Алтернативни факти се разпространяват като вирус в обществото. Изглежда, че дори са заразили науката - поне квантовата сфера. Това може да изглежда контра интуитивно. Научният метод в края на краищата се основава на надеждните представи за наблюдение, измерване и повторяемост. Факт, установен чрез измерване, трябва да бъде обективен, така че всички наблюдатели да могат да се съгласят с него.
Но в статия, публикувана наскоро в Science Advances, показваме, че в микро света на атомите и частиците, който се управлява от странните правила на квантовата механика, двама различни наблюдатели имат право на собствени факти. С други думи, според нашата най-добра теория за градивните елементи на самата природа, фактите всъщност могат да бъдат субективни.
Наблюдателите са мощни играчи в квантовия свят. Според теорията частиците могат да бъдат на няколко места или състояния наведнъж - това се нарича суперпозиция. Но странно, това е само когато те не се наблюдават. Втората, която наблюдавате квантова система, тя избира конкретно местоположение или състояние - нарушава суперпозицията. Фактът, че природата се държи по този начин, е доказано многократно в лабораторията - например в известния експеримент с двойни цепки.
През 1961 г. физикът Юджийн Уигнър предлага провокативен мисловен експеримент. Той постави под въпрос какво би се случило при прилагане на квантова механика към наблюдател, който самият той се наблюдава. Представете си, че приятел на Уигнър хвърля квантова монета - която е в суперпозиция както на главата, така и на опашките - в затворена лаборатория. Всеки път, когато приятелят хвърли монетата, те наблюдават определен резултат. Можем да кажем, че приятелят на Уигнър установява факт: резултатът от хвърлянето на монетата определено е глава или опашка.
Уигнър няма достъп до този факт отвън и според квантовата механика трябва да опише приятеля и монетата, за да бъдат в суперпозиция на всички възможни резултати от експеримента. Това е така, защото те са "заплетени" - призрачно свързани, така че ако манипулирате едното, манипулирате и другото. Сега Уигнър по принцип може да провери тази суперпозиция, използвайки така наречения „експеримент за интерференция“ - вид квантово измерване, което ви позволява да разгадаете суперпозицията на цяла система, потвърждавайки, че два обекта са оплетени.
Когато Уигнър и приятелят сравнят бележките по-късно, приятелят ще настоява, че са виждали определени резултати за всяко хвърляне на монети. Уигнър обаче няма да се съгласи всеки път, когато наблюдава приятел и монета в суперпозиция.
Това представлява главоблъсканица. Реалността, възприета от приятеля, не може да се примири с реалността отвън. Първоначално Уигнър не смята това за парадокс, той твърди, че би било абсурдно да се описва съзнателен наблюдател като квантов обект. По-късно обаче той се отклони от това мнение и според официалните учебници по квантова механика описанието е напълно валидно.
Експериментът
Сценарият отдавна остава интересен мисловен експеримент. Но отразява ли реалността? Научно, по този въпрос има малък напредък доскоро, когато Часлав Брукнер от Виенския университет показа, че при определени предположения идеята на Вигнер може да бъде използвана за официално доказване, че измерванията в квантовата механика са субективни за наблюдателите.
Брукнер предложи начин за тестване на това понятие, като преведе сценария на приятеля на Вигнер в рамка, създадена за първи път от физика Джон Бел през 1964 г. Брукнер разгледа две двойки Уигърс и приятели, в две отделни кутии, провеждайки измервания на споделено състояние - вътре и извън съответната кутия. Резултатите могат да бъдат обобщени и в крайна сметка да бъдат използвани за оценка на така нареченото „неравенство на Бел“. Ако това неравенство бъде нарушено, наблюдателите могат да имат алтернативни факти.
Сега за първи път проведохме този тест експериментално в университета Хериот-Ват в Единбург на малък мащабен квантов компютър, съставен от три двойки заплетени фотони. Първата фотонна двойка представлява монетите, а другите две се използват за извършване на хвърляне на монети - измерване на поляризацията на фотоните - в съответната им кутия. Извън двете кутии остават два фотона от всяка страна, които също могат да бъдат измерени.
Въпреки използването на най-съвременната квантова технология, бяха необходими седмици за събиране на достатъчно данни от само шест фотона, за да се генерират достатъчно статистически данни. Но в крайна сметка успяхме да покажем, че квантовата механика може наистина да е несъвместима с допускането на обективни факти - нарушихме неравенството.
Теорията обаче се основава на няколко предположения. Те включват, че резултатите от измерването не се влияят от сигнали, пътуващи над светлинната скорост и че наблюдателите са свободни да избират какви измервания да правят. Това може или не може да бъде така.
Друг важен въпрос е дали единичните фотони могат да се считат за наблюдатели. Според теорията на Брукнер, наблюдателите не трябва да бъдат съзнателни, а просто трябва да могат да установят факти под формата на резултат от измерването. Следователно неодушевеният детектор би бил валиден наблюдател. И квантовата механика на учебника не ни дава основание да смятаме, че детектор, който може да бъде направен толкова малък, колкото няколко атома, не трябва да се описва като квантов обект точно като фотон. Възможно е също така стандартната квантова механика да не се прилага при големи мащаби на дължината, но тестването е отделен проблем.
Този експеримент следователно показва, че поне за локалните модели на квантовата механика трябва да преосмислим представата си за обективност. Фактите, които преживяваме в нашия макроскопичен свят, изглежда остават в безопасност, но възниква основен въпрос за това как съществуващите интерпретации на квантовата механика могат да приспособят субективните факти.
Някои физици разглеждат тези нови разработки като по-добри интерпретации, които позволяват да се появят повече от един резултат за наблюдение, например съществуването на паралелни вселени, в които се случва всеки резултат. Други гледат на това като убедителни доказателства за присъщи на теорията на наблюдателя теории като квантовия байезианство, в които действията и опита на агента са основни проблеми на теорията. Но други приемат това като силен показалец, че може би квантовата механика ще се развали над определени скали на сложност.
Очевидно това са дълбоко философски въпроси за фундаменталната природа на реалността. Какъвто и да е отговорът, очаква се интересно бъдеще.
