Credit: Aleksei Isachenko/Alamy
În lume, cel mai faimos experiment de gândire, fizicianul Erwin Schrödinger a descris cum o pisică într-o cutie ar putea fi într-o situație incertă. Regulile particulare ale teoriei cuantice au însemnat că ar putea fi atât morți, cât și vii, până când cutia a fost deschisă și starea pisicii măsurată., Acum, doi fizicieni au conceput o versiune modernă a paradoxului prin înlocuirea pisicii cu un fizician care face experimente-cu implicații șocante.teoria cuantică are o lungă istorie a experimentelor de gândire și, în majoritatea cazurilor, acestea sunt folosite pentru a indica slăbiciuni în diverse interpretări ale mecanicii cuantice. Dar cea mai recentă versiune, care implică mai mulți jucători, este neobișnuită: arată că, dacă interpretarea standard a mecanicii cuantice este corectă, atunci diferiți experimentatori pot ajunge la concluzii opuse despre ceea ce a măsurat fizicianul din cutie., Aceasta înseamnă că teoria cuantică se contrazice.
experimentul conceptual a fost dezbătut cu bucurie în cercurile de fizică de mai bine de doi ani — și i-a lăsat pe majoritatea cercetătorilor blocați, chiar și într-un domeniu obișnuit cu concepte ciudate. „Cred că acesta este un nivel cu totul nou de ciudățenie”, spune Matthew Leifer, fizician teoretic la Universitatea Chapman din Orange, California.
autorii, Daniela Frauchiger și Renato Renner de la Institutul Federal Elvețian de tehnologie (ETH) din Zurich, au postat prima versiune a argumentului online în aprilie 2016., Lucrarea finală apare în Nature Communications la 18 Septembrie1. (Frauchiger a părăsit acum academia.)
o lume Ciudată
mecanica Cuantică stă aproape toate fizicii moderne, explicând totul, de la structura atomilor ce magnetii se lipesc între ele. Dar fundamentele sale conceptuale continuă să lase cercetătorii să înțeleagă răspunsurile. Ecuațiile sale nu pot prezice rezultatul exact al unei măsurători — de exemplu, a poziției unui electron — doar probabilitățile pe care le poate produce valori particulare.,obiectele cuantice, cum ar fi electronii, trăiesc, prin urmare, într-un nor de incertitudine, codificat matematic într-o „funcție de undă” care își schimbă forma fără probleme, la fel ca valurile obișnuite din mare. Dar când se măsoară o proprietate, cum ar fi poziția unui electron, ea produce întotdeauna o valoare precisă (și produce aceeași valoare din nou dacă este măsurată imediat după).cea mai obișnuită modalitate de a înțelege acest lucru a fost formulată în anii 1920 de pionierii teoriei cuantice Niels Bohr și Werner Heisenberg și se numește interpretarea de la Copenhaga, după orașul în care a trăit Bohr., Se spune că actul de observare a unui sistem cuantic face ca funcția de undă să se „prăbușească” de la o curbă de răspândire la un singur punct de date.interpretarea de la Copenhaga a lăsat deschisă întrebarea De ce ar trebui să se aplice reguli diferite lumii cuantice a atomului și lumii clasice a măsurătorilor de laborator (și a experienței de zi cu zi). Dar a fost, de asemenea, liniștitor: deși obiectele cuantice trăiesc în stări incerte, observarea experimentală se întâmplă în domeniul clasic și dă rezultate lipsite de ambiguitate.acum, Frauchiger și Renner scutură fizicienii din această poziție reconfortantă., Raționamentul lor teoretic spune că imaginea de bază de la Copenhaga — precum și alte interpretări care împărtășesc unele dintre ipotezele sale de bază-nu este coerentă pe plan intern.
ce este în cutie?
