Vật lý lượng tử: Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thực tế khách quan không tồn tại

Vật lý lượng tử: Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thực tế khách quan không tồn tại
Gearoid Hayes / Flickr, CC BY-SA

Sự thật thay thế là lây lan như virus trên toàn xã hội. Bây giờ có vẻ như họ thậm chí đã nhiễm khoa học - ít nhất là cõi lượng tử. Điều này có vẻ phản trực giác. Phương pháp khoa học là sau tất cả dựa trên các khái niệm đáng tin cậy về quan sát, đo lường và độ lặp lại. Một thực tế, như được thiết lập bởi một phép đo, nên khách quan, sao cho tất cả các nhà quan sát có thể đồng ý với nó.

Nhưng trong một bài báo gần đây xuất bản trong tiến bộ khoa học, chúng tôi chỉ ra rằng, trong thế giới vi mô của các nguyên tử và hạt bị chi phối bởi các quy tắc kỳ lạ của cơ học lượng tử, hai nhà quan sát khác nhau có quyền đối với sự thật của chính họ. Nói cách khác, theo lý thuyết tốt nhất của chúng ta về các khối xây dựng của tự nhiên, sự thật có thể mang tính chủ quan.

Người quan sát là những người chơi mạnh mẽ trong thế giới lượng tử. Theo lý thuyết, các hạt có thể ở một vài nơi hoặc trạng thái cùng một lúc - đây được gọi là sự chồng chất. Nhưng kỳ lạ thay, đây chỉ là trường hợp khi họ không quan sát thấy. Thứ hai bạn quan sát một hệ lượng tử, nó chọn một vị trí hoặc trạng thái cụ thể - phá vỡ sự chồng chất. Thực tế là thiên nhiên hành xử theo cách này đã được chứng minh nhiều lần trong phòng thí nghiệm - ví dụ, trong sự nổi tiếng thí nghiệm khe đôi (xem video dưới đây).

Trong 1961, nhà vật lý Wigner đề xuất một thí nghiệm suy nghĩ khiêu khích. Ông đặt câu hỏi điều gì sẽ xảy ra khi áp dụng cơ học lượng tử cho một người quan sát mà chính họ đang được quan sát.

Hãy tưởng tượng rằng một người bạn của Wigner ném một đồng xu lượng tử - nằm trong sự chồng chất của cả đầu và đuôi - bên trong một phòng thí nghiệm kín. Mỗi khi người bạn tung đồng xu, họ quan sát một kết quả rõ ràng. Chúng ta có thể nói rằng người bạn của Wigner thiết lập một sự thật: kết quả của việc tung đồng xu chắc chắn là đầu hoặc đuôi.

Wigner không có quyền truy cập vào thực tế này từ bên ngoài, và theo cơ học lượng tử, phải mô tả người bạn và đồng xu nằm trong sự chồng chất của tất cả các kết quả có thể xảy ra của thí nghiệm. Đó là bởi vì họ bị vướng mắc kết nối ma quái để nếu bạn thao túng cái này bạn cũng thao túng cái kia. Wigner về nguyên tắc có thể xác minh sự chồng chất này bằng cách sử dụng cái gọi làthí nghiệm giao thoaXấu - một loại phép đo lượng tử cho phép bạn làm sáng tỏ sự chồng chất của toàn bộ hệ thống, xác nhận rằng hai vật thể bị vướng víu.


Nhận thông tin mới nhất từ ​​Nội tâm


Khi Wigner và người bạn so sánh các ghi chú sau này, người bạn sẽ nhấn mạnh rằng họ đã thấy kết quả rõ ràng cho mỗi lần tung đồng xu. Tuy nhiên, Wigner sẽ không đồng ý bất cứ khi nào anh ta quan sát bạn bè và đồng xu trong sự chồng chất.

