Prietenul lui Wigner: experimentul gândirii cuantice care continuă să încurce – 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="Mister cuantic În 1961, Eugene Wigner și-a imaginat un prieten făcând un experiment într-un laborator în timp ce așteaptă afară. Paradoxul este că Wigner și prietenul prezic rezultate diferite, dar ambii au dreptate. (iStock/Floriana)”>

Lumea cuantică oferă material fertil pentru experimente de gândire care par atât de ciudate, dar adevărate, încât sfidează logica. Unul dintre cele mai notorii este „prietenul lui Wigner”, care a provocat fizicienii și filozofii încă de când a fost primul conceput de fizicianul maghiar-american Eugene Wigner. El a publicat experimentul de gândire într-o carte din 1961 editată de matematician Irving Good Intitulat Omul de știință speculează: o antologie de idei parțial coapte.

Experimentul de gândire al lui Wigner este o versiune mai umană a experimentului de gândire mai puțin complex, dar mai faimos al lui Schrödinger cu un sfert de secol înainte, care a implicat o pisică în interiorul unei cutii a cărei soartă depinde de un eveniment cuantic. În interiorul cutiei, pisica lui Schrödinger este vie sau moartă, în timp ce pentru cineva din afară, pisica rămâne moartă și vie; este într-o „suprapoziție”. Situația bizară dispare doar când capacul cutiei se deschide.

Configurarea experimentului de gândire al lui Wigner este dezarmant de simplă. Wigner și prietenul său sunt interesați de rezultatul unui anumit experiment, să spunem pregătirea unui bit cuantic (qubit) al cărui rezultat al măsurării va fi fie 0, fie 1. Prietenul intră într-un laborator și instalează echipamentul, în timp ce Wigner rămâne afară. Fiecare este pe deplin versat în formalismul cuantic.

În mod contraintuitiv, predicțiile lor diferă. Prietenul lui Wigner – experimentalistul – pregătește qubit-ul cu o suprapunere de stări și prezice starea finală a fi 0 cu 50% probabilitate, sau 1 cu 50% probabilitate. Wigner, pe de altă parte, este izolat de prietenul său. Folosind o singură stare cuantică în suprapunere pentru a-și descrie prietenul plus conținutul laboratorului, Wigner prezice că sistemul va rămâne în suprapunere cu 100% probabilitate.

Wigner menține această predicție chiar dacă crede că prietenul său a terminat experimentul. Potrivit mecanicii cuantice, Wigner nu poate separa prietenul de restul conținutului laboratorului. Prin urmare, Wigner trebuie să-l întrebe pe prietenul său pentru a obține informații despre starea cuantică a prietenului. Deci cine are răspunsul corect: Wigner sau prietenul lui?

Ambele au dreptate

Răspunsul este că ambele probabilități sunt corecte – din punctul de vedere al fiecărui individ. Cele două utilizări corecte ale matematicii dau predicții diferite: Wigner prezice că starea este 100% în suprapunere, în timp ce prietenul prezice că rezultatul măsurării qubitului este fie 1, fie 0. În esență, experimentul de gândire al lui Wigner spune că ceea ce este adevărat depinde de unde stai.

Dar dacă presupunem că probabilitățile descriu același „set de fapte” – și că există ceva care este adevărat din punctul de vedere al fiecăruia – atunci aceste predicții sunt în conflict. Wigner însuși și mulți dintre cei care au urmat au considerat că este paradoxal că formalismul cuantic oferă două predicții diferite pentru aceeași stare de lucruri. Ei credeau că obiectivitatea cere ca observatorii să caracterizeze faptele în același mod, indiferent de poziția lor.

Ceea ce face ca acest scenariu să pară paradoxal, totuși, este încrederea sa pe presupunerile clasice ascunse. O presupunere este că Wigner are dreptate și prietenul său greșit (sau invers), deoarece ambele modelează în cele din urmă rezultatul măsurării qubit-ului prietenului. Dar să presupunem că predicțiile lor diferite înseamnă că cei doi modelează sisteme diferite. Wigner modelează mediul prieten-qubit-laborator, în timp ce prietenul său modelează doar qubitul.

Într-o situație clasică, Wigner și prietenul ar putea avea aceleași probabilități de a prezice rezultatul unei monede. Chiar dacă Wigner ar sta, să zicem, în spatele unei perdele, nu ar fi trebuit să trateze prietenul care aruncă moneda ca fiind în suprapunere. În situația cuantică, însă, Wigner nu poate identifica și izola probabilitățile doar pentru monedă. Este posibil să nu existe nicio „monedă” pentru Wigner – nu există niciun lucru printre altele într-o cameră plină de obiecte.

Dar să revenim la experimentul gândirii lui Wigner. Ce se întâmplă când ușa laboratorului se deschide și Wigner și prietenul pot vorbi despre predicțiile lor? Cei doi nu erau de acord, dar acum se pare că sunt de acord cu privire la starea finală a qubitului. Se pare că descrierile lor anterior inconsecvente ale unei singure stări de lucruri au convergit într-una singură.

Nu asta se întâmplă, totuși. Mai degrabă, noile informații ale lui Wigner nu resping predicția sa inițială. Formalismul cuantic indică că Wigner și prietenul aveau descrieri consistente pentru două stări de lucruri diferite. Acest lucru pare paradoxal doar dacă ne cedăm intuiției și presupunem că a fost același sistem pentru Wigner și pentru prieten.

Momentul așteptat cu nerăbdare în care Wigner și prietenul său își împărtășesc descoperirile, atunci, nu este rezolvarea paradoxului, ci ceea ce se întâmplă după ce situația paradoxală s-a încheiat deja. Wigner avea formalismul său corect, iar prietenul îl avea pe al lor.

Wigner, și mulți dintre cei care l-au urmat, au fost deranjați de faptul că ar putea exista doi oameni care folosesc aceleași metode în același experiment, ajungând la două descrieri corecte, în funcție de faptul că unul se afla în interiorul sau în afara laboratorului. Intuiția noastră clasică este că sistemul este același pentru toată lumea. Mecanica cuantică ne înclină să credem că putem avea sisteme diferite fără a exista o inconsecvență sau să fim obiectivi fără a fi nevoie să facem toate descrierile noastre identice.

Punctul critic

Teoreticienii informațiilor cuantice l-au transformat pe prietenul lui Wigner într-un set puternic de experimente de gândire pentru a testa plauzibilitatea presupunerilor fizice pe care le facem atunci când împărtășim informații. Aceste experimente de gândire elaborate implică participanți multipli în laboratoare multiple, stări cuantice încurcate între prieteni și experimente cu fotoni încâlciți din viața reală pentru a scoate la iveală care sunt presupunerile noastre clasice.

Există o bifurcație în drum, clasică sau cuantică? A rămâne cu interpretarea clasică care spune că prietenul lui Wigner implică două descrieri inconsistente ale unei stări de lucruri produce paradoxuri. Perspectiva cuantică implică că există descrieri a două stări de lucruri diferite. Primul este intuitiv dar ajunge într-o contradicție, celălalt este mai puțin intuitiv, dar consistent. Prietenia cuantică înseamnă că nu trebuie să spui niciodată că îți pare rău pentru utilizarea formalismului.

Robert P Crease este profesor (dați clic pe linkul de mai jos pentru biografia completă), Jennifer Carter este lector şi Gino Elia este doctorand, toate la Departamentul de Filosofie, Universitatea Stony Brook, SUA.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/