Ο φίλος του Wigner: το πείραμα της κβαντικής σκέψης που συνεχίζει να μπερδεύει – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-caption="Κβαντικό μυστήριο Το 1961 ο Eugene Wigner φαντάστηκε έναν φίλο που έκανε ένα πείραμα σε ένα εργαστήριο ενώ περίμενε έξω. Το παράδοξο είναι ότι ο Wigner και ο φίλος προβλέπουν διαφορετικά αποτελέσματα, ωστόσο και οι δύο έχουν δίκιο. (iStock/Floriana)”>

Ο κβαντικός κόσμος παρέχει γόνιμο υλικό για πειράματα σκέψης που φαίνονται τόσο παράξενα-αλλά-αληθινά που αψηφούν τη λογική. Ένα από τα πιο διαβόητα είναι ο «φίλος του Wigner», που έχει προκαλέσει φυσικούς και φιλοσόφους από τότε. πρώτη σύλληψη από τον Ουγγροαμερικανό φυσικό Eugene Wigner. Δημοσίευσε το πείραμα σκέψης σε ένα βιβλίο του 1961 που επιμελήθηκε ο μαθηματικός Ίρβινγκ Γκουντ με τίτλο The Scientist Speculates: Anthology of Partly-baked Ideas.

Το πείραμα σκέψης του Wigner είναι μια πιο ανθρώπινη εκδοχή του λιγότερο περίπλοκου αλλά πιο διάσημου πειράματος σκέψης του Schrödinger ένα τέταρτο πριν, το οποίο περιλάμβανε μια γάτα μέσα σε ένα κουτί της οποίας η μοίρα κρέμεται από ένα κβαντικό γεγονός. Μέσα στο κουτί η γάτα του Schrödinger είναι νεκρή ή ζωντανή, ενώ για κάποιον έξω, η γάτα παραμένει νεκρή και ζωντανή. είναι σε «υπέρθεση». Η περίεργη κατάσταση εξαφανίζεται μόνο όταν ανοίξει το καπάκι του κουτιού.

Η οργάνωση του πειράματος σκέψης του Wigner είναι αφοπλιστικά απλή. Ο Wigner και ο φίλος του ενδιαφέρονται για το αποτέλεσμα ενός συγκεκριμένου πειράματος, ας πούμε την προετοιμασία ενός κβαντικού bit (qubit) του οποίου το αποτέλεσμα μέτρησης θα είναι είτε 0 είτε 1. Ο φίλος πηγαίνει σε ένα εργαστήριο και εγκαθιστά τον εξοπλισμό, ενώ ο Wigner παραμένει έξω. Καθένας είναι πλήρως έμπειρος στον κβαντικό φορμαλισμό.

Αντιθετικά, οι προβλέψεις τους διαφέρουν. Ο φίλος του Wigner – ο πειραματιστής – προετοιμάζει το qubit με μια υπέρθεση καταστάσεων και προβλέπει ότι η τελική κατάσταση θα είναι 0 με 50% πιθανότητα ή 1 με 50% πιθανότητα. Ο Wigner, από την άλλη, είναι απομονωμένος από τον φίλο του. Χρησιμοποιώντας μια ενιαία κβαντική κατάσταση σε υπέρθεση για να περιγράψει τον φίλο του συν τα περιεχόμενα του εργαστηρίου, ο Wigner προβλέπει ότι το σύστημα θα παραμείνει σε υπέρθεση με 100% πιθανότητα.

