Wignerin ystävä: kvanttiajattelukoe, joka hämmentää edelleen – 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="Kvantti mysteeri Vuonna 1961 Eugene Wigner kuvitteli ystävänsä tekevän kokeen laboratoriossa odottaessaan ulkona. Paradoksi on, että Wigner ja ystävä ennustavat erilaisia ​​​​tuloksia, mutta molemmat ovat oikeassa. (iStock/Floriana)”>

Kvanttimaailma tarjoaa hedelmällistä materiaalia ajatuskokeille, jotka vaikuttavat niin oudolta mutta totta, että ne uhmaavat logiikkaa. Yksi pahamaineisimmista on "Wignerin ystävä", joka on haastanut fyysikot ja filosofit siitä lähtien. ensin sikoitettu unkarilais-amerikkalainen fyysikko Eugene Wigner. Hän julkaisi ajatuskokeen matemaatikon toimittamassa kirjassa 1961 Irving hyvä oikeus Tiedemies spekuloi: Osittain leivottujen ideoiden antologia.

Wignerin ajatuskokeilu on inhimillisempi versio Schrödingerin vähemmän monimutkaisesta mutta tunnetuimmasta ajatuskokeesta neljännesvuosisataa sitten. kissa laatikon sisällä, jonka kohtalo riippuu kvanttitapahtumasta. Laatikon sisällä Schrödingerin kissa on kuollut tai elossa, kun taas ulkopuoliselle kissa pysyy kuolleena ja elossa; se on "superpositiossa". Outo tilanne katoaa vasta kun laatikon kansi avautuu.

Wignerin ajatuskokeilun järjestely on aseistariisuvan yksinkertainen. Wigner ja hänen ystävänsä ovat kiinnostuneita tietyn kokeen lopputuloksesta, oletetaan valmistamassa kvanttibittiä (qubit), jonka mittaustulos on joko 0 tai 1. Ystävä menee laboratorioon ja asettaa laitteet, kun taas Wigner pysyy ulkopuolella. Jokainen on täysin perehtynyt kvanttiformalismiin.

Intuitiivisesti heidän ennusteensa ovat erilaisia. Wignerin ystävä – kokeilija – valmistelee kubitin tilojen superpositiolla ja ennustaa lopullisen tilan olevan 0 50 % todennäköisyydellä tai 1 50 % todennäköisyydellä. Wigner puolestaan ​​on eristetty ystävästään. Wigner ennustaa järjestelmän pysyvän superpositiossa 100 %:n todennäköisyydellä käyttämällä yhtä kvanttitilaa superpositiossa kuvaamaan ystäväänsä ja laboratorion sisältöä.

Wigner pitää tämän ennustuksen voimassa, vaikka hän uskoisi ystävänsä saaneen kokeen päätökseen. Kvanttimekaniikan mukaan Wigner ei voi erottaa ystävää muusta laboratorion sisällöstä. Wignerin on siksi kysyttävä ystävältään saadakseen tietoa ystävän kvanttitilasta. Joten kenellä on oikea vastaus: Wigner vai hänen ystävänsä?

Molemmat ovat oikeassa

Vastaus on, että molemmat todennäköisyydet ovat oikeita – jokaisen yksilön näkökulmasta. Heidän kaksi oikeaa matematiikan käyttöä antavat erilaisia ​​ennusteita: Wigner ennustaa, että tila on 100 % superpositiossa, kun taas ystävä ennustaa, että kubitin mittaustulos on joko 1 tai 0. Pohjimmiltaan Wignerin ajatuskokeessa sanotaan, että se, mikä on totta, riippuu missä seisotte.

Mutta jos oletamme, että todennäköisyydet kuvaavat samoja "tosia" - ja että on olemassa jotain, joka on totta kaikkien näkökulmasta - niin nämä ennusteet ovat ristiriidassa. Wigner itse ja monet sitä seuranneet pitivät paradoksaalisena, että kvanttiformalismi antaa kaksi erilaista ennustetta samalle tilanteelle. He uskoivat, että objektiivisuus edellyttää, että tarkkailijat luonnehtivat tosiasiat samalla tavalla asemastaan ​​riippumatta.

