Bereits 1961 skizzierte der Physiker und Nobelpreisträger Eugene Wigner ein Gedankenexperiment, das eines der am wenigsten bekannten Paradoxe der Quantenmechanik demonstrierte. Das Experiment zeigt, wie die seltsame Natur des Universums es zwei Beobachtern - sagen Wigner und Wigners Freund - ermöglicht, unterschiedliche Realitäten zu erleben. Seitdem haben Physiker das Gedankenexperiment "Wigners Freund" genutzt, um die Art der Messungen zu untersuchen und zu diskutieren, ob objektive Fakten existieren.
Lassen Sie uns zunächst über Wigners Gedankenexperiment sprechen:
Angenommen, zwei Personen öffnen gleichzeitig die Schachtel mit Schrödingers Katze. Wenn das Ergebnis (des Zusammenbruchs der Wellenfunktion) vom Beobachter gewählt wird, wie dies durch die idealistische Lösung impliziert wird, entsteht ein Problem, wenn die beiden Beobachter unterschiedliche Entscheidungen treffen. Wenn wir eines der beiden Ergebnisse nennen, kann nur einer der Beobachter eine Wahl treffen, und Befürworter des Realismus halten diese Entscheidung zu Recht für unbefriedigend.
Das Paradoxon ist wichtig geworden, weil Wissenschaftler Experimente durchführen, um objektive Fakten zu ermitteln. Aber wie können sie sich auf diese Tatsachen einigen, wenn sie mit unterschiedlichen Realitäten konfrontiert sind? Wigners Gedankenexperiment war nie mehr als ein Gedankenexperiment.
Im vergangenen Jahr stellten die Physiker jedoch fest, dass die jüngsten Fortschritte in der Quantentechnologie es ermöglicht haben, den Test von Wigners Freund in einem realen Experiment zu wiederholen. Mit anderen Worten, es ist möglich geworden, verschiedene Realitäten zu erstellen und sie im Labor zu vergleichen, um herauszufinden, ob sie miteinander in Einklang gebracht werden können.
Gibt es eine objektive Realität?
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Und heute sagten Massimiliano Proietti von der Heriot-Watt-Universität in Edinburgh und einige seiner Kollegen, dass sie dieses Experiment zum ersten Mal durchgeführt hätten: Sie haben verschiedene Realitäten geschaffen und sie verglichen. Und sie kamen zu dem Schluss, dass Wigner Recht hatte: Diese Realitäten können insofern unvereinbar sein, als es unmöglich ist, in einem Experiment einen Konsens über objektive Tatsachen zu erzielen.
Wigners ursprüngliches Gedankenexperiment begann mit einem einzelnen polarisierten Photon, das gemessen gemessen horizontal oder vertikal polarisiert werden kann. Vor der Messung existiert das Photon jedoch nach den Gesetzen der Quantenmechanik in beiden Polarisationszuständen gleichzeitig - der sogenannten Überlagerung.
Wigner stellte sich einen Freund in einem anderen Labor vor, der den Zustand dieses Photons misst und das Ergebnis speichert, während Wigner aus der Ferne beobachtet. Wigner hat keine Informationen über die Messungen seines Freundes und muss daher davon ausgehen, dass sich das Photon und seine Messung in einer Überlagerung aller möglichen experimentellen Ergebnisse befinden.
Wigner kann sogar ein Experiment durchführen, um festzustellen, ob diese Überlagerung existiert oder nicht. Eine Art Interferenzexperiment, das zeigt, dass sich das Photon und die Messung tatsächlich überlagern.
Aus Wigners Sicht ist dies eine "Tatsache" - Überlagerung existiert. Und diese Tatsache legt nahe, dass die Messung nicht durchgeführt werden konnte.
Aber sein Freund wird dem nicht zustimmen, da er die Polarisation des Photons gemessen und aufgezeichnet hat. Der Freund kann sogar Wigner anrufen und ihm mitteilen, dass die Messung durchgeführt wurde (vorausgesetzt, das Ergebnis wird nicht bekannt gegeben).
Zwei Realitäten widersprechen sich. „Dies wirft Zweifel am objektiven Status der von den beiden Beobachtern festgestellten Tatsachen auf“, sagt Proietti.
Das ist die Theorie, aber letztes Jahr hat Caslav Bruckner von der Universität Wien in Australien einen Weg gefunden, den Wigner-Freund im Labor mithilfe von Techniken nachzubilden, bei denen viele Partikel gleichzeitig verwickelt werden.
Proiettis Durchbruch war, dass sie es tatsächlich getan haben. Sie haben ein erweitertes "Freund von Wigner" -Szenario in einem modernen Sechs-Photonen-Experiment implementiert.
Sechs Photonen wurden verwickelt, um zwei alternative Realitäten zu erschaffen - eine für Wigner und eine für Wigners Freund. Wigners Freund misst die Polarisation des Photons und speichert das Ergebnis. Wigner führt dann eine Interferenzmessung durch, um festzustellen, ob sich die Messung und das Photon überlagern.
Das Experiment ergab ein mehrdeutiges Ergebnis. Es stellt sich heraus, dass beide Realitäten koexistieren können, selbst wenn sie zu unvereinbaren Ergebnissen führen, wie von Wigner vorhergesagt. Dies wirft eine Reihe interessanter Fragen auf, die die Physiker dazu veranlassen, die Natur der Realität zu überdenken.
Die Idee, dass Beobachter ihre Messungen letztendlich in einer fundamentalen Realität in Einklang bringen können, basiert auf mehreren Annahmen. Erstens existieren universelle Fakten, auf die sich Beobachter einigen können.
Es gibt aber auch andere Annahmen. Zum einen können Beobachter beliebige Beobachtungen machen. Und noch etwas: Die Wahl, die ein Beobachter trifft, hat keinen Einfluss auf die Wahl anderer Beobachter. Diese Annahme der Physik nennt man Lokalität.
Wenn es eine objektive Realität gibt, der jeder zustimmen kann, sind alle diese Annahmen korrekt.
Das Ergebnis von Proietti und seinen Kollegen legt jedoch nahe, dass es keine objektive Realität gibt. Mit anderen Worten, ein Experiment geht davon aus, dass eine oder mehrere Annahmen darin bestehen, dass es eine Realität gibt, mit der wir einverstanden sind. Was ist Wahlfreiheit? oder Ort - sollte falsch sein.
Es gibt natürlich noch eine andere Option. Die Möglichkeit, dass es eine Lücke gibt, die die Experimentatoren verpasst haben. Tatsächlich haben Physiker seit vielen Jahren versucht, die Lücken in solchen Experimenten zu schließen, aber sie geben zu, dass sie möglicherweise nie alle schließen können.
Arbeit hat jedoch wichtige Auswirkungen auf die Wissenschaft. Der nächste Schritt besteht darin, weiter zu gehen: Experimente zu erstellen, die immer bizarrere alternative Realitäten schaffen, die sich nicht miteinander vereinbaren lassen. Wohin uns das führen wird, weiß niemand.
Ilya Khel
