Физики обнаружили новый квантовый парадокс, ставящий под сомнение саму реальность
Если дерево падает в лесу, и никто не слышит его падения, издает ли оно звук? Некоторые ученые говорят, что нет.
А если кто-нибудь услышит? Если вы думаете, что это означает, что действительно был звук, возможно, вам придется пересмотреть свое мнение.
Мы обнаружили новый парадокс в квантовой механике — одной из двух наших самых фундаментальных научных теорий вместе с теорией относительности Эйнштейна — который ставит под сомнение некоторые здравые представления о физической реальности.
Квантовая механика против здравого смысла.
Взгляните на эти три утверждения:
Когда кто-то наблюдает за происходящим событием, оно действительно произошло.
Можно делать свободный выбор или, по крайней мере, статистически случайный выбор.
Выбор, сделанный в одном месте, не может мгновенно повлиять на отдаленное событие.
Все это интуитивные идеи, и они широко распространены даже среди физиков. Но наше исследование, опубликованное в Nature Physics, показывает, что все они не могут быть правдой — иначе квантовая механика должна перестать работать на каком-то этапе.
Чтобы понять, почему это так важно, давайте посмотрим на эту историю.
Рассматривалась пара далеких частиц в особом состоянии, теперь известном как «запутанное» состояние. Когда одно и то же свойство (скажем, положение или скорость) измеряется на обеих запутанных частицах, результат будет случайным — но будет корреляция между результатами для каждой частицы.
Взгляните на эти три утверждения:
Когда кто-то наблюдает за происходящим событием, оно действительно произошло.
Можно делать свободный выбор или, по крайней мере, статистически случайный выбор.
Выбор, сделанный в одном месте, не может мгновенно повлиять на отдаленное событие.
Все это интуитивные идеи, и они широко распространены даже среди физиков. Но наше исследование, опубликованное в Nature Physics, показывает, что все они не могут быть правдой — иначе квантовая механика должна перестать работать на каком-то этапе.
Чтобы понять, почему это так важно, давайте посмотрим на эту историю.
Рассматривалась пара далеких частиц в особом состоянии, теперь известном как «запутанное» состояние. Когда одно и то же свойство (скажем, положение или скорость) измеряется на обеих запутанных частицах, результат будет случайным — но будет корреляция между результатами для каждой частицы.
Например, наблюдатель, измеряющий положение первой частицы, может идеально предсказать результат измерения положения далекой частицы, даже не касаясь ее. Или же наблюдатель может вместо этого предсказать скорость. Они утверждали, что это имело естественное объяснение, если оба свойства существовали до измерения.
Хотя до окончательной проверки могут потребоваться десятилетия, если квантово-механические предсказания останутся верными, это будет иметь серьезные последствия для нашего понимания реальности — даже в большей степени, чем корреляции Белла.
Во-первых, обнаруженные нами корреляции нельзя объяснить, просто сказав, что физических свойств не существует, пока они не будут измерены.
Теперь ставится под сомнение абсолютная реальность самих результатов измерений.
Наши результаты вынуждают физиков вплотную заняться проблемой измерения: либо наш эксперимент не масштабируется, и квантовая механика уступает место так называемой «объективной теории коллапса», либо одно из трех предположений здравого смысла должно быть отвергнуто.
Существуют теории, которые постулируют «действие на расстоянии», согласно которым действия могут иметь мгновенный эффект в любом месте Вселенной. Однако это прямо противоречит теории относительности Эйнштейна.
Некоторые ищут теорию, которая отвергает свободу выбора, но они требуют либо обратной причиной связи, либо, казалось бы, конспиративной формы фатализма, называемой «супердетерминизмом».
Другой способ разрешить конфликт — сделать теорию Эйнштейна еще более относительной. Как думал Эйнштейна, разные наблюдатели могут расходиться во мнениях относительно того, когда и где что-то происходит, но то, что происходит — абсолютный факт.
Однако в некоторых интерпретациях, таких как реляционная квантовая механика, Кубизм или многомировая интерпретация, сами события могут происходить только относительно одного или нескольких наблюдателей. Упавшее дерево, которое наблюдал один, может не быть фактом для всех остальных.
Все это не означает, что вы можете выбирать свою собственную реальность. Во-первых, вы можете выбирать, какие вопросы задавать, но ответы дает мир. И даже в реляционном мире, когда два наблюдателя общаются, их реальности переплетаются. Таким образом возникает общая реальность.
Это означает, что если мы оба наблюдаем падение одного и того же дерева, а вы говорите, что не слышите его падения, вам может потребоваться слуховой аппарат.
Эрик Кавальканти, доцент (научный сотрудник ARC Future), Университет Гриффита.
Эта статья опубликована The Conversation.