Υπάρχουν περισσότερες από μία πραγματικότητες στην Κβαντική Φυσική

Δύο διαφορετικές όψεις της πραγματικότητας υπάρχουν ταυτόχρονα

Μπορούν δύο διαφορετικές όψεις της πραγματικότητας να υπάρχουν ταυτόχρονα; Οι φυσικοί λένε ότι μπορούν – στο κβαντικό όμως επίπεδο. Δηλαδή διαφορετικές παρατηρήσεις της ίδιας πραγματικότητας (σε φωτόνια) και οι δύο μπορεί να είναι σωστές. Ερευνητές διενήργησαν πρόσφατα πειράματα για να απαντήσουν σε μια πολυετή θεωρητική ερώτηση σχετικά με ανταγωνιστικές πραγματικότητες. Αυτό το πονηρό νοητικό πείραμα πρότεινε ότι δύο άτομα που
παρατηρούν το ίδιο φωτόνιο θα μπορούσαν να καταλήξουν σε διαφορετικά συμπεράσματα σχετικά με την κατάσταση του φωτονίου – και όμως και οι δύο παρατηρήσεις τους θα ήταν σωστές.

Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες δημιουργούν τις συνθήκες που περιγράφονται σε ένα νοητικό πείραμα. Τα αποτελέσματά τους επιβεβαίωσαν ότι ακόμα και όταν οι παρατηρητές περιγράφουν διαφορετικές καταστάσεις στο ίδιο φωτόνιο, οι δύο αντικρουόμενες πραγματικότητες θα μπορούσαν να είναι και οι δύο αληθινές.
«Μπορείτε να τις επαληθεύσετε και τις δύο», δήλωσε το μέλος της ομάδας Martin Ringbauer, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Πειραματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Innsbrück στην Αυστρία.

Ο “φίλος του Wigner”
Αυτή η περίπλοκη ιδέα ήταν το πνευματικό τέκνο του Eugene Wigner, που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1963. Το 1961, ο Wigner εισήγαγε ένα νοητικό πείραμα που έγινε γνωστό ως «φίλος του Wigner». Αρχίζει με ένα φωτόνιο.  Όταν ένας παρατηρητής σε απομονωμένο εργαστήριο μετράει το φωτόνιο, διαπιστώνει ότι η πόλωση του σωματιδίου – ο άξονας στον οποίο περιστρέφεται – είναι είτε κατακόρυφη είτε οριζόντια.
Ωστόσο, πριν μετρηθεί το φωτόνιο, το φωτόνιο εμφανίζει και τις δύο πολώσεις ταυτόχρονα, όπως υπαγορεύεται από τους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Υπάρχει σε μια «υπέρθεση» δυο πιθανών καταστάσεων.
Μόλις ο φυσικός στο εργαστήριο μετρήσει το φωτόνιο, το σωματίδιο λαμβάνει μια σταθερή πόλωση (θεωρείται ότι έχει μια δεδομένη πόλωση πια). Αλλά για κάποιον φυσικό έξω από αυτό το κλειστό εργαστήριο που δεν γνωρίζει το αποτέλεσμα των μετρήσεων, το μη μετρημένο φωτόνιο είναι ακόμα σε κατάσταση υπέρθεσης.
Αυτή η παρατήρηση του εξωτερικού παρατηρητή – η πραγματικότητά του – αποκλίνει από την πραγματικότητα του φυσικού μέσα στο εργαστήριο που μετρά το φωτόνιο. Ωστόσο, καμία από αυτές τις αντικρουόμενες παρατηρήσεις δεν θεωρείται λανθασμένη, σύμφωνα με την κβαντική μηχανική.
Ο “φίλος του Wigner” συνδέεται άμεσα με το πρόβλημα της μέτρησης στην κβαντομηχανική στο διάσημο παράδοξο της γάτας του Schrödinger .

Τροποποιημένες καταστάσεις
Για δεκαετίες, η τολμηρή πρόταση του Wigner που μπέρδευε τους φυσικούς ήταν απλά ένα ενδιαφέρον νοητικό πείραμα. Αλλά τα τελευταία χρόνια, οι σημαντικές εξελίξεις στη φυσική επέτρεψαν τελικά ειδικούς να δοκιμάσουν την πρόταση του Wigner, δήλωσε ο Ringbauer.
«Χρειάστηκαν οι θεωρητικές πρόοδοι των τελευταίων ετών για να διατυπωθεί το πρόβλημα με τρόπο που να μπορεί να ελεγχθεί. Στη συνέχεια, η πειραματική πλευρά χρειάζεται μια εξέλιξη στον έλεγχο των κβαντικών συστημάτων με σκοπό να υλοποιήσει κάτι τέτοιο», εξήγησε.

