Квантов парадокс може да промени представата ни за реалността, в която живеем

П редставете си следното – в една гора пада огромно и старо дърво. Ясно е, че при удара му в земята ще се чуе силен трясък. Ако, обаче, в близост няма хора и съответно никой не чуе това, дали тогава дървото е издало някакъв звук? По-скоро не, смятат някои учени. А ако сте в непосредствена близост до него? Тогава със сигурност падането ще е съпроводено от силен шум, нали? Изненадващо, отговорът отново е отрицателен – поне според експерти, занимаващи се с квантов парадокс, който може да преобърне представите ни за това кое е реално и кое – не. Преди да се запознаем с него, нека първо обърнем внимание на три важни предположения:

• Когато някой види дадено събитие, това означава, че то наистина се е случило;
• Възможно е да правим свободни и случайни избори;
• Решение, което вземаме, докато се намираме на дадена позиция, не може веднага да повлияе на събитие, случващо се на друго място;

На пръв поглед изглежда, че и трите твърдения са правилни. Според изследване, резултатите от което са публикувани в „Нейчър Физикс“, обаче, това изобщо не е така и всъщност няма как и трите да са верни.

Quantum physics is arguably the greatest intellectual triumph in the history of human civilization. Here are 3 ways it affects your daily life: https://t.co/83uuLy3QjG pic.twitter.com/wohQ9sfzbN

— Forbes (@Forbes) December 5, 2018

Квантовата механика е раздел от теоретичната физика, който изучава поведението на миниатюрни обекти като атоми и фотони. Тези частици, обаче, се държат повече от странно. В редица случаи, квантовата теория не може да даде отговори дори на елементарни въпроси като „Къде се намира дадена частица в момента?“ Вместо това, учените могат само да предположат къде ще е частицата, когато бъде наблюдавана. Според Нилс Бор, който е един от създателите на квантовата теория, това не се дължи на липсата на информация, а на факта, че местоположението е величина, която не съществува, докато не бъде измерена. Освен това, някои характеристики не могат да бъдат регистрирани абсолютно точно в един и същи момент – като скоростта и позицията, например.

Алберт Айнщайн, обаче, намира тази идея за незадоволителна. През 1935 г. той публикува статия заедно с Нейтън Розен и Борис Подолски, в която изразява мнението, че двойка частици може да се намира в състояние на квантово заплитане. Когато се измерва една и съща характеристика на двете частици, резултатите ще са случайни, но ще има връзка между тях. Например, ако се наблюдава позицията или скоростта на първата частица, то съответната характеристика на втората може да се предскаже с абсолютна точност, независимо колко отдалечена е тя. Обяснението е, че и двете величини съществуват още преди да бъдат измерени.

През 1964 г., обаче, физикът Джон Бел оборва това твърдение. Той отбелязва, че ако двама наблюдатели независимо един от друг измерват характеристиките на частиците, резултатите няма как да бъдат обяснени от която и да е теория, в която позицията и скоростта са предварително съществуващи локални величини. За много учени това е доказателство, че Нилс Бор е прав.

While the “butterfly effect” is a feature of classical physics, it has been unclear whether it also applies to quantum mechanics https://t.co/v1xFJ8PaPj

— The Economist (@TheEconomist) August 14, 2020

През 1961 г. теоретичният физик Юджийн Вигнер създава следния мисловен експеримент: човек влиза в изолирана лаборатория, за да измери дадена характеристика на една частица – нейната позиция, например. Вигнер установил, че ако приятел на въпросния човек стои навън и приложи правилата на квантовата механика, за да изчисли местоположението на частицата, резултатът, който ще получи, ще бъде различен. Това се дължи на факта, че от перспективата на човека извън лабораторията, неговият приятел се е „заплел“ с частицата и е повлиян от нестабилността й. Сходен е и прословутият експеримент с котката на Шрьодингер, в който съдбата на животното, поставено в кутия, зависи от случайно квантово събитие (дали ще се отвори съд с отровен газ).

The science behind Erwin Schrödinger's cat paradox: http://t.co/HURUp9FyRl

— National Geographic (@NatGeo) August 13, 2013

Професор Ерик Кавалканти от университета „Грифит“ е един от авторите на новото проучване, което е базирано на експеримента на Вигнер. „В нашия сценарий има двама физици – нека ги наречем Алис и Боб. Всеки от тях има по един приятел - Чарли и Деби. Те се намират в две отделни лаборатории. Има и още нещо важно – Чарли и Деби измерват двойка частици, които са квантово заплетени“, отбелязва Кавалканти. Според квантовата механика, това означава, че Чарли и Деби трябва да се заплетат с наблюдаваните частици. „Но тъй като тези частици вече са в състояние на квантово заплитане помежду си, на теория същото трябва да се случи и с Чарли и Деби“, добавя Кавалканти.

Експериментът протича по следния начин: приятелите влизат в своите лаборатории и измерват частиците. След известно време Алис и Боб хвърлят по една монета. Ако се падне ези, те отварят вратата и питат своя приятел какво е видял. Ако пък се падне тура, те извършват различно измерване. „Това измерване винаги дава положителен резултат за Алис, ако Чарли е заплетен с наблюдаваната частица по начина, описан от Вигнер. Същото важи за Боб и Деби. При всяко измерване, обаче, извършените наблюдения ще останат изолирани от външния свят. Това означава, че Чарли или Деби няма да си спомнят нищо от онова, което са видели в лабораторията, те сякаш ще се събудят от дълбок сън“, обяснява Кавалканти.

The weirdest idea in quantum physics is catching on: There may be endless worlds with countless versions of you. - @NBCNewsMACH https://t.co/H0ZtcajsTH

— NBC News (@NBCNews) October 23, 2019

Въпросът, който си задават учените, е дали нещо се е случило, ако никой не го помни? Ако трите твърдения, с които се запознахме в началото на тази статия, са верни, то всеки един от участниците е видял реален и уникален резултат от експеримента, независимо дали Алис или Боб са отворили вратата. Това, което Алис и Чарли виждат, пък не трябва да зависи от това какво показва монетата на Боб. „По този начин показахме, че има граници на корелациите, които Алис и Боб могат да видят между получените от тях резултати. Квантовата механика също така предсказва, че Алис и Боб ще видят корелации, които надхвърлят тези граници”, отбелязва Кавалканти. Ако тези прогнози се окажат правилни, това може да промени начина, по който разбираме реалността. „Корелациите, които открихме, не могат да бъдат обяснени само с това, че физическите свойства не съществуват, докато не бъдат измерени. Сега абсолютната реалност на самите резултати е поставена под въпрос“, добавя още Кавалканти.