Wignerjev prijatelj: kvantni miselni eksperiment, ki še vedno povzroča zmedo – svet fizike

<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="Kvantna skrivnost Leta 1961 si je Eugene Wigner predstavljal prijatelja, ki izvaja eksperiment v laboratoriju, medtem ko on čaka zunaj. Paradoks je, da Wigner in prijatelj napovedujeta različne rezultate, vendar imata oba prav. (iStock/Floriana)”>

Kvantni svet ponuja plodno gradivo za miselne poskuse, ki se zdijo tako nenavadni, a resnični, da kljubujejo logiki. Eden najbolj razvpitih je "Wignerjev prijatelj", ki izziva fizike in filozofe že od svojega nastanka. prvič spočet madžarsko-ameriškega fizika Eugene Wigner. Miselni poskus je objavil v knjigi iz leta 1961, ki jo je uredil matematik Irving Good Z naslovom Znanstvenik špekulira: antologija delno pečenih idej.

Wignerjev miselni eksperiment je bolj humana različica Schrödingerjevega manj zapletenega, a bolj znanega miselnega eksperimenta četrt stoletja pred tem, ki je vključeval mačka v škatli, katere usoda je odvisna od kvantnega dogodka. V škatli je Schrödingerjeva mačka mrtva ali živa, medtem ko za nekoga zunaj mačka ostane mrtva in živa; je v "superpoziciji". Bizarna situacija izgine šele, ko se pokrov škatle odpre.

Postavitev Wignerjevega miselnega eksperimenta je razorožujoče preprosta. Wignerja in njegovega prijatelja zanima izid določenega eksperimenta, recimo priprava kvantnega bita (qubit), katerega izid meritve bo 0 ali 1. Prijatelj gre v laboratorij in nastavi opremo, Wigner pa ostane zunaj. Vsak je popolnoma seznanjen s kvantnim formalizmom.

Nasprotno, njihove napovedi se razlikujejo. Wignerjev prijatelj – eksperimentator – pripravi kubit s superpozicijo stanj in napove, da bo končno stanje 0 s 50-odstotno verjetnostjo ali 1 s 50-odstotno verjetnostjo. Wigner pa je izoliran od svojega prijatelja. Wigner z uporabo enega samega kvantnega stanja v superpoziciji za opis svojega prijatelja in laboratorijskih vsebin predvideva, da bo sistem ostal v superpoziciji s 100-odstotno verjetnostjo.

Wigner vztraja pri tej napovedi, tudi če verjame, da je njegov prijatelj končal poskus. Glede na kvantno mehaniko Wigner ne more ločiti prijatelja od preostale laboratorijske vsebine. Wigner mora torej vprašati svojega prijatelja, da bi pridobil informacije o prijateljevem kvantnem stanju. Kdo ima torej pravi odgovor: Wigner ali njegov prijatelj?

Oba imata prav

Odgovor je, da sta obe verjetnosti pravilni – s stališča vsakega posameznika. Njuni dve pravilni uporabi matematike dajeta različni napovedi: Wigner napoveduje, da je stanje 100 % v superpoziciji, medtem ko prijatelj napoveduje, da je rezultat merjenja qubita 1 ali 0. V bistvu Wignerjev miselni eksperiment pravi, da je res odvisno od kjer stojiš.

Toda če predpostavimo, da verjetnosti opisujejo isti »niz dejstev« – in da obstaja nekaj, kar je res z vidika vseh – potem so te napovedi v nasprotju. Sam Wigner in mnogi, ki so mu sledili, so menili, da je paradoksalno, da kvantni formalizem daje dve različni napovedi za isto stanje stvari. Menili so, da objektivnost zahteva, da morajo opazovalci dejstva označevati na enak način, ne glede na njihov položaj.

Zaradi česar se ta scenarij zdi paradoksalen, pa je njegovo zanašanje na skrite klasične predpostavke. Ena od predpostavk je, da ima Wigner prav, njegov prijatelj pa narobe (ali obratno), ker oba končno modelirata rezultat prijateljeve meritve qubit. Toda predpostavimo, da njune različne napovedi pomenijo, da modelirata različna sistema. Wigner modelira okolje friend-qubit-lab, medtem ko njegov prijatelj modelira samo qubit.

V klasični situaciji bi lahko imela Wigner in prijatelj enake možnosti za napovedovanje izida meta kovanca. Tudi če bi Wigner recimo stal za zaveso, mu prijatelja, ki vrže kovanec, ne bi bilo treba obravnavati kot superpozicijo. V kvantni situaciji pa Wigner ne more izpostaviti in izolirati verjetnosti samo za kovanec. Za Wignerja morda tudi ne obstaja »kovanec« – v sobi, polni predmetov, med drugimi ni nobene stvari.

Toda nazaj k Wignerjevemu miselnemu eksperimentu. Kaj se zgodi, ko se vrata laboratorija odprejo in Wigner in prijatelj lahko govorita o svojih napovedih? Oba se nista strinjala, zdaj pa je videti, da se strinjata o končnem stanju qubita. Zdi se, da so se njihovi prej nedosledni opisi enega samega stanja združili v enega.

Vendar se to ne zgodi. Namesto tega Wignerjeve nove informacije ne zavračajo njegove prvotne napovedi. Kvantni formalizem kaže, da sta imela Wigner in prijatelj dosledna opisa dveh različnih stanj. To se zdi paradoksalno le, če se prepustimo svoji intuiciji in domnevamo, da je bil za Wignerja in prijatelja ves čas isti sistem.

Nestrpno pričakovani trenutek, ko Wigner in njegov prijatelj delita svoje ugotovitve, torej ni rešitev paradoksa, ampak to, kar se zgodi, ko se paradoksalna situacija že konča. Wigner je imel svoj korekten formalizem, prijatelj pa svojega.

Wignerja in mnoge od tistih, ki so mu sledili, je motilo dejstvo, da lahko obstajata dva človeka, ki uporabljata iste metode v istem poskusu in prideta do dveh pravilnih opisov, odvisno od tega, ali je eden v laboratoriju ali zunaj njega. Naša klasična intuicija je, da je sistem enak za vse. Kvantna mehanika nas navaja k razmišljanju, da imamo lahko različne sisteme, ne da bi prišlo do nedoslednosti, ali da smo objektivni, ne da bi morali biti vsi naši opisi enaki.

Kritična točka

Teoretiki kvantne informacije so Wignerjevega prijatelja spremenili v močan nabor miselnih eksperimentov za preizkušanje verjetnosti fizičnih predpostavk, ki jih naredimo, ko delimo informacije. Ti izdelani miselni poskusi vključujejo več udeležencev v več laboratorijih, zapletena kvantna stanja med prijatelji in eksperimenti z zapletenimi fotoni v resničnem življenju razkriti naše klasične predpostavke.

Je na poti razcep, klasičen ali kvantni? Če se držimo klasične razlage, ki pravi, da Wignerjev prijatelj vključuