét, a nem mért foton továbbra is superpozíciós állapotban van.
Ez a kívülálló megfigyelés - valóságuk - tehát eltér a laboratóriumi személy valóságától, aki megmérte a fotont. A kvantummechanika szerint ezeknek az egymásnak ellentmondó megfigyeléseknek egyikét sem gondolják helytelennek.
Megváltozott állapotok
Wigner gondolkodásmódjának évtizedek óta csak érdekes gondolatkísérlete volt. Az utóbbi években azonban a fizika jelentős fejlődése lehetővé tette a szakértőknek, hogy teszteljék Wigner javaslatát - mondta Ringbauer.
"Elméleti előrelépésekre volt szükség a probléma tesztelhető módon történő megfogalmazásához. Ezután a kísérleti oldalon fejleszteni kellett a kvantumrendszerek irányítását valami hasonló megvalósításához" - magyarázta.
Ringbauer és kollégái Wigner eredeti ötletét még szigorúbb kísérlettel tesztelték, amely megduplázta a forgatókönyvet. Két "laboratóriumot" jelöltek ki, ahol a kísérletekre sor kerül, és bevezettek két pár összefonódott fotont, ami azt jelenti, hogy sorsaik össze vannak kötve, úgy hogy az egyik állapotának ismerete automatikusan megmondja a másik állapotát. (A beállított fotonok valósak voltak. A forgatókönyvben szereplő négy „ember” - „Alice”, „Bob” és mindegyik „barátja” - nem voltak valósak, hanem a kísérlet megfigyelőit képviselték).
Alice és Bob két barátja, akik az egyes laboratóriumokban "belül" helyezkedtek el, mindegyik egy fotont mért összefonódott párban. Ez megtörte az összefonódást és összeomlott a szuperpozíció, azaz az általuk mért foton határozott polarizációs állapotban létezett. Az eredményeket kvantummemóriában rögzítették - a második foton polarizációjában lemásolva.
Alice-nek és Bob-nak, akik "kívül" voltak a zárt laboratóriumokban, két választási lehetőséget kaptak a saját megfigyelésük elvégzéséhez. Meg tudták mérni a barátok eredményeit, amelyeket a kvantummemóriában tároltak, és ugyanezeket a következtetéseket vonhatják le a polarizált fotonokról.
De be tudták vezetni a saját kísérletüket is az összefonódott fotonok között. Ebben a kísérletben, amelyet interferencia kísérletnek nevezünk, ha a fotonok hullámként viselkednek, és továbbra is léteznek állapotok szuperpozíciójában, akkor Alice és Bob jellegzetes világos és sötét bordák mintázatát látja, ahol a fényhullámok csúcsa és völgyei hozzáadódnak fel, vagy törlik egymást. Ha a részecskék "megválasztották" állapotát, akkor más mintát látna, mintha nem lennének. Wigner korábban azt javasolta, hogy ez kiderítse, hogy a fotonok még mindig összefonódtak.
Az új tanulmány szerzői úgy találták, hogy Wigner által leírt eredmények még a kettős szcenáriójukban is megmaradtak. Alice és Bob következtetéseket vonhatott le a fotonokról, amelyek helyesek és bizonyíthatóak, és amelyek mégis különböznek a barátaik megfigyeléseitől - amelyek szintén helytállóak és bizonyíthatóak voltak a tanulmány szerint.
A kvantummechanika leírja, hogy a világ miként működik olyan kicsiben, hogy a fizika normális szabályai már nem érvényesek; Ringbauer szerint sok évtizeden keresztül a területet vizsgáló szakemberek számos értelmezést kínáltak arra, hogy mit jelent ez.
Ha azonban a mérések önmagukban nem abszolút eredmények - amint ezek az új eredmények azt sugallják -, akkor ez megkérdőjelezi a kvantummechanika jelentését.
"Úgy tűnik, hogy a klasszikus fizikával ellentétben a mérési eredményeket nem lehet abszolút igazságnak tekinteni, hanem meg kell érteni a mérést végrehajtó megfigyelőhöz képest" - mondta Ringbauer.
"A kvantummechanikáról mondott történeteknek alkalmazkodniuk kell ehhez" - mondta.