Ο Wigner διατηρεί αυτή την πρόβλεψη ακόμα κι αν πιστεύει ότι ο φίλος του τελείωσε το πείραμα. Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, ο Wigner δεν μπορεί να διαχωρίσει τον φίλο από το υπόλοιπο περιεχόμενο του εργαστηρίου. Ο Wigner πρέπει επομένως να ρωτήσει τον φίλο του για να πάρει πληροφορίες για την κβαντική κατάσταση του φίλου. Ποιος έχει λοιπόν τη σωστή απάντηση: ο Wigner ή ο φίλος του;

Και οι δύο έχουν δίκιο

Η απάντηση είναι ότι και οι δύο πιθανότητες είναι σωστές – από τη σκοπιά του καθενός. Οι δύο σωστές χρήσεις των μαθηματικών δίνουν διαφορετικές προβλέψεις: ο Wigner προβλέπει ότι η κατάσταση είναι 100% σε υπέρθεση, ενώ ο φίλος προβλέπει ότι το αποτέλεσμα της μέτρησης του qubit είναι είτε 1 είτε 0. Ουσιαστικά, το σκεπτικό του Wigner λέει ότι αυτό που είναι αλήθεια εξαρτάται από εκεί που στέκεσαι.

Αλλά αν υποθέσουμε ότι οι πιθανότητες περιγράφουν το ίδιο «σύνολο γεγονότων» – και ότι υπάρχει κάτι που ισχύει από την οπτική γωνία του καθενός – τότε αυτές οι προβλέψεις έρχονται σε σύγκρουση. Ο ίδιος ο Wigner, και πολλοί που ακολούθησαν, θεώρησαν παράδοξο ότι ο κβαντικός φορμαλισμός δίνει δύο διαφορετικές προβλέψεις για την ίδια κατάσταση πραγμάτων. Πίστευαν ότι η αντικειμενικότητα απαιτεί ότι οι παρατηρητές πρέπει να χαρακτηρίζουν τα γεγονότα με τον ίδιο τρόπο ανεξάρτητα από τη θέση τους.

Αυτό που κάνει αυτό το σενάριο να φαίνεται παράδοξο, ωστόσο, είναι η εξάρτησή του σε κρυφές κλασικές υποθέσεις. Μια υπόθεση είναι ότι ο Wigner έχει δίκιο και ο φίλος του άδικο (ή το αντίστροφο), επειδή και οι δύο μοντελοποιούν τελικά το αποτέλεσμα της μέτρησης qubit του φίλου. Αλλά ας υποθέσουμε ότι οι διαφορετικές προβλέψεις τους σημαίνουν ότι οι δύο μοντελοποιούν διαφορετικά συστήματα. Ο Wigner μοντελοποιεί το περιβάλλον φίλο-qubit-lab, ενώ ο φίλος του μοντελοποιεί μόνο το qubit.

Σε μια κλασική κατάσταση, ο Wigner και ο φίλος τους θα μπορούσαν να έχουν τις ίδιες πιθανότητες για την πρόβλεψη του αποτελέσματος μιας ανατροπής νομίσματος. Ακόμα κι αν ο Wigner στεκόταν, ας πούμε, πίσω από μια κουρτίνα, δεν θα χρειαζόταν να αντιμετωπίζει τον φίλο που γυρίζει το νόμισμα ως σε υπέρθεση. Στην κβαντική κατάσταση, ωστόσο, ο Wigner δεν μπορεί να ξεχωρίσει και να απομονώσει τις πιθανότητες μόνο για το νόμισμα. Μπορεί επίσης να μην υπάρχει «νόμισμα» για τον Wigner – δεν υπάρχει ένα πράγμα μεταξύ άλλων σε ένα δωμάτιο γεμάτο αντικείμενα.

Αλλά πίσω στο πείραμα σκέψης του Wigner. Τι συμβαίνει όταν ανοίγει η πόρτα του εργαστηρίου και ο Wigner και ο φίλος μπορούν να μιλήσουν για τις προβλέψεις τους; Οι δυο τους είχαν διαφωνήσει αλλά τώρα φαίνεται ότι συμφωνούν για την τελική κατάσταση του qubit. Φαίνεται ότι οι προηγουμένως ασυνεπείς περιγραφές τους για μια ενιαία κατάσταση πραγμάτων έχουν συγκλίνει σε μία.

Δεν συμβαίνει αυτό, όμως. Αντίθετα, οι νέες πληροφορίες του Wigner δεν απορρίπτουν την αρχική του πρόβλεψη. Ο κβαντικός φορμαλισμός δείχνει ότι ο Wigner και ο φίλος τους είχαν συνεπείς περιγραφές για δύο διαφορετικές καταστάσεις πραγμάτων. Αυτό είναι παράδοξο μόνο αν υποκύψουμε στη διαίσθησή μας και υποθέσουμε ότι ήταν το ίδιο σύστημα για τον Wigner και τον φίλο σε όλη τη διάρκεια.

Η πολυαναμενόμενη στιγμή που ο Wigner και ο φίλος του μοιράζονται τα ευρήματά τους, λοιπόν, δεν είναι η επίλυση του παράδοξου, αλλά αυτό που συμβαίνει αφού η παράδοξη κατάσταση έχει ήδη τελειώσει. Ο Wigner είχε τον σωστό φορμαλισμό του και ο φίλος τον δικό τους.

Ο Wigner, και πολλοί από αυτούς που ακολούθησαν, ενοχλήθηκαν από το γεγονός ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν δύο άτομα που χρησιμοποιούν τις ίδιες μεθόδους στο ίδιο πείραμα, καταλήγοντας σε δύο σωστές περιγραφές ανάλογα με το αν ο ένας ήταν μέσα ή έξω από το εργαστήριο. Η κλασική μας διαίσθηση είναι ότι το σύστημα είναι το ίδιο για όλους. Η κβαντομηχανική μας ωθεί να πιστεύουμε ότι μπορούμε να έχουμε διαφορετικά συστήματα χωρίς να υπάρχει ασυνέπεια ή να είμαστε αντικειμενικοί χωρίς να χρειάζεται να κάνουμε όλες τις περιγραφές μας πανομοιότυπες.

Το κρίσιμο σημείο

Οι θεωρητικοί της κβαντικής πληροφορίας έχουν μετατρέψει τον φίλο του Wigner σε ένα ισχυρό σύνολο πειραμάτων σκέψης για τον έλεγχο της αληθοφάνειας των φυσικών υποθέσεων που κάνουμε όταν μοιραζόμαστε πληροφορίες. Αυτά τα επεξεργασμένα πειράματα σκέψης περιλαμβάνουν πολλαπλούς συμμετέχοντες σε πολλαπλά εργαστήρια, μπλεγμένες κβαντικές καταστάσεις μεταξύ φίλων και πειράματα εμπλεκόμενων φωτονίων στην πραγματική ζωή να καπνίσουμε ποιες είναι οι κλασικές μας υποθέσεις.

Υπάρχει διακλάδωση στο δρόμο, κλασική ή κβαντική; Το να επιμείνουμε στην κλασική ερμηνεία που λέει ότι ο φίλος του Wigner περιλαμβάνει δύο ασυνεπείς περιγραφές μιας κατάστασης πραγμάτων δημιουργεί παράδοξα. Η κβαντική προοπτική υποδηλώνει ότι υπάρχουν περιγραφές δύο διαφορετικών καταστάσεων πραγμάτων. Το πρώτο είναι διαισθητικό αλλά καταλήγει σε αντίφαση, το άλλο είναι λιγότερο διαισθητικό, αλλά συνεπές. Η κβαντική φιλία σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να πεις ποτέ ότι λυπάσαι για τη χρήση του φορμαλισμού.

Robert P Crease είναι καθηγητής (κάντε κλικ στον παρακάτω σύνδεσμο για πλήρες βιογραφικό), Τζένιφερ Κάρτερ είναι λέκτορας και Τζίνο Ελιά είναι διδάκτωρ, στο Τμήμα Φιλοσοφίας του Πανεπιστημίου Stony Brook, ΗΠΑ.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/