In 1961 schetste natuurkundige en Nobelprijswinnaar Eugene Wigner een gedachte-experiment dat een van de minst bekende paradoxen van de kwantummechanica demonstreerde. Het experiment laat zien hoe de vreemde aard van het universum twee waarnemers - zeg Wigner en Wigner's vriend - in staat stelt verschillende realiteiten te ervaren. Sindsdien hebben natuurkundigen het gedachte-experiment van "Wigner's friend" gebruikt om de aard van metingen te onderzoeken en te discussiëren over het bestaan van objectieve feiten.
Laten we het eerst hebben over het gedachte-experiment van Wigner:
Stel dat twee mensen tegelijkertijd de doos met de kat van Schrödinger openen. Als het resultaat (van het ineenstorten van de golffunctie) wordt gekozen door de waarnemer, zoals geïmpliceerd door de idealistische oplossing, dan ontstaat er een probleem als de twee waarnemers verschillende keuzes maken. Als we een van de twee uitkomsten noemen, kan slechts één van de waarnemers een keuze maken, en voorstanders van realisme vinden deze beslissing terecht onbevredigend.
De paradox is belangrijk geworden omdat wetenschappers experimenten uitvoeren om objectieve feiten vast te stellen. Maar als ze met verschillende realiteiten worden geconfronteerd, hoe kunnen ze het dan eens worden over wat deze feiten zouden kunnen zijn? Het gedachte-experiment van Wigner was nooit meer dan een gedachte-experiment.
Maar vorig jaar merkten natuurkundigen op dat de recente vooruitgang in de kwantumtechnologie het mogelijk heeft gemaakt om de test van de vriend van Wigner te repliceren in een echt experiment, met andere woorden, het is mogelijk geworden om verschillende realiteiten te creëren en ze in het laboratorium te vergelijken om erachter te komen of ze kunnen worden verzoend.
Is er een objectieve realiteit?
Promotie video:
En vandaag zeiden Massimiliano Proietti van de Heriot-Watt University in Edinburgh en verschillende van zijn collega's dat ze dit experiment voor het eerst hadden uitgevoerd: ze creëerden verschillende realiteiten en vergeleken ze. En ze kwamen tot de conclusie dat Wigner gelijk had: deze realiteiten kunnen zo onverenigbaar zijn dat het onmogelijk is om in een experiment tot een consensus te komen over objectieve feiten.
Wigners oorspronkelijke gedachte-experiment begon met een enkel gepolariseerd foton, dat, gemeten, horizontaal of verticaal gepolariseerd kan zijn. Maar vóór de meting, volgens de wetten van de kwantummechanica, bestaat het foton tegelijkertijd in beide polarisatietoestanden - de zogenaamde superpositie.
Wigner stelde zich een vriend in een ander laboratorium voor die de toestand van dit foton meet en het resultaat opslaat, terwijl Wigner van verre observeert. Wigner heeft geen informatie over de metingen van zijn vriend en moet daarom aannemen dat het foton en zijn meting een superpositie vormen van alle mogelijke experimentele resultaten.
Wigner kan zelfs een experiment uitvoeren om te bepalen of deze superpositie bestaat of niet. Een soort interferentie-experiment dat zal aantonen dat het foton en de meting inderdaad in superpositie zijn.
Vanuit het standpunt van Wigner is dit een "feit" - superpositie bestaat. En dit feit suggereert dat de meting niet kon worden uitgevoerd.
Maar zijn vriend zal het hier niet mee eens zijn, aangezien hij de polarisatie van het foton heeft gemeten en deze heeft vastgelegd. De vriend kan zelfs Wigner bellen en hem vertellen dat de meting is uitgevoerd (op voorwaarde dat het resultaat niet wordt bekendgemaakt).
Twee realiteiten zijn in tegenspraak met elkaar. "Dit doet twijfel rijzen over de objectieve status van de feiten die door de twee waarnemers zijn vastgesteld", zegt Proietti.
Dat is de theorie, maar vorig jaar bedacht Caslav Bruckner van de Universiteit van Wenen in Australië een manier om de Wigner-vriend in het laboratorium na te bootsen met behulp van technieken waarbij veel deeltjes tegelijk worden verstrengeld.
De doorbraak van Proietti was dat ze het ook echt deden. Ze hebben een uitgebreid "vriend van Wigner's" -scenario geïmplementeerd in een modern zes-foton-experiment.
Zes fotonen waren met elkaar verstrengeld om twee alternatieve realiteiten te creëren: de ene vertegenwoordigt Wigner en de andere vertegenwoordigt de vriend van Wigner. De vriend van Wigner meet de polarisatie van het foton en slaat het resultaat op. Wigner voert vervolgens een interferentiemeting uit om te zien of de meting en het foton in superpositie zijn.
Het experiment leverde een dubbelzinnig resultaat op. Het blijkt dat beide realiteiten naast elkaar kunnen bestaan, zelfs als ze onverenigbare resultaten opleveren, zoals voorspeld door Wigner. Dit roept een aantal interessante vragen op die natuurkundigen ertoe aanzetten om de aard van de werkelijkheid opnieuw te bekijken.
Het idee dat waarnemers hun metingen uiteindelijk kunnen verzoenen met een fundamentele realiteit, is gebaseerd op verschillende aannames. Ten eerste bestaan er universele feiten en waarnemers kunnen het erover eens zijn.
Maar er zijn ook andere aannames. Een daarvan is dat waarnemers vrij zijn om waarnemingen te doen die ze willen. En nog een ding: de keuze die een waarnemer maakt, heeft geen invloed op de keuze van andere waarnemers. Deze aanname van de fysica wordt lokaliteit genoemd.
Als er een objectieve realiteit is waar iedereen het mee eens kan zijn, dan zijn al deze veronderstellingen correct.
Maar het resultaat van Proietti en zijn collega's suggereert dat de objectieve realiteit niet bestaat. Met andere woorden, een experiment gaat ervan uit dat een of meer aannames zijn dat er een realiteit is waarmee we het eens zijn; wat is keuzevrijheid; of plaats - zou verkeerd moeten zijn.
Er is natuurlijk nog een andere mogelijkheid. De mogelijkheid dat er een maas in de wet is die de onderzoekers hebben gemist. In feite hebben natuurkundigen jarenlang geprobeerd de mazen in dergelijke experimenten te dichten, maar ze geven toe dat ze ze misschien nooit allemaal kunnen sluiten.
Werk heeft echter belangrijke implicaties voor de wetenschap. De volgende stap is om verder te gaan: om experimenten te creëren die steeds meer bizarre alternatieve realiteiten creëren die onmogelijk te verzoenen zijn. Waar dit ons heen zal leiden, weet niemand.
Ilya Khel
