Wigners vriend: het kwantumgedachte-experiment dat blijft verwarren – 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="Kwantummysterie In 1961 stelde Eugene Wigner zich een vriend voor die een experiment deed in een laboratorium terwijl hij buiten wachtte. De paradox is dat Wigner en de vriend verschillende uitkomsten voorspellen, maar toch hebben ze allebei gelijk. (iStock/Floriana)”>

De kwantumwereld levert vruchtbaar materiaal voor gedachte-experimenten die zo vreemd maar waar lijken dat ze de logica tarten. Een van de meest beruchte is ‘Wigner’s vriend’, die natuurkundigen en filosofen sinds het begin van hun bestaan ​​heeft uitgedaagd. voor het eerst bedacht van de Hongaars-Amerikaanse natuurkundige Eugene Wigner. Hij publiceerde het gedachte-experiment in een boek uit 1961, onder redactie van de wiskundige Irving Goed gerechtigd De wetenschapper speculeert: een bloemlezing van gedeeltelijk gebakken ideeën.

Wigners gedachte-experiment is een meer humane versie van Schrödingers minder complexe maar bekendere gedachte-experiment van een kwart eeuw eerder, waarbij een kat in een doos wiens lot afhangt van een kwantumgebeurtenis. In de doos is de kat van Schrödinger dood of levend, terwijl voor iemand buiten de kat dood en levend blijft; het bevindt zich in een “superpositie”. De bizarre situatie verdwijnt pas als het deksel van de doos opengaat.

De opzet van Wigners gedachte-experiment is ontwapenend eenvoudig. Wigner en zijn vriend zijn geïnteresseerd in de uitkomst van een bepaald experiment, bijvoorbeeld het voorbereiden van een kwantumbit (qubit) waarvan de meetuitkomst 0 of 1 zal zijn. De vriend gaat een laboratorium binnen en installeert de apparatuur, terwijl Wigner buiten blijft. Ieder van hen is volledig thuis in het kwantumformalisme.

Contra-intuïtief lopen hun voorspellingen uiteen. Wigners vriend – de experimentator – bereidt de qubit voor met een superpositie van toestanden, en voorspelt dat de uiteindelijke toestand 0 zal zijn met een waarschijnlijkheid van 50%, of 1 met een waarschijnlijkheid van 50%. Wigner daarentegen is geïsoleerd van zijn vriend. Door gebruik te maken van een enkele kwantumtoestand in superpositie om zijn vriend plus de laboratoriuminhoud te beschrijven, voorspelt Wigner dat het systeem met een waarschijnlijkheid van 100% in superpositie zal blijven.

Wigner handhaaft deze voorspelling, zelfs als hij gelooft dat zijn vriend het experiment heeft afgerond. Volgens de kwantummechanica kan Wigner de vriend niet scheiden van de rest van de laboratoriuminhoud. Wigner moet daarom zijn vriend vragen om informatie te krijgen over de kwantumtoestand van zijn vriend. Dus wie heeft het juiste antwoord: Wigner of zijn vriend?

Beiden hebben gelijk

Het antwoord is dat beide waarschijnlijkheden juist zijn – vanuit het standpunt van ieder individu. Hun twee correcte toepassingen van de wiskunde leveren verschillende voorspellingen op: Wigner voorspelt dat de toestand 100% in superpositie is, terwijl de vriend voorspelt dat de meetuitkomst van de qubit 1 of 0 is. In wezen zegt Wigners gedachte-experiment dat wat waar is afhangt van waar je staat.

Maar als we aannemen dat de waarschijnlijkheden dezelfde “reeks feiten” beschrijven – en dat er iets is dat waar is vanuit ieders gezichtspunt – dan zijn deze voorspellingen met elkaar in strijd. Wigner zelf, en velen die volgden, vonden het paradoxaal dat het kwantumformalisme twee verschillende voorspellingen geeft voor dezelfde stand van zaken. Ze waren van mening dat objectiviteit vereist dat waarnemers de feiten op dezelfde manier moeten karakteriseren, ongeacht hun positie.

