פרדוקס חבריו של ויגנר: האם יש מציאות אובייקטיבית?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

מהי מציאות? ומי יכול לענות על השאלה הזו? בשנה שעברה, מדענים מאוניברסיטת Heriot-Watt בסקוטלנד בדקו ניסוי מעניין המצביע על כך שמציאות אובייקטיבית עשויה שלא להתקיים.

למרות העובדה שפעם הרעיון הזה היה רק תיאוריה, עכשיו החוקרים הצליחו להעביר אותו לקירות המעבדה של האוניברסיטה, ולכן לבדוק אותו. מכיוון שבעולם הקוונטי מדידות ממיקומים שונים נותנות תוצאות שונות, אך בו זמנית נכונות באותה מידה, הניסוי שבוצע הראה שבעולם הפיזיקה הקוונטית, שני אנשים יכולים לצפות באותו אירוע ובתוצאות שונות; עם זאת, אף אחד משני האירועים הללו אינו יכול להיתפס כשגוי.

במילים אחרות, אם שני אנשים רואים שתי מציאויות שונות, אז הם לא יכולים להסכים איזו מהן נכונה. פרדוקס זה ידוע כ"פרדוקס החבר של ויגנר" וכעת מדענים הוכיחו זאת בניסוי.

מכניקת הקוונטים היא ענף בפיזיקה תיאורטית המתאר את התכונות וההתנהגות הבסיסיות של אטומים, יונים, מולקולות, אלקטרונים, פוטונים, חומר מעובה וחלקיקים יסודיים אחרים.

פרדוקס החבר של ויגנר

ב-1961 חתן פרס נובל לפיזיקה יוג'ין ויגנר שאל ברצינות מהי מציאות אובייקטיבית. המדען הציע את אחד הניסויים המוזרים ביותר במכניקת הקוונטים, שכלל את הרעיון ששני אנשים יכולים לצפות בשתי מציאויות שונות ואף אחד מהם לא יהיה שגוי מבחינה טכנית. אבל איך?

בניסוי מחשבתי שנקרא פרדוקס החבר של ויגנר, שני מדענים במעבדה חוקרים פוטון, יחידת האור הכמותית הקטנה ביותר. ראוי לציין שלפוטון מקוטב זה, כאשר נמדד, יכול להיות קיטוב אופקי או קיטוב אנכי. אבל לפני המדידה, לפי חוקי מכניקת הקוונטים, פוטון קיים בשני מצבי הקיטוב בו-זמנית - במה שנקרא סופרפוזיציה.

אז, ויגנר דמיין כיצד חברו במעבדה אחרת מודד את מצב הפוטון הזה וזוכר את התוצאה, בעוד ויגנר עצמו מתבונן מרחוק. יחד עם זאת, לוויגנר אין מידע על מדידת חברו, ולכן הוא נאלץ להניח שהפוטון והמדידה שלו נמצאים בסופרפוזיציה של כל תוצאות הניסוי האפשריות.

אבל זה בניגוד מוחלט לנקודת המבט של חברו של ויגנר, שבעצם מדד את הקיטוב של הפוטון ורשם אותו! החבר יכול אפילו להתקשר לוויגנר ולומר לו שהמדידה נעשתה (בתנאי שהתוצאה לא תתגלה). כך, אנו מקבלים שתי מציאויות, הסותרות זו את זו, מה שמטיל ספק במעמדן האובייקטיבי של העובדות שנקבעו על ידי שני משקיפים.

ראוי לציין שעד 2019 - עד שהמדענים השבדים עשו את אותו ניסוי במעבדה - הפרדוקס של חברו של ויגנר היה ניסוי מחשבתי בלבד. בדיוק כמו הניסוי המפורסם בעולם שהציע הפיזיקאי התיאורטי האוסטרי אדווין שרדינגר.

החתול של שרדינגר הוא ניסוי מחשבתי המתאר את האבסורד של מכניקת הקוונטים. תאר לעצמך שיש לך חתול ותיבה. בקופסה שמים חתול, חומר רדיואקטיבי ומנגנון מיוחד שפותח בקבוק עם רעל. במקרה של ריקבון של אטום רדיואקטיבי בקופסה סגורה - וזה יכול לקרות בכל רגע - המנגנון יפתח את המיכל עם הרעל והחתול ימות. אבל אתה יכול רק לגלות אם אטום רדיואקטיבי התכלה או לא, אתה יכול רק להסתכל לתוך הקופסה.עד לנקודה זו, על פי עקרונות הפיזיקה הקוונטית, החתול הוא גם חי וגם מת, כלומר, הוא נמצא בסופרפוזיציה.

האם אין מציאות אובייקטיבית?

החוקרים השתמשו בשישה פוטונים סבוכים כדי ליצור שתי מציאויות חלופיות במעבדה. מציאות אחת ייצגה את המציאות של ויגנר, השנייה את המציאות של חברו. חברו של ויגנר מדד את הקיטוב של הפוטון ושמר את התוצאה, ולאחר מכן ביצע ויגנר עצמו מדידת הפרעות כדי לקבוע אם המדידה והפוטון נמצאים בסופרפוזיציה.

התוצאות שהושגו על ידי צוות המדענים היו מעורבות. התברר ששתי המציאויות יכולות להתקיים במקביל, גם אם הן מובילות לתוצאות בלתי ניתנות לגישור - בדיוק כפי שחזה יוג'ין ויגנר. אבל האם ניתן ליישב ביניהם?

הרעיון שצופים יכולים בסופו של דבר ליישב את המדידות שלהם לגבי מציאות בסיסית כלשהי מבוסס על כמה הנחות.

ראשית, עובדות אוניברסליות אכן קיימות ומשקיפים יכולים להסכים עליהן.

שנית, הבחירה שעושה צופה אחד אינה משפיעה על הבחירה שמבצעים הצופים האחרים - ההנחה הזו שהפיזיקה מכנה מקומיות. אז אם יש מציאות אובייקטיבית שכולם יכולים להסכים איתה, אז כל ההנחות הללו נכונות.

אבל תוצאות עבודתם של מדענים מאוניברסיטת Heriot-Watt, שפורסמו בכתב העת Science Advances, מצביעות על כך שמציאות אובייקטיבית אינה קיימת. במילים אחרות, הניסוי מציע שהנחה אחת או יותר - הרעיון שיש מציאות איתה אנחנו יכולים להסכים, הרעיון שיש לנו בחירה חופשית או רעיון היישוב - חייבות להיות שגויות.

"השיטה המדעית מסתמכת על עובדות מוסכמות אוניברסלית שנקבעו על ידי מדידות חוזרות ונשנות, ללא קשר למי שערך את התצפיות", כותבים החוקרים בעבודתם.

אני לא יודע מה איתכם, אבל הראש שלי מסתובב, כי התוצאות שהתקבלו מספקות הוכחה אמיתית לכך שכשזה מגיע לתחום הפיזיקה הקוונטית, אין דבר כזה מציאות אובייקטיבית.