Физики давно подозревали, что квантовая механика позволяет двум наблюдателям испытать разные, противоречивые реальности. Теперь они провели первый эксперимент, который доказывает это.
Об этом сообщается в журнале MIT Technology Review.
Ученые экспериментально доказали существование парадокса друга Вигнера, согласно которому двое ученых могут наблюдать различные состояния одной и той же физической системы одновременно. Они воспроизвели мысленный эксперимент физика Юджина Вигнера, согласно которому один из ученых — друг Вигнера — измеряет в лаборатории состояние фотона, который может иметь вертикальную или горизонтальную поляризацию.
До измерения фотон находится в суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно. Сам Вигнер наблюдает за экспериментом издалека и не может определить, какой результат получил его коллега.
С точки зрения Вигнера, фотон и лаборатория находятся в суперпозиции даже тогда, когда его друг уже получил результат. Ученый даже может провести интерференционный эксперимент, подтверждающий, что суперпозиция все еще существует. Это входит в противоречие с точкой зрения друга, которому уже известно состояние фотона, и он может позвонить Вигнеру и сказать, что измерение было сделано. Таким образом, ученые как бы существуют в двух противоречащих друг другу реальностях.
Исследователи воспроизвели мысленный эксперимент Вигнера с шестью запутанными фотонами. Физики сначала рассмотрели пару запутанных физических систем в двух разных лабораториях, в одной из которых находится друг Боба, а в другой — друг Алисы. Каждый из них измеряет состояние своей системы и записывает результат (переменные A0 и B0). Сами Боб и Алиса находятся вне лабораторий и могут либо измерить состояние записи, полученной друзьями, то есть подтвердить их результат, либо измерить состояние всей системы в целом (и записи, и лаборатории) и получить переменные A1 и В1. После этого Алиса и Боб сравнивают свои результаты и строят распределение вероятностей для четырех различных исходов P (Ax, By).
Если существует объективная реальность, и свободный выбор Алисы и Боба не влияет на полученные ими результаты, то можно построить единое распределение вероятностей, согласующееся с неравенствами Белла. Однако их нарушение, которое свойственно для квантовых объектов, показывает, что фрагменты информации, полученной Бобом, Алисой и их друзьями, не могут существовать в рамках единой и независимой от наблюдателя системы.
Ученые провели данный эксперимент на интерференционной установке и показали, что неравенства Белла нарушаются на пять стандартных отклонений, что однозначно подтверждает парадокс друга Вигнера. Исследователи допускают наличие неучтенных скрытых параметров, однако эта проблема свойственна всем экспериментам по нарушению принципа локального реализма. На настоящий момент такие скрытые параметры обнаружены не были.
Следующий шаг — пойти дальше: построить эксперименты, создающие все более причудливые альтернативные реальности, которые невозможно примирить.
Как сообщал Realist, ученые выяснили, почему поверхность моря разглаживается во время шторма. В ходе нового исследования физики смогли объяснить свойства морской поверхности, находящейся под воздействием ураганного ветра.