Kreditní: Aleksei Isachenko/Alamy
na světě je nejvíce slavný myšlenkový experiment, fyzik Erwin Schrödinger popsal, jak kočka v krabici by mohlo být v nejisté situaci. Zvláštní pravidla kvantové teorie znamenala, že by mohla být mrtvá i živá, dokud nebude krabice otevřena a změří se stav kočky., Nyní dva fyzici vymysleli moderní verzi paradoxu tím, že nahradili kočku fyzikem provádějícím experimenty — s šokujícími důsledky.
Kvantová teorie má dlouhou historii myšlenkové experimenty, a ve většině případů jsou používány poukázat na nedostatky v různé interpretace kvantové mechaniky. Ale nejnovější verzi, která zahrnuje více hráčů, je neobvyklé: ukazuje se, že pokud standardní interpretaci kvantové mechaniky, která je správná, pak různé experimentátory může dosáhnout opačné závěry o tom, co fyzik v krabici má měřit., To znamená, že kvantová teorie si odporuje.
konceptuální experiment byl diskutován s chutí ve fyzice kruhy pro více než dva roky — a opustila většina výzkumníků pařezy, a to i v oblasti, zvyklý na divný pojmy. „Myslím, že je to úplně nová úroveň podivnosti,“ říká Matthew Leifer, teoretický fyzik na Chapmanově univerzitě v Orange v Kalifornii.
autoři, Daniela Frauchiger a Renato Renner ze Švýcarského Federálního Institutu Technologie (ETH) v Curychu, zaslali své první verzi argumentu on-line v dubnu 2016., Závěrečný dokument se v Nature Communications objeví 18. Září. (Frauchiger nyní opustil akademickou obec.)
Divný svět
Kvantová mechanika je základem téměř všechny moderní fyziky, vysvětlí vše, co od struktury atomů proč magnety držet k sobě navzájem. Její koncepční základy však nadále nechávají vědce uchopit odpovědi. Jeho rovnice nemohou předpovědět přesný výsledek měření — například polohy elektronu-pouze pravděpodobnosti, že může přinést určité hodnoty.,
Kvantové objekty, jako jsou elektrony, proto žijí v mrak nejistoty, matematicky kódované v wavefunction‘, který mění tvar hladce, stejně jako obyčejné vlny na moři. Když se však měří vlastnost, jako je poloha elektronu, vždy získá jednu přesnou hodnotu (a při měření bezprostředně po ní získá stejnou hodnotu).
nejběžnější způsob, jak pochopit tento byl formulován v roce 1920 kvantové teorie průkopníků Niels Bohr a Werner Heisenberg, a jmenuje Kodaňská interpretace, po městě, kde žil Bohr., To říká, že akt pozorování kvantového systému je wavefunction „kolaps“ z šíření-z křivky do jediného datového bodu.
Kodaňská interpretace ponechala otevřenou otázku, proč by se měla vztahovat různá pravidla na kvantový svět atomu a klasický svět laboratorních měření (a každodenní zkušenosti). Ale bylo to také uklidňující: ačkoli kvantové objekty žijí v nejistých stavech, experimentální pozorování se děje v klasické říši a dává jednoznačné výsledky.
nyní Frauchiger a Renner otřásají fyziky z této uklidňující pozice., Jejich teoretická úvaha říká, že základní Kodaňský obraz-stejně jako další interpretace, které sdílejí některé ze svých základních předpokladů — není vnitřně konzistentní.
co je v krabici?
Jejich scénář je podstatně více zapojit, než Schrödingerova kočka — navržena v roce 1935 — kdy kočičí žil v krabici s mechanismem, který by se uvolnit jed na základě náhodné události, jako rozpad atomového jádra. V takovém případě byl stav kočky nejistý, dokud experimentátor neotevřel krabici a nekontroloval ji.,
V roce 1967, maďarský fyzik Eugene Wigner navrhované verze paradox, ve které nahradil kočka a jed s fyzikem přítele, který žil uvnitř krabice s odměrkou, že by se mohl vrátit jeden ze dvou výsledků, například mince, ukazující hlavy nebo ocasy. Zhroutí se wavefunkce, když si wignerův přítel uvědomí výsledek? Jedna myšlenková škola říká, že ano, což naznačuje, že vědomí je mimo kvantovou říši., Pokud se však kvantová mechanika vztahuje na fyzika, měla by být v nejistém stavu, který kombinuje oba výsledky, dokud Wigner neotevře krabici.
Frauchiger a Renner mají ještě sofistikovanější verzi (viz „nové kočky ve městě“). Mají dva Wignery, každý dělá experiment na přítele fyzika, kterého drží v krabici. Jeden ze dvou přátel (zavolej jí Alice) může hodit minci a — pomocí svých znalostí kvantové fyziky — připravit kvantovou zprávu, kterou pošle druhému příteli (říkejte mu Bob)., Pomocí svých znalostí kvantové teorie dokáže Bob odhalit alicinu zprávu a odhadnout výsledek jejího hodu mincí. Když oba Wigners otevřou své krabice, v některých situacích mohou s jistotou uzavřít, na které straně mince přistála, Renner říká — ale občas jsou jejich závěry nekonzistentní. „Jeden říká:‘ Jsem si jistý, že je to orel, ‚a druhý říká,‘ Jsem si jistý, že to jsou hlavy, ‚“ říká Renner.,
experiment nemůže být uveden do praxe, protože to by vyžadovalo Wigners měřit všechny kvantové vlastnosti svých přátel, který zahrnuje čtení jejich mysli, poukazuje na to, teoretik Lídia Del Rio, kolega Rennera na ETH Curych.,
Ještě by to mohlo být možné, aby se dva kvantové počítače hrát částech Alice a Bob: logika argumentu vyžaduje pouze to, že znají pravidla fyziky a učinit rozhodnutí založené na nich, a v zásadě lze detekovat kompletní kvantový stav kvantový počítač. (Kvantové počítače dostatečně sofistikované, aby to dosud neexistovaly, zdůrazňuje Renner.)
Duelling interpretations
fyzici se stále vyrovnávají s důsledky výsledku., Vyvolala bouřlivé reakce odborníků na základy kvantové teorie, z nichž mnozí mají tendenci chránit svou interpretaci zvířat. „Někteří jsou emocionální,“ říká Renner. A různí vědci mají tendenci vyvodit různé závěry. „Většina lidí tvrdí, že experiment ukazuje, že jejich interpretace je jediná správná.“
pro Leifera by produkce nekonzistentních výsledků neměla být nutně jističem dohody. Některé interpretace kvantové mechaniky již umožňují pohledy na realitu, které závisí na perspektivě., To by mohlo být méně nechutné než přiznat, že kvantová teorie se nevztahuje na složité věci, jako jsou lidé, říká.
Robert Spekkens, teoretický fyzik v Perimeter Institute for Theoretical Physics ve Waterloo v Kanadě, říká, že způsob, jak z paradox může skrývat v některé jemné předpokladů v argumentaci, a to zejména v komunikaci mezi Alicí a Bobem.
“ podle mého názoru existuje spousta situací, kdy převzetí něčích znalostí na palubě zahrnuje určitý překlad jejich znalostí.,“Možná, že nesoulad vyplývá z Bob není interpretovat Alice poselství správně, říká. Připouští ale, že řešení zatím nenašel.
prozatím budou fyzici pravděpodobně pokračovat v debatách. „Nemyslím si, že jsme to pochopili,“ říká Leifer.