scenariul lor este considerabil mai implicat decât pisica lui Schrödinger-propusă în 1935-în care felina trăia într-o cutie cu un mecanism care ar elibera o otravă pe baza unei întâmplări aleatorii, cum ar fi degradarea unui nucleu atomic. În acest caz, starea pisicii a fost incertă până când experimentatorul a deschis cutia și a verificat-o.,în 1967, fizicianul maghiar Eugene Wigner a propus o versiune a paradoxului în care a înlocuit pisica și otrava cu un prieten fizician care locuia în interiorul unei cutii cu un dispozitiv de măsurare care ar putea returna unul dintre cele două rezultate, cum ar fi o monedă care arată capete sau cozi. Funcția de undă se prăbușește atunci când prietenul lui Wigner devine conștient de rezultat? O școală de gândire spune că o face, sugerând că conștiința este în afara tărâmului cuantic., Dar dacă mecanica cuantică se aplică fizicianului, atunci ar trebui să fie într-o stare incertă care combină ambele rezultate până când Wigner deschide cutia.Frauchiger și Renner au o versiune și mai sofisticată (vezi „pisici noi în oraș”). Au doi Wigneri, fiecare făcând un experiment pe un prieten fizician pe care îl țin într-o cutie. Unul dintre cei doi prieteni (numiți — o Alice) poate arunca o monedă și — folosind cunoștințele sale despre fizica cuantică-pregătește un mesaj cuantic pentru a-l trimite celuilalt prieten (numiți-l Bob)., Folosind cunoștințele sale despre teoria cuantică, Bob poate detecta mesajul lui Alice și poate ghici rezultatul aruncării monedei. Când cei doi Wigneri își deschid cutiile, în unele situații pot concluziona cu certitudine pe ce parte a aterizat moneda, spune Renner — dar, ocazional, concluziile lor sunt inconsistente. „Unul spune:” Sunt sigur că sunt cozi”, iar celălalt spune: „Sunt sigur că sunt capete”, spune Renner.,
experimentul nu poate fi pus în practică, deoarece ar necesita Wigners pentru a măsura toate proprietatile cuantice de prietenii lor, care include citirea mintea lor, subliniază teoretician Lídia Del Rio, un coleg de-al lui Renner de la ETH Zurich.,cu toate acestea, ar putea fi posibil ca două computere cuantice să joace părțile lui Alice și Bob: logica argumentului necesită doar cunoașterea regulilor fizicii și luarea deciziilor pe baza acestora și, în principiu, se poate detecta starea cuantică completă a unui computer cuantic. (Calculatoarele cuantice suficient de sofisticate pentru a face acest lucru nu există încă, subliniază Renner.)
Duelling interpretations
fizicienii încă se înțeleg cu implicațiile rezultatului., Ea a declanșat răspunsuri aprinse de la experți în bazele teoriei cuantice, dintre care mulți tind să fie de protecție a interpretării lor pentru animale de companie. „Unii devin emoționali”, spune Renner. Și diferiți cercetători tind să tragă concluzii diferite. „Majoritatea oamenilor susțin că experimentul arată că interpretarea lor este singura corectă.”
pentru Leifer, producerea de rezultate inconsistente nu ar trebui să fie neapărat un întrerupător de afacere. Unele interpretări ale mecanicii cuantice permit deja vederi ale realității care depind de perspectivă., Acest lucru ar putea fi mai puțin neplăcut decât să recunoaștem că teoria cuantică nu se aplică lucrurilor complexe, cum ar fi oamenii, spune el.Robert Spekkens, fizician teoretic la Institutul perimetru pentru Fizică Teoretică din Waterloo, Canada, spune că calea de ieșire din paradox s-ar putea ascunde în unele ipoteze subtile din argument, în special în comunicarea dintre Alice și Bob.
„în mintea mea, există o mulțime de situații în care luarea cunoștințelor cuiva la bord implică o traducere a cunoștințelor sale.,”Poate că inconsecvența apare din faptul că Bob nu interpretează corect mesajul lui Alice, spune el. Dar recunoaște că nu a găsit încă o soluție.pentru moment, fizicienii vor continua să dezbată. „Nu cred că am înțeles acest lucru”, spune Leifer.