Điều này trình bày một câu hỏi hóc búa. Thực tế mà người bạn cảm nhận không thể hòa hợp được với thực tế ở bên ngoài. Wigner ban đầu không coi điều này là một nghịch lý, ông cho rằng sẽ thật phi lý khi mô tả một người quan sát có ý thức như một đối tượng lượng tử. Tuy nhiên, sau này anh khởi hành từ quan điểm nàyvà theo sách giáo khoa chính thức về cơ học lượng tử, mô tả là hoàn toàn hợp lệ.

Cuộc thí nghiệm

Kịch bản từ lâu vẫn là một thử nghiệm suy nghĩ thú vị. Nhưng nó có phản ánh đúng thực tế không? Về mặt khoa học, có rất ít tiến bộ về vấn đề này cho đến gần đây, khi Časlav Brukner tại Đại học Vienna cho thấy, theo những giả định nhất định, ý tưởng của Wigner có thể được sử dụng để chính thức chứng minh các phép đo trong cơ học lượng tử là chủ quan đối với các nhà quan sát.

Brukner đã đề xuất một cách để kiểm tra khái niệm này bằng cách dịch kịch bản bạn bè của Wigner thành một khung thành lập lần đầu của nhà vật lý John Bell trong 1964. Brukner đã xem xét hai cặp Wigner và bạn bè, trong hai hộp riêng biệt, tiến hành các phép đo trên trạng thái chia sẻ - bên trong và bên ngoài hộp tương ứng của chúng. Các kết quả có thể được tổng hợp để cuối cùng được sử dụng để đánh giá cái gọi là Bất bình đẳng Bell Bell. Nếu bất bình đẳng này bị vi phạm, các nhà quan sát có thể có các sự kiện thay thế.

Bây giờ chúng tôi lần đầu tiên thực hiện thử nghiệm này tại Đại học Heriot-Watt ở Edinburgh trên một máy tính lượng tử quy mô nhỏ được tạo thành từ ba cặp photon vướng víu. Cặp photon đầu tiên đại diện cho các đồng tiền, và hai cặp còn lại được sử dụng để thực hiện việc tung đồng xu - đo độ phân cực của các photon - bên trong hộp tương ứng của chúng. Bên ngoài hai hộp, hai photon vẫn còn ở mỗi bên cũng có thể đo được.

Vật lý lượng tử: Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thực tế khách quan không tồn tại
Các nhà nghiên cứu với thí nghiệm. tác giả cung cấp

Mặc dù sử dụng công nghệ lượng tử tiên tiến, phải mất nhiều tuần để thu thập đủ dữ liệu từ chỉ sáu photon để tạo ra đủ số liệu thống kê. Nhưng cuối cùng, chúng tôi đã thành công trong việc chỉ ra rằng cơ học lượng tử thực sự có thể không tương thích với giả định về các sự kiện khách quan - chúng tôi đã vi phạm sự bất bình đẳng!

Lý thuyết, tuy nhiên, dựa trên một vài giả định. Chúng bao gồm các kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu truyền trên tốc độ ánh sáng và các nhà quan sát có thể tự do lựa chọn các phép đo để thực hiện. Đó có thể hoặc không thể là trường hợp.

Một câu hỏi quan trọng khác là liệu các photon đơn lẻ có thể được coi là quan sát viên hay không. Trong đề xuất lý thuyết của Brukner, các nhà quan sát không cần phải có ý thức, họ chỉ cần có khả năng thiết lập các sự kiện dưới dạng kết quả đo lường. Do đó, một máy dò vô tri sẽ là một người quan sát hợp lệ. Và cơ học lượng tử trong sách giáo khoa cho chúng ta không có lý do gì để tin rằng một máy dò, có thể được chế tạo nhỏ như một vài nguyên tử, không nên được mô tả như một vật thể lượng tử giống như một photon. Cũng có thể là cơ học lượng tử tiêu chuẩn không áp dụng ở quy mô dài, nhưng kiểm tra đó là một vấn đề riêng biệt.