Wat dit scenario echter paradoxaal doet lijken, is het vertrouwen op verborgen klassieke aannames. Eén aanname is dat Wigner gelijk heeft en zijn vriend ongelijk (of andersom), omdat beide uiteindelijk de uitkomst van de qubit-meting van de vriend modelleren. Maar stel dat hun verschillende voorspellingen betekenen dat de twee verschillende systemen modelleren. Wigner modelleert de vriend-qubit-lab-omgeving, terwijl zijn vriend alleen de qubit modelleert.

In een klassieke situatie zouden Wigner en zijn vriend dezelfde kansen kunnen hebben bij het voorspellen van de uitkomst van een opgooi. Zelfs als Wigner bijvoorbeeld achter een gordijn zou staan, zou hij de vriend die de munt opgooit niet als een superpositie hoeven te behandelen. In de kwantumsituatie kan Wigner echter niet alleen de kansen voor de munt uitkiezen en isoleren. Er kan net zo goed geen “munt” zijn voor Wigner – er is niet één ding onder de andere in een kamer vol voorwerpen.

Maar terug naar het gedachte-experiment van Wigner. Wat gebeurt er als de laboratoriumdeur opengaat en Wigner en zijn vriend over hun voorspellingen kunnen praten? De twee waren het er niet over eens, maar nu lijkt het erop dat ze het eens zijn over de uiteindelijke staat van de qubit. Het lijkt erop dat hun voorheen inconsistente beschrijvingen van één enkele stand van zaken zijn samengesmolten tot één stand van zaken.

Dat is echter niet wat er gebeurt. Integendeel, de nieuwe informatie van Wigner ontkracht zijn aanvankelijke voorspelling niet. Het kwantumformalisme geeft aan dat Wigner en zijn vriend consistente beschrijvingen hadden voor twee verschillende standen van zaken. Dit voelt alleen paradoxaal als we toegeven aan onze intuïtie en aannemen dat dit altijd hetzelfde systeem was voor Wigner en zijn vriend.

Het langverwachte moment waarop Wigner en zijn vriend hun bevindingen delen, is dus niet de oplossing voor de paradox, maar wat er gebeurt nadat de paradoxale situatie al is geëindigd. Wigner had zijn correcte formalisme en de vriend had die van hen.

Wigner, en veel van degenen die volgden, stoorde zich aan het feit dat er twee mensen konden zijn die dezelfde methoden gebruikten bij hetzelfde experiment en tot twee correcte beschrijvingen kwamen, afhankelijk van of men zich binnen of buiten het laboratorium bevond. Onze klassieke intuïtie is dat het systeem voor iedereen hetzelfde is. De kwantummechanica laat ons denken dat we verschillende systemen kunnen hebben zonder dat er sprake is van inconsistentie, of dat we objectief kunnen zijn zonder dat al onze beschrijvingen identiek hoeven te zijn.

Het kritieke punt

Theoretici van kwantuminformatie hebben van Wigners vriend een krachtige reeks gedachte-experimenten gemaakt om de plausibiliteit te testen van fysieke aannames die we doen als we informatie delen. Deze uitgebreide gedachte-experimenten omvatten meerdere deelnemers in meerdere labs, verstrengelde kwantumtoestanden tussen vrienden en real-life verstrengelde fotonexperimenten om uit te roken wat onze klassieke aannames zijn.

Is er een splitsing in de weg, klassiek of kwantum? Vasthouden aan de klassieke interpretatie die zegt dat Wigners vriend twee inconsistente beschrijvingen van één stand van zaken impliceert, levert paradoxen op. Het kwantumperspectief impliceert dat er beschrijvingen zijn van twee verschillende standen van zaken. De eerste is intuïtief maar komt in een tegenstrijdigheid terecht, de ander is minder intuïtief, maar wel consistent. Kwantumvriendschap betekent dat je nooit hoeft te zeggen dat het je spijt dat je het formalisme hebt gebruikt.

Robert P. Crease is hoogleraar (klik op onderstaande link voor volledige biografie), Jennifer Carter is docent en Gino Elia is een PhD-student, allemaal verbonden aan de afdeling Filosofie, Stony Brook University, VS.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/