Füüsik ja Nobeli preemia laureaat Eugene Wigner visandas 1961. aastal mõttekatse, mis demonstreeris kvantmehaanika ühte kõige vähem tuntud paradoksi. Katse näitab, kuidas universumi kummaline olemus võimaldab kahel vaatlejal - öelda Wigneril ja Wigneri sõbral - erinevat reaalsust. Pärast seda on füüsikud kasutanud mõttelist eksperimenti "Wigneri sõber", et uurida mõõtmiste olemust ja arutada objektiivsete faktide olemasolu üle.
Kõigepealt räägime Wigneri mõttekatsest:
Oletame, et kaks inimest avavad korraga kasti Schrödingeri kassiga. Kui vaatleja valib (lainefunktsiooni kokkuvarisemise) tulemuse, nagu vihjab idealistlik lahendus, siis kui kaks vaatlejat teevad erinevad valikud, tekib probleem. Kui nimetame ühe kahest tulemusest, siis saab valiku teha vaid üks vaatlejatest ja realismi toetajad peavad seda otsust õigustamatult ebarahuldavaks.
Paradoks on muutunud oluliseks, kuna teadlased viivad objektiivsete faktide tuvastamiseks läbi katseid. Kuid kui nad seisavad silmitsi erineva reaalsusega, kuidas nad saavad kokku leppida, mis need faktid võivad olla? Wigneri mõtteeksperiment polnud kunagi midagi enamat kui mõtteeksperiment.
Kuid eelmisel aastal märkasid füüsikud, et hiljutised kvanttehnoloogia edusammud võimaldasid Wigneri sõbra testi korrata reaalses katses. Teisisõnu: sai võimalikuks luua erinevaid reaalsusi ja neid laboris võrrelda, et teada saada, kas neid on võimalik omavahel ühildada.
Kas on olemas objektiivne reaalsus?
Reklaamvideo:
Ja täna ütlesid Massimiliano Proietti Edinburghi Heriot-Watt ülikoolist ja mitmed tema kolleegid, et nad viisid seda katset läbi esimest korda: nad lõid erinevaid tegevusi ja võrdlesid neid. Ja nad jõudsid järeldusele, et Wigneril oli õigus: need reaalsused võivad olla omavahel kokkusobimatud, kuivõrd on võimatu saavutada eksperimendis objektiivsete faktide osas konsensust.
Wigneri algne mõttekatse algas ühe polariseeritud fotoniga, mille mõõtmisel võib see olla horisontaalselt või vertikaalselt polariseeritud. Kuid enne mõõtmist eksisteerib kvantmehaanika seaduste kohaselt footon mõlemas polarisatsiooniseisundis samaaegselt - nn superpositsioon.
Wigner kujutas ette sõbra teises laboris, kes mõõdab selle footoni olekut ja salvestab tulemuse, Wigner aga eemalt. Wigneril pole sõbra mõõtmiste kohta teavet ja seetõttu peab ta eeldama, et footon ja selle mõõtmine on kõigi võimalike katsetulemuste pealkirjastatud.
Wigner võib isegi katse läbi viia, et teha kindlaks, kas see superpositsioon on olemas või mitte. Omamoodi segamiskatse, mis näitab, et footon ja mõõt on tõepoolest üksteise suhtes.
Wigneri seisukohast on see "fakt" - superpositsioon on olemas. Ja see asjaolu viitab sellele, et mõõtmist ei olnud võimalik läbi viia.
Kuid tema sõber ei nõustu sellega, kuna ta mõõtis footoni polarisatsiooni ja salvestas selle. Sõber võib isegi helistada Wignerile ja öelda talle, et mõõtmine on tehtud (kui tulemust ei avaldata).
Kaks reaalsust on üksteisega vastuolus. "See seab kahtluse alla kahe vaatleja tuvastatud faktide objektiivse staatuse," ütleb Proietti.
See on teooria, kuid eelmisel aastal tuli Caslav Bruckner Austraalia Viini ülikoolist välja viisiga taaselustada Wigneri sõber laboris, kasutades tehnikaid, mis hõlmavad paljude osakeste korraga takerdumist.
Proietti läbimurre oli see, et nad tegid selle tegelikult ära. Nad rakendasid kaasaegses kuue footoni katses laiendatud "Wigneri sõbra" stsenaariumi.
Kuus footonit olid takerdunud, et luua kaks vahelduvat reaalsust - üks esindab Wignerit ja teine Wigneri sõpra. Wigneri sõber mõõdab footoni polarisatsiooni ja salvestab tulemuse. Seejärel teeb Wigner häirete mõõtmise, et näha, kas mõõtmine ja footon on üksteise suhtes.
Katse andis mitmetähendusliku tulemuse. Selgub, et mõlemad reaalsused võivad eksisteerida koos, isegi kui need annavad omavahel vastuolulisi tulemusi, nagu Wigner ennustas. See tekitab mitmeid huvitavaid küsimusi, mis ajendavad füüsikuid tegelikkuse olemust ümber mõtlema.
Idee, et vaatlejad saavad lõppkokkuvõttes oma mõõtmised mingis fundamentaalses reaalsuses ühitada, põhineb mitmel eeldusel. Esiteks on universaalsed faktid olemas ja vaatlejad saavad neis kokku leppida.
Kuid on ka teisi eeldusi. Üks on see, et vaatlejatel on vabadus teha mis tahes vaatlusi. Ja veel üks asi: ühe vaatleja tehtud valik ei mõjuta teiste vaatlejate valikut. Seda füüsika oletust nimetatakse lokaalsuseks.
Kui on olemas objektiivne reaalsus, millega kõik võivad nõustuda, siis on kõik need eeldused õiged.
Kuid Proietti ja tema kolleegide tulemus viitab sellele, et objektiivset reaalsust ei eksisteeri. Teisisõnu, eksperiment eeldab, et ühe või mitme eelduse kohaselt on olemas reaalsus, millega me nõustume; mis on valikuvabadus; või paikkond - peaks olema vale.
Muidugi on veel üks võimalus. Võimalus, et on lünka, millest eksperimenteerijad mööda lasid. Tegelikult on füüsikud juba aastaid püüdnud selliste katsetega lünki sulgeda, kuid nad möönavad, et ei pruugi kunagi õnnestuda neid kõiki sulgeda.
Tööl on aga teadusele oluline mõju. Järgmine samm on minna kaugemale: luua eksperimente, mis loovad üha veidramaid alternatiivseid reaalsusi, mida on võimatu ühitada. Kuhu see meid viib, ei tea keegi.
Ilja Khel