Mutta mikä tekee tästä skenaariosta paradoksaalisen, on sen tukeutuminen piilotettuihin klassisiin oletuksiin. Yksi oletus on, että Wigner on oikeassa ja hänen ystävänsä väärässä (tai päinvastoin), koska molemmat mallintavat lopulta ystävän kubittimittauksen tulosta. Mutta oletetaan, että heidän erilaiset ennusteensa tarkoittavat, että he mallintavat erilaisia ​​järjestelmiä. Wigner mallintaa ystävä-kubit-laboratorioympäristöä, kun taas hänen ystävänsä mallintaa vain kubittia.

Klassisessa tilanteessa Wignerillä ja ystävällä voi olla samat todennäköisyydet ennustaa kolikonheiton lopputulos. Vaikka Wigner seisoisi esimerkiksi verhon takana, hänen ei tarvitsisi kohdella kolikkoa heittävää ystävää superpositiossa. Kvanttitilanteessa Wigner ei kuitenkaan voi erottaa ja eristää vain kolikon todennäköisyyksiä. Wignerille ei voi yhtä hyvin olla "kolikkoa" – esineitä täynnä olevassa huoneessa ei ole yhtä asiaa muiden joukossa.

Mutta takaisin Wignerin ajatuskokeeseen. Mitä tapahtuu, kun laboratorion ovi avautuu ja Wigner ja ystävä voivat puhua ennusteistaan? He olivat olleet eri mieltä, mutta nyt näyttää siltä, ​​​​että he ovat yhtä mieltä kubitin lopullisesta tilasta. Näyttää siltä, ​​että heidän aiemmin epäjohdonmukaiset kuvaukset yhdestä asioiden tilasta ovat yhtyneet yhdeksi.

Näin ei kuitenkaan tapahdu. Pikemminkin Wignerin uudet tiedot eivät kumoa hänen alkuperäistä ennustettaan. Kvanttiformalismi osoittaa, että Wignerillä ja ystävällä oli johdonmukaiset kuvaukset kahdesta eri tilanteesta. Tämä tuntuu paradoksaalliselta vain, jos annamme periksi intuitiollemme ja oletamme, että se oli sama järjestelmä Wignerille ja ystävälle koko ajan.

Mielenkiinnolla odotettu hetki, jolloin Wigner ja hänen ystävänsä kertovat havainnoistaan, ei ole paradoksin ratkaisu, vaan se, mitä tapahtuu sen jälkeen, kun paradoksaalinen tilanne on jo päättynyt. Wignerillä oli oikea formalismi ja ystävällä omansa.

Wigneria ja monia niitä seuranneista häiritsi se tosiasia, että samassa kokeessa saattoi olla kaksi samaa menetelmää käyttävää ihmistä, jotka päätyivät kahteen oikeaan kuvaukseen riippuen siitä, oliko toinen laboratorion sisällä vai ulkopuolella. Klassinen intuitiomme on, että järjestelmä on kaikille sama. Kvanttimekaniikka saa meidät ajattelemaan, että meillä voi olla erilaisia ​​järjestelmiä ilman epäjohdonmukaisuutta tai olla objektiivisia ilman, että meidän tarvitsee tehdä kaikista kuvauksistamme identtisiä.

Kriittinen kohta

Kvanttiinformaatioteoreetikot ovat tehneet Wignerin ystävästä tehokkaan ajatuskokeilusarjan, jolla testataan fyysisten olettamusten uskottavuutta, kun jaamme tietoa. Nämä pitkälle kehitetyt ajatuskokeet sisältävät useita osallistujia useissa laboratorioissa, sotkeutuneita kvanttitiloja ystävien välillä ja tosielämän kietoutuneita fotonikokeita selvittääksemme klassiset oletuksemme.

Onko tiellä haarukka, klassinen vai kvantti? Klassisessa tulkinnassa pitäminen, jonka mukaan Wignerin ystävä sisältää kaksi epäjohdonmukaista kuvausta yhdestä asiaintilasta, tuottaa paradokseja. Kvanttiperspektiivi tarkoittaa, että on olemassa kuvauksia kahdesta erilaisesta asioiden tilasta. Ensimmäinen on intuitiivinen, mutta päätyy ristiriitaiseen, toinen on vähemmän intuitiivinen, mutta johdonmukainen. Kvanttiystävyys tarkoittaa sitä, ettei sinun tarvitse koskaan sanoa olevasi pahoillasi formalismin käytöstä.

Robert P Crease on professori (klikkaa alla olevaa linkkiä nähdäksesi koko biografian), Jennifer Carter on luennoitsija ja Gino Elia on tohtoriopiskelija, kaikki filosofian laitoksella, Stony Brook University, USA.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/