양자 물리학 : 우리의 연구는 객관적인 현실이 존재하지 않는 것을 제안합니다

양자 물리학 : 우리의 연구는 객관적인 현실이 존재하지 않는 것을 제안합니다
기어 로이드 헤이즈 / 플리커, CC의 BY-SA

다른 사실은 바이러스처럼 퍼짐 사회 전반에 걸쳐. 이제 그들은 심지어 양자 영역까지 과학에 감염된 것 같습니다. 이것은 직관적이지 않은 것처럼 보일 수 있습니다. 과학적인 방법은 결국 관측, 측정 및 반복성의 신뢰할 수있는 개념에 기초합니다. 측정에 의해 설정된 사실은 모든 관찰자가 이에 동의 할 수 있도록 객관적이어야합니다.

하지만 최근 논문에서 과학 발전으로 출판 됨우리는 양자 역학의 이상한 규칙에 의해 지배되는 원자와 입자의 미세한 세계에서 두 개의 서로 다른 관찰자들이 그들 자신의 사실에 대한 권리를 가지고 있음을 보여준다. 다시 말해, 자연 자체의 구성 요소에 대한 최선의 이론에 따르면 사실은 실제로 주관적 일 수 있습니다.

관찰자는 양자 세계에서 강력한 플레이어입니다. 이론에 따르면 입자는 한 번에 여러 장소 나 상태에있을 수 있습니다. 이것을 중첩이라고합니다. 그러나 이상하게도 이것은 관찰되지 않은 경우에만 해당됩니다. 두 번째로 양자 시스템을 관찰하면 특정 위치 또는 상태를 선택하여 중첩을 깨뜨립니다. 자연이 이런 식으로 행동한다는 사실은 실험실에서 여러 번 입증되었습니다. 이중 슬릿 실험 (아래 비디오 참조).

1961에서 물리학 자 유진 위그너 도발적인 사고 실험을 제안했습니다. 그는 양자 역학을 관찰자에게 적용 할 때 어떤 일이 일어날 지 의문을 가졌다.

Wigner의 친구가 닫힌 실험실 내부에서 머리와 꼬리가 겹쳐있는 양자 동전을 던졌다 고 상상해보십시오. 친구가 동전을 던질 때마다 확실한 결과를 관찰합니다. 우리는 Wigner의 친구가 사실을 확립한다고 말할 수 있습니다 : 동전 던지기의 결과는 확실히 머리 또는 꼬리입니다.

Wigner는 외부에서이 사실에 접근 할 수 없으며 양자 역학에 따르면 친구와 동전을 실험의 모든 가능한 결과의 중첩에 설명해야합니다. 왜냐하면 그들은“얽혀”있기 때문입니다 – 짜증나게 연결 하나를 조작하면 다른 쪽도 조작 할 수 있습니다. Wigner는 원칙적으로 소위 "간섭 실험– 두 가지 물체가 얽혀 있음을 확인하면서 전체 시스템의 중첩을 풀 수있는 퀀텀 측정 유형.


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Wigner와 친구가 나중에 메모를 비교할 때 친구는 각 동전 던지기에 대해 확실한 결과를 보았을 것이라고 주장합니다. 그러나 Wigner는 친구와 동전을 겹쳐서 볼 때마다 동의하지 않습니다.

이것은 수수께끼를 제공합니다. 친구가 인식 한 현실은 외부의 현실과 조화 될 수 없습니다. Wigner는 원래이 역설을 많이 고려하지 않았으며, 의식적인 관찰자를 양자 대상으로 묘사하는 것은 터무니없는 것이라고 주장했다. 그러나 그는 나중에 이 견해에서 출발양자 역학에 관한 공식 교과서에 따르면 설명은 완벽하게 유효합니다.

실험

이 시나리오는 오랫동안 흥미로운 사고 실험으로 남아있었습니다. 그러나 그것은 현실을 반영합니까? 과학적으로는 최근까지도 카 슬라 프 브루크너 비엔나 대학에서 특정 가정 하에서 Wigner의 아이디어는 공식적으로 증명하는 데 사용할 수 있습니다 양자 역학에서의 측정은 관찰자에게 주관적입니다.

Brukner는 Wigner의 친구 시나리오를 프레임 워크로 변환하여이 개념을 테스트하는 방법을 제안했습니다. 최초 설립 1964의 물리학 자 John Bell이 Brukner는 별도의 상자에서 2 개의 Wigner와 친구를 고려하여 각각의 상자 안팎에서 공유 상태로 측정을 수행했습니다. 결과는 소위 평가를 위해 사용되도록 요약 될 수 있습니다. “벨 불평등”. 이 불평등을 위반하면 관찰자는 대체 사실을 가질 수 있습니다.

우리는 처음으로 에딘버러의 Heriot-Watt University에서 3 쌍의 얽힌 광자로 구성된 소규모 양자 컴퓨터에서 실험적으로이 테스트를 수행했습니다. 첫 번째 광자 쌍은 동전을 나타내고 다른 두 쌍은 동전 상자를 수행하는 데 사용됩니다 (광자 편광 측정). 2 개의 상자 외부에서 측정 가능한 두 개의 광자가 각면에 남아 있습니다.

양자 물리학 : 우리의 연구는 객관적인 현실이 존재하지 않는 것을 제안합니다
실험 연구원. 저자 제공

최첨단 양자 기술을 사용 함에도 불구하고 충분한 통계를 생성하기 위해 단 6 개의 광자로부터 충분한 데이터를 수집하는 데 몇 주가 걸렸습니다. 그러나 결국 양자 역학이 객관적인 사실의 가정과 양립 할 수 없다는 것을 보여주었습니다 – 우리는 불평등을 위반했습니다!

그러나이 이론은 몇 가지 가정을 기반으로합니다. 여기에는 측정 결과가 광속 이상으로 이동하는 신호의 영향을받지 않으며 관찰자가 어떤 측정을 수행할지 자유롭게 선택할 수 있습니다. 그럴 수도 있고 아닐 수도 있습니다.

또 다른 중요한 질문은 단일 광자가 관찰자로 간주 될 수 있는지 여부입니다. Brukner의 이론 제안에서 관찰자들은 의식 할 필요가 없으며 단지 측정 결과의 형태로 사실을 확립 할 수 있어야합니다. 따라서 무생물 탐지기는 유효한 관찰자가 될 것입니다. 그리고 교과서 양자 역학은 우리가 소수의 원자처럼 작게 만들어 질 수있는 검출기가 광자처럼 양자 물체로 묘사되어서는 안된다고 믿을 이유가 없습니다. 표준 양자 역학은 큰 규모로 적용되지 않고 테스트는 별도의 문제 일 수 있습니다.

양자 물리학 : 우리의 연구는 객관적인 현실이 존재하지 않는 것을 제안합니다
많은 세상이있을 수 있습니다.
닉크 / 플리커, CC의 BY-SA

따라서이 실험은 적어도 양자 역학의 로컬 모델의 경우 객관성 개념을 재고해야한다는 것을 보여줍니다. 우리가 거시적 세계에서 경험하는 사실은 안전을 유지하는 것으로 보이지만, 양자 역학에 대한 기존 해석이 주관적인 사실을 어떻게 수용 할 수 있는지에 대한 주요 질문이 제기됩니다.

일부 물리학 자들은 이러한 새로운 발전이 예를 들어 관측에 대해 하나 이상의 결과가 발생할 수있는 해석을 강화시키는 것으로보고 있습니다. 평행 우주의 존재 각 결과가 발생합니다. 다른 사람들은 그것을 본질적으로 관찰자에 의존하는 이론에 대한 강력한 증거로 본다. 양자 베이지안상담원의 행동과 경험이 이론의 중심 관심사입니다. 그러나 다른 사람들은 이것을 양자 역학이 특정 복잡성 규모 이상으로 분해 할 것이라는 강력한 포인터로 생각합니다.

분명히 이것들은 모두 현실의 근본적인 본질에 관한 깊은 철학적 질문입니다. 답이 무엇이든 재미있는 미래가 기다리고 있습니다.대화

저자에 관하여

양자 물리학 교수 Alessandro Fedrizzi, 헤일 와트 대학 그리고 Massimiliano Proietti, 양자 물리학 박사 후보, 헤일 와트 대학

이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.

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