Ο Ringbauer και οι συνεργάτες του εξέτασαν την αρχική ιδέα του Wigner με ένα ακόμη αυστηρότερο πείραμα που διπλασίασε το σενάριο. Κατέγραψαν δύο «εργαστήρια» όπου θα πραγματοποιούσαν τα πειράματα και εισήγαγαν δύο ζεύγη πεπλεγμένων φωτονίων, πράγμα που σημαίνει ότι οι μοίρες τους συνδέονταν έτσι, ώστε η γνώση της κατάστασης του ενός φωτονίου να σας λέει αυτόματα την κατάσταση του άλλου. Οι τέσσερις «άνθρωποι» στο σενάριο – «Alice», «Bob» και ένας «φίλος» του καθενός – δεν ήταν πραγματικοί, αλλά αντιπροσώπευαν τους παρατηρητές του πειράματος).
Οι δύο φίλοι της Αλίκης και του Μπομπ, οι οποίοι βρίσκονταν «μέσα» σε κάθε ένα από τα εργαστήρια, μετρούσαν ένα φωτόνιο σε ένα πεπλεγμένο ζευγάρι φωτονίων. Αυτό έσπασε την διεμπλοκή και κατέρρευσε την υπέρθεση, πράγμα που σημαίνει ότι το φωτόνιο που μέτρησαν υπήρξε σε μια ορισμένη κατάσταση πόλωσης. Κατέγραψαν δε τα αποτελέσματα τους σε κβαντική μνήμη – που αντιγράφησαν στην πόλωση του δεύτερου φωτονίου.
Στην Αλίκη και τον Μπομπ, οι οποίοι ήταν «έξω» από τα κλειστά εργαστήρια, τους παρουσιάστηκαν στη συνέχεια δύο επιλογές για τη διεξαγωγή των δικών τους παρατηρήσεων. Μπορούσαν να μετρήσουν τα αποτελέσματα των φίλων τους που είχαν αποθηκευτεί στην κβαντική μνήμη και έτσι να καταλήξουν στα ίδια συμπεράσματα για τα πολωμένα φωτόνια.

Όμως θα μπορούσαν, επίσης, να διεξάγουν το δικό τους πείραμα μεταξύ των πεπλεγμένων φωτονίων. Σε αυτό το πείραμα, γνωστό ως ένα πείραμα συμβολής, όταν τα φωτόνια δρουν ως κύματα και εξακολουθούν να υφίστανται σε μια υπέρθεση των καταστάσεων, τότε η Αλίκη και ο Μπομπ θα δουν ένα χαρακτηριστικό μοτίβο φωτεινών και σκοτεινών κροσσών, όπου οι κορυφές και οι κοιλάδες των φωτεινών κυμάτων είτε προστίθενται ή ακυρώνουν το ένα το άλλο. Εάν τα σωματίδια έχουν «επιλέξει» την κατάστασή τους, θα δείτε διαφορετικό μοτίβα από το αν δεν το είχαν κάνει. Ο Wigner είχε προτείνει στο παρελθόν ότι αυτό θα αποκάλυπτε ότι τα φωτόνια ήταν ακόμα σε κατάσταση διεμπλοκής.
Οι συντάκτες της νέας μελέτης διαπίστωσαν ότι ακόμα και στο διπλό σενάριο τους, τα αποτελέσματα που περιγράφονται από τον Wigner πραγματοποιήθηκαν. Η Αλίκη και ο Μπομπ θα μπορούσαν να καταλήξουν σε συμπεράσματα σχετικά με τα φωτόνια που ήταν σωστά και αποδεδειγμένα και τα οποία ακόμα διέφεραν από τις παρατηρήσεις των φίλων τους – τα οποία ήταν επίσης σωστά και αποδεδειγμένα, σύμφωνα με τη μελέτη.
Η κβαντομηχανική περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο ο κόσμος λειτουργεί σε μια κλίμακα τόσο μικρή ώστε οι κανονικοί κανόνες της φυσικής δεν ισχύουν πλέον. Για πολλές δεκαετίες, οι ειδικοί που μελετούν τον τομέα αυτό έχουν προσφέρει πολλές ερμηνείες για το τι σημαίνει αυτό, λέει ο Ringbauer.

Ωστόσο, αν οι μετρήσεις οι ίδιες δεν είναι απόλυτες – όπως υποδηλώνουν αυτά τα νέα ευρήματα – αυτές αμφισβητούν την ίδια την έννοια της κβαντικής μηχανικής.
«Φαίνεται ότι, σε αντίθεση με την κλασσική φυσική, τα αποτελέσματα των μετρήσεων δεν μπορούν να θεωρηθούν η απόλυτη αλήθεια, αλλά πρέπει να γίνουν κατανοητά σε σχέση με τον παρατηρητή που πραγματοποίησε τη μέτρηση», δήλωσε ο Ringbauer.

«Οι ιστορίες που λέμε για την κβαντομηχανική πρέπει να προσαρμοστούν σε αυτό το νέο πείραμα», συμπλήρωσε.
Πηγή
Από το physics4u