Vật lý lượng tử: Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thực tế khách quan không tồn tại
Có thể có nhiều thế giới ngoài kia.
Nikk / Flickr, CC BY-SA

Do đó, thí nghiệm này cho thấy, ít nhất là đối với các mô hình cơ học lượng tử cục bộ, chúng ta cần suy nghĩ lại về quan niệm của chúng ta về tính khách quan. Các sự kiện chúng ta trải nghiệm trong thế giới vĩ mô của chúng ta dường như vẫn an toàn, nhưng một câu hỏi lớn được đặt ra về cách giải thích hiện tại của cơ học lượng tử có thể đáp ứng các sự kiện chủ quan.

Một số nhà vật lý xem những phát triển mới này là những diễn giải củng cố cho phép nhiều hơn một kết quả xảy ra cho một quan sát, ví dụ sự tồn tại của vũ trụ song song trong đó mỗi kết quả xảy ra. Những người khác coi đó là bằng chứng thuyết phục cho các lý thuyết phụ thuộc vào người quan sát nội tại như Lượng tử Bayes, trong đó hành động và kinh nghiệm của một tác nhân là mối quan tâm chính của lý thuyết. Nhưng những người khác coi đây là một con trỏ mạnh mẽ mà có lẽ cơ học lượng tử sẽ phá vỡ trên quy mô phức tạp nhất định.

Rõ ràng đây là tất cả những câu hỏi triết học sâu sắc về bản chất cơ bản của thực tế. Dù câu trả lời là gì, một tương lai thú vị đang chờ đợi.Conversation

Về các tác giả

Alessandro Fedrizzi, Giáo sư Vật lý lượng tử, Đại học Heriot-Watt và Massimiliano Proietti, Tiến sĩ Vật lý lượng tử, Đại học Heriot-Watt

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}

ĐỌC MOST

TỪ BÀI VIẾT

Ngày phán xét đã đến với GOP
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Đảng Cộng hòa không còn là đảng chính trị thân Mỹ. Đây là một đảng giả chính trị bất hợp pháp đầy rẫy những kẻ cực đoan và phản động mà mục tiêu đã nêu là gây rối, gây mất ổn định và đánh bại
Tại sao Donald Trump có thể trở thành kẻ thua cuộc lớn nhất trong lịch sử
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Cập nhật ngày 2 tháng 20020 năm 2 - Toàn bộ đại dịch coronavirus này đang tiêu tốn cả gia tài, có thể là 3 hoặc 4 hoặc XNUMX vận may, tất cả đều có kích thước không xác định. Ồ vâng, và, hàng trăm ngàn, có thể một triệu người sẽ chết
Mắt xanh vs Mắt nâu: Cách phân biệt chủng tộc
by Marie T. Russell, Nội tâm
Trong tập Oprah Show năm 1992 này, nhà hoạt động và nhà giáo dục chống phân biệt chủng tộc từng đoạt giải thưởng Jane Elliott đã dạy cho khán giả một bài học khó khăn về phân biệt chủng tộc bằng cách chứng minh sự dễ dàng trong việc học định kiến.
Một sự thay đổi sẽ đến ...
by Marie T. Russell, Nội tâm
(30 tháng 2020 năm XNUMX) Khi tôi xem tin tức về các sự kiện ở Philadephia và các thành phố khác trong nước, trái tim tôi đau nhói vì những gì đang diễn ra. Tôi biết rằng đây là một phần của sự thay đổi lớn hơn đang diễn ra
Một bài hát có thể nâng đỡ trái tim và tâm hồn
by Marie T. Russell, Nội tâm
Tôi có một số cách mà tôi sử dụng để xóa bóng tối khỏi tâm trí khi tôi thấy nó đã len lỏi vào. Một là làm vườn, hoặc dành thời gian trong tự nhiên. Cái khác là im lặng. Một cách khác là đọc. Và một trong những đó