Квантовая физика ставит под сомнение нашу концепцию реальности

Если вы знакомы с квантовой физикой, вы знаете, что в очень крошечных масштабах Вселенная очень странная. Частицы действуют как частицы и волны одновременно. 

Электрон может находиться в одном месте, а затем внезапно в другом месте, никогда не проходя через точку между этими двумя точками . Или даже отдельная частица может взаимодействовать сама с собой.

Но в макроскопическом масштабе дела обстоят более «нормально». По крайней мере, мы так думаем. Но, возможно, квантовая физика также влияет на нас как на макроскопических наблюдателей. 

И недавнее исследование, опубликованное в Nature Physics, говорит, что даже для макроскопических наблюдателей квантовая физика может поставить под сомнение нашу реальность.

Доказательства реальности, которые верны ... или мы думаем, что они верны?

Как макроскопические наблюдатели мы можем сказать о реальности три вещи:

1. Если вы видите происходящее событие, оно действительно произошло.

2. Вы можете делать свободный выбор. Частицы также могут делать «свободный выбор», который является статистически вероятным.

3. Если что-то случается, это не может мгновенно повлиять на что-то далеко. Информация может распространяться только с такой скоростью, которая обычно регулируется универсальным ограничением скорости - скоростью света.

Давайте сравним их с реальностью на квантовом уровне.

Частица не имеет точных свойств, пока не будет измерена. Например, частица не имеет точного положения, если что-то - будь то человек или фотон света - не «наблюдает» за ней. Это не просто , что мы не знаем, что положение частицы есть - это то , что он не имеет позиций - только массив вероятных мест.

Даже при измерениях есть вещи, которые мы никогда не сможем узнать точно. Например, мы никогда не сможем узнать положение и импульс частицы одновременно. Это известно как принцип неопределенности Гейзенберга.

Две частицы могут быть запутаны. Это означает, что если вы заметите, что одна частица, скажем, красная, другая тоже будет красной. Или, если вы заметите, что одна частица будет синей, другая будет синей. Но самое странное - эти свойства не являются внутренними свойствами частиц. 

Частицы решают, красные они или синие, в тот момент, когда вы их наблюдаете - и каким-то образом мгновенно передают этот выбор - независимо от того, где находятся эти частицы. Это известно как теорема Белла.

Эти две реальности очень разные. Если бы наш нормальный макроскопический мир начал действовать квантово, мир был бы совсем другим.

Но, возможно, наш мир не так однозначен, как мы думали.

Наблюдение за наблюдателем

Попробуем немного поиграть с нашей макроскопической реальностью.

Для этого мы можем провести мысленный эксперимент, в котором наблюдатель частицы также наблюдается.

Эксперимент, известный как друг Вигнера, проходит следующим образом. У вас есть ученый, назовем его Чарли, который заперт в лаборатории. Он рассматривает частицу как красную или синюю. Его друг, Алиса, ждет снаружи. С точки зрения Алисы, она не знает, видит ли Чарли частицу красной или синей. 

Для нее пока она не откроет дверь лаборатории и не спросит Чарли, что он видел, частица будет одновременно красной и синей. Это похоже на результат, который мы наблюдаем в эксперименте с кошкой Шредингера, где кошка в коробке одновременно жива и мертва, пока ее не заметят.

Юджин Вигнер, физик, придумавший этот мысленный эксперимент, счел это абсурдом. У Чарли есть сознание - он не может находиться в двух состояниях одновременно (в одном он наблюдал частицу как красную, а во втором - как в синей). Таким образом, утверждал Вигнер, человеческое сознание приводит к краху всей этой неопределенности.

Это имеет смысл для нас в макроскопическом мире. Но что такого особенного в человеческом сознании? И почему наблюдатели такие особенные?

Расширение эксперимента

На этом Вигнер остановился. Но другая версия, впервые предложенная Чаславом Брукнером, недавно была расширена группой ученых из Центра квантовой динамики Университета Гриффита и Департамента физики и Центра квантовых границ исследований и технологий Национального университета Ченг Кунг.

По их версии, есть два наблюдателя, запертые в своих лабораториях на противоположных сторонах планеты, Чарли и Дебби. Оба они наблюдают запутанные частицы, скажем, красные или синие. Помните, что если Чарли видит свою частицу синей, запутанная частица Дебби также должна быть синей. Это заставляет Чарли и Дебби перепутать друг друга. У Чарли и Дебби, в свою очередь, есть два наблюдателя, Алиса и Боб.

Затем Алиса и Боб подбрасывают по монете. Если это орлы, они открывают дверь в лабораторию Чарли и Дебби и спрашивают результат своего эксперимента. Если выпала решка, они проводят еще одно измерение, которое будет положительным, если Чарли и Дебби запутаются со своими частицами.

Никакая информация внутри лаборатории не должна просочиться наружу, за исключением случаев, когда Алиса и Боб откроют дверь и спросят своих друзей о результате их эксперимента. Даже Чарли и Дебби после эксперимента не могут вспомнить результат.

На этом этапе давайте вернемся к нашим принципам реальности и посмотрим, как они соотносятся с этим экспериментом. Чарли и Дебби действительно видят частицу как красную или синюю, и это отражает некую объективную реальность. Кроме того, эта реальность не должна зависеть от «выбора», который делают Алиса и Боб, когда подбрасывают монеты.

После тысяч осознаний исследователи обнаружили, что количество корреляций, которые видят Алиса и Боб с тем, определяют ли Чарли или Дебби свою частицу как синюю или красную, превышает количество, ожидаемое, если наши три принципа реальности сохранятся.

Это означает, что при взаимодействии сознания с квантовой физикой происходит что-то странное. Либо наше представление о квантовой физике нужно пересмотреть, либо мы не имеем полного представления о реальности.

«Во-первых, обнаруженные нами корреляции нельзя объяснить, просто сказав, что физических свойств не существует, пока они не измерены», - говорит доктор Эрик Кавальканти, один из авторов статьи. 

«Теперь ставится под сомнение абсолютная реальность самих результатов измерений».

Теперь у этого эксперимента есть некоторые ограничения. Во-первых, Алиса, Боб, Чарли и Дебби не были настоящими людьми. Однако, если одни и те же результаты не получены с реальными людьми в будущем примере этого эксперимента, это означает, что сознательные наблюдатели действительно являются особенными. 

Если мы действительно получим те же результаты, тогда один из наших принципов реальности не должен быть верным. 

Реальность для одного человека может не совпадать с реальностью, которую видит другой человек.

В любом случае, эта работа создает основу для того, как квантовая физика и сознание могут объединиться, чтобы помочь нам понять истинную природу реальности.