Tillbaka 1961 skisserade fysiker och nobelpristagare Eugene Wigner ett tankeexperiment som demonstrerade en av de minst kända paradoxerna i kvantmekanik. Experimentet visar hur universumets konstiga natur tillåter två observatörer - säger Wigner och Wigners vän - att uppleva olika verkligheter. Sedan dess har fysiker använt "Wigners vän" -tankeexperiment för att undersöka arten av mätningar och diskutera om det finns objektiva fakta.
Låt oss först prata om Wigners tankeexperiment:
Anta att två personer öppnar lådan med Schrödingers katt på samma gång. Om resultatet (av vågfunktionens kollaps) väljs av observatören, vilket antyds av den idealistiska lösningen, uppstår ett problem om de två observatörerna gör olika val. Om vi namnger ett av de två resultaten, kan bara en av observatörerna göra ett val, och anhängare av realismen anser med rätta detta beslut som otillfredsställande.
Paradoxen har blivit viktig eftersom forskare gör experiment för att fastställa objektiva fakta. Men om de står inför olika verkligheter, hur kan de komma överens om vad dessa fakta kan vara? Wiggers tankeexperiment var aldrig mer än ett tankeexperiment.
Men förra året märkte fysiker att de senaste framstegen inom kvanttekniken gjorde det möjligt att replikera Wigners väns test i ett verkligt experiment. Med andra ord blev det möjligt att skapa olika verkligheter och jämföra dem i laboratoriet för att ta reda på om de kan förena.
Finns det en objektiv verklighet?
Kampanjvideo:
Och idag sa Massimiliano Proietti från Heriot-Watt University i Edinburgh och flera av hans kollegor att de hade genomfört detta experiment för första gången: de skapade olika verkligheter och jämförde dem. Och de kom till slutsatsen att Wigner hade rätt: dessa verkligheter kan vara oförenliga i den utsträckning det är omöjligt att komma till enighet om objektiva fakta i ett experiment.
Wigners ursprungliga tankeexperiment började med en enda polariserad foton, som, när den mäts, kan horisontellt eller vertikalt polariseras. Men före mätningen, enligt kvantmekanikens lagar, finns fotonen i båda polarisationslägena samtidigt - den så kallade superpositionen.
Wigner föreställde sig en vän i ett annat laboratorium som mäter tillståndet för denna foton och lagrar resultatet, medan Wigner observerar på avstånd. Wigner har inte information om sin väns mätningar och måste därför anta att fotonen och dess mätning ligger i en superposition av alla möjliga experimentella resultat.
Wigner kan till och med genomföra ett experiment för att avgöra om denna superposition finns eller inte. Ett slags interferensexperiment som visar att fotonen och mätningen verkligen är i superposition.
Ur Wigners synvinkel är detta ett "faktum" - superposition finns. Och detta faktum antyder att mätningen inte kunde genomföras.
Men hans vän kommer inte att hålla med om detta, eftersom han mätte fotonens polarisering och spelade in den. Vänen kan till och med ringa Wigner och berätta för honom att mätningen har gjorts (förutsatt att resultatet inte visas).
Två verkligheter strider mot varandra. "Detta ställer tvivel om objektiv status för de fakta som fastställts av de två observatörerna," säger Proietti.
Det är teorin, men förra året kom Caslav Bruckner från universitetet i Wien i Australien med ett sätt att återskapa Wigner-vänen i laboratoriet med hjälp av tekniker som involverar intrassling av många partiklar samtidigt.
Proiettis genombrott var att de faktiskt gjorde det. De har implementerat ett utökat "vän med Wigners" -scenario i ett modernt sexfoton-experiment.
Sex fotoner var förvirrad för att skapa två alternativa verkligheter - en representerar Wigner och den andra representerar Wigners vän. Wigners vän mäter fotonens polarisering och lagrar resultatet. Wigner gör sedan en interferensmätning för att se om mätningen och fotonen är i superposition.
Experimentet gav ett tvetydigt resultat. Det visar sig att båda verkligheterna kan samexistera, även om de ger oförenliga resultat, som Wigner förutspådde. Detta väcker ett antal intressanta frågor som får fysiker att tänka om verklighetens natur.
Tanken att observatörer i slutändan kan förena sina mätningar i någon grundläggande verklighet bygger på flera antaganden. För det första finns universella fakta och observatörer kan komma överens om dem.
Men det finns andra antaganden också. Den ena är att observatörer är fria att göra de observationer de vill ha. Och en sak till: valet som en observatör gör påverkar inte valet av andra observatörer. Detta antagande av fysik kallas lokalitet.
Om det finns en objektiv verklighet som alla kan hålla med om, kommer alla dessa antaganden att vara korrekta.
Men resultatet av Proietti och hans kollegor antyder att objektiv verklighet inte finns. Med andra ord antar ett experiment att en eller flera antaganden är att det finns en verklighet som vi håller med om; vad är valfrihet; eller lokalitet - borde vara fel.
Det finns naturligtvis ett annat alternativ. Möjligheten att det finns ett kryphål som experimenterna missade. I själva verket har fysiker försökt stänga kryphålen i sådana experiment under många år, men de medger att de aldrig kan stänga dem alla.
Men arbete har viktiga konsekvenser för vetenskapen. Nästa steg är att gå längre: att skapa experiment som skapar allt mer bisarra alternativa verkligheter som är omöjliga att förena. Var detta kommer att leda oss, vet ingen.
Ilya Khel
