Eksperyment kwantowy przeprowadzony przez naukowców z National University of Australia potwierdza dobrze znaną teorię, że rzeczywistość nie istnieje, dopóki nie zmierzy jej zewnętrzny obserwator.
Przynajmniej dotyczy to obiektów o bardzo małej skali.
Wyniki eksperymentu zostały opublikowane w autorytatywnej publikacji Nature Physics.
Naukowcy próbowali powtórzyć słynny eksperyment, który leży u podstaw bardzo dziwacznych przewidywań fizyki kwantowej na temat natury rzeczywistości. Zgodnie z tą prognozą rzeczywistość nie istnieje, dopóki jej nie zmierzymy, przynajmniej na bardzo małą skalę.
U zwykłego człowieka na ulicy ta teza wywołuje uczucie „trwałego delirium”, a nawet z ogólną teorią względności Einsteina wiele podstaw teorii kwantowej nie zostało jeszcze pogodzonych.
Nie przeszkadza to jednak fizykom w aktywnych eksperymentach w tej dziedzinie, a faktycznie działające komputery kwantowe od dawna nikogo nie zaskakują.
Rzeczywistość nie istnieje
Film promocyjny:
Na pierwszy rzut oka badacze zadali sobie proste pytanie. Jeśli mówimy o obiekcie, który może zachowywać się jak cząstka lub fala, to w jakim momencie obiekt „decyduje” o tym, jak się zachować?
Zgodnie z ogólną logiką obiekt powinien być w swoim pochodzeniu cząstką lub falą, dlatego nie ma znaczenia, kto dokonuje pomiarów lub obserwacji obiektu, ponieważ jego natura nie ulegnie zmianie.
Eksperyment udowadnia, że obserwacje atomu w przyszłości wpływają na jego zachowanie w przeszłości
Ale zgodnie z teorią kwantową tak nie jest.
Teoria kwantowa sugeruje, że wynik zależy od tego, jak obiekt został zmierzony na końcu jego ścieżki.
A grupa australijskich fizyków w trakcie swojego eksperymentu znalazła dowody na to, że wszystko dzieje się w ten sposób.
„Nasze badania dowodzą, że pomiary są wszystkim. Na poziomie kwantowym rzeczywistość nie istnieje, jeśli jej nie widać”- podsumowuje kierownik badań Andrew Truscott, fizyk z Australian National University w Canberze.
Po raz pierwszy taki eksperyment został zaproponowany przez amerykańskiego fizyka teoretycznego Johna Wheelera w 1978 roku. Jest obecnie znany w nauce jako eksperyment Wheelera z opóźnionym wyborem.
Wheeler sugerował użycie promieni światła odbitego od luster, ale w tamtym czasie technologia nie pozwalała na pełne przeprowadzenie takiego eksperymentu. Prawie 40 lat później grupie australijskich naukowców udało się zrealizować pomysł eksperymentu Wheelera, w którym atomy helu oddziałują z wiązkami laserowymi.
Naukowcy uwięzili atomy helu w stanie „kondensatu Bosego-Einsteina”, który umożliwia obserwację efektów kwantowych na poziomie makroskopowym, a następnie usunęli wszystkie atomy z wyjątkiem jednego.
Ten pojedynczy atom został następnie przepuszczony między dwoma wiązkami laserowymi, które działały w tej samej roli, co drobna siatka w wiązkach światła. Te. w roli nierównej kraty.
Następnie dodano drugą taką „siatkę” wzdłuż ścieżki atomu.
Doprowadziło to do zniekształcenia ścieżki atomu, poruszał się po obu możliwych ścieżkach, tak jak zrobiłaby to fala. Innymi słowy, atom obrał dwie różne ścieżki.
Ale w powtórzonym eksperymencie, kiedy nie dodano drugiej „siatki”, atom wybrał tylko jedną możliwą ścieżkę.
Zdaniem badaczy fakt, że druga „siatka” została dodana po tym, jak atom przekroczył pierwsze „skrzyżowanie”, sugeruje, że atom, mówiąc obrazowo, nie zdefiniował swojej natury przed obserwacją (lub pomiarem)) drugi raz.
„Prognozy fizyki kwantowej dotyczące interakcji obiektów mogą wydawać się dziwne, jeśli chodzi o światło, które zachowuje się jak fala” - wyjaśnia Roman Khakimov, badacz z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego, który wziął udział w badaniu.
Ale mówi, że eksperymenty z atomami, które mają masę i oddziałują z polami elektrycznymi, sprawiają, że obraz jest jeszcze bardziej niesamowity.
Mówiąc najprościej, jeśli zaakceptujesz fakt, że atom wybrał określoną ścieżkę na pierwszym skrzyżowaniu dróg, eksperyment udowodni, że przyszłe pomiary mogą wpłynąć na przeszłość atomu - wyjaśnia kierownik badania Andy Truscott.
„Atom nie podróżował między punktami warunkowymi A i B” - wyjaśnia. „Dopiero po pomiarach w końcowym punkcie obserwacji stało się jasne, czy atom zachowuje się jak fala, rozszczepiając się na dwa kierunki, czy jak cząstka, wybierając jeden”.
Co to znaczy?
Pomimo tego, że dla niewtajemniczonej to wszystko brzmi szalenie, autorzy badania twierdzą, że eksperyment jest potwierdzeniem teorii kwantów. Przynajmniej w najmniejszej skali.
Teoria ta umożliwiła już stworzenie szeregu całkiem praktycznych technologii w dziedzinie laserów i procesorów komputerowych, ale jak dotąd nie było tak uderzających eksperymentów, które by to potwierdzały.
Truscott i Khakimov zasadniczo znaleźli potwierdzenie, że rzeczywistość nie istnieje, dopóki jej nie zaobserwujemy.
To jedna z fundamentalnych tez teorii kwantów. To właśnie jego nieprawdopodobieństwo z punktu widzenia laika, dla którego deszcz nie przestaje padać, nawet jeśli zamyka się oczy, aby go nie widzieć, sprawia, że teoria kwantowa „odrywa się od rzeczywistości”.
Jak dotąd nie znaleziono dowodów na to, że zasada ta działa w rzeczywistości. Eksperyment myślowy Wheelera, a także praktyczny eksperyment Truscotta, który to potwierdza, należą do tej pory tylko do poziomu kwantowego.
Jednocześnie wielu filozofów uważa, że teoria kwantowa, nawet nie nadająca się do zastosowania na poziomie makro, może być użyteczna dla laika, ponieważ (będąc z grubsza sformułowana) mówi, że świat jest dokładnie taki, jaki go widzimy.