Квантовые физики поставили существование объективной реальности под вопрос — осталось дождаться реакции научного сообщества
Человечество уже давно задумывалось над тем, существует ли объективная реальность. Например, античные философы-солипсисты признавали только реальность одного конкретного человека, а остальные реальности считали не существующими вовсе. Но, несмотря на такие сомнения, в установлении фактов наука опирается на презумпцию того, что объективная реальность существует. Сам критерий воспроизводимости — это требование того, чтобы эксперимент мог быть повторён любым человеком, и значение результата оставалось бы неизменно. Новый эксперимент в квантовой физике ставит под вопрос, вместе с объективной реальностью, критерий воспроизводимости.
Не только философам, но и многим учёным не давал покоя фундаментальный вопрос объективной реальности. Впервые гипотезу того, как доказать отсутствие объективной реальности, придумал нобелевский лауреат Юджин Вигнер (Eugene Wigner). Он предложил мысленный эксперимент, который потом назвали «Парадоксом друга Вигнера». Он основывается на принципе суперпозиции в квантовой физике, согласно которому частица существует в неопределённом состоянии (если очень упрощать) до момента наблюдения. Если это фотон, то в состоянии суперпозиции он может быть поляризован одновременно и горизонтально, и вертикально, а после наблюдения примет одно из этих значений. Если говорить ещё проще, то можно вспомнить кота Шрёдингера — пока человек не посмотрит в коробку (т. е. произведёт акт наблюдения), кот в ней как бы находится одновременно в двух состояниях — он и живой и мёртвый одновременно. Когда мы открываем коробку — то мы выводим кота из состояния суперпозиции — для нас он уже становится определённо либо живым, либо мёртвым.
Парадокс с другом Вигнера звучит так: а что если учёный попросит приятеля провести измерение в лаборатории, пока сам Вигнер будет где-то в другом месте (скажем, в университетской столовой)? Его друг проведёт замер состояние фотона, запишет результат, и для него он перейдёт из состояния суперпозиции в состояние определённости. Но вместе с этим для самого Вигнера фотон (как и вся система с лабораторией и другом в ней) останется в состоянии суперпозиции. Что важно — фотон одновременно будет находиться и в состоянии суперпозиции, и в состоянии определённости — и это противоречие никак не разрешить, то есть, не свести данные друг с другом до получения объективной реальности. Потом Вигнер звонит своему другу и узнаёт, как прошёл эксперимент, таким образом приводя систему в состояние определённости.
До сих пор это звучало как парадокс, но учёные решили сделать из парадокса эксперимент, дополнив его. Команда учёных-физиков из разных университетов, возглавлял которую Массимилиано Проетти (Massimiliano Proietti), провела опыт с модифицированным экспериментом Вигнера.
На изображении 1.а состояние квантовой системы в равной суперпозиции двух возможных состояний (горизонтальной и вертикальной поляризации) измеряется другом Вигнера (в «ящике»). Согласно квантовой теории, на каждой итерации друг будет получать одно из двух возможных состояний. Вигнер открывает ящик и смотрит, какой результат получил его друг. На внешней стороне коробки, как мы видим, есть индикатор, который также показывает состояние фотона. Мы видим, что состояния фотона внутри (замеренное другом) и снаружи (Вигнером) совпадают (везде зажглись сиреневые индикаторы).
На изображении 1.b Вигнер решает не узнавать результат от друга, а посмотреть на то, что говорит устройство. При этом два результата, внутренний и внешний, утверждают учёные, могут получиться отличными друг от друга, что мы и видим на картинке: внутри у нас зажёгся сиреневый диод, а сверху — жёлтый.
На изображении 1.с. учёные решили модифицировать эксперимент: у них есть один источник фотонов и два ящика, в одном из которых — друг Боба, а в другом — друг Алисы. Вне ящиков стоят Боб и Алиса соответственно. У Боба и Алисы есть выбор — либо посмотреть на индикатор, который установлен на ящике, не сверяясь с другом внутри, либо свериться с ним. У Алисы и Боба также есть возможность свериться с другом своего коллеги.
В мире, где существует объективная реальность, все четыре параметра должны были бы совпасть вне зависимости, сверялись ли учёные со своими друзьями внутри ящика. То есть, если изначально источник выдавал горизонтально поляризованную пару фотонов, то все устройства должны были показать горизонтальную поляризацию.
Но Проетти и коллеги зафиксировали случаи, когда параметры не совпадали.
Всего исследователи задетектировали 1794 столкновения шестифотонных спутанных состояний, суммарное время измерений составило 360 часов.
В своём эксперименте учёные «сломали» неравенство Белла, чем поставили существование объективной реальности под вопрос.
Есть несколько «но» касательно этого эксперимента — в учёном сообществе нет полного согласия относительно определения наблюдателя. Кто-то считает, что физический детектор сигнала также может считаться наблюдателем, в то время как другие склонны думать, что наблюдателем может быть только человек. Это здесь играет важную роль.
В любом случае, рукопись пока не была нигде опубликована — только «залита» на arXiv, поэтому необходимо дождаться реакции редакций различных журналов и прочего научного сообщества на данный эксперимент. И уж точно не стоит доверять громким заголовкам, которые утверждают, что учёные доказали отсутствие объективной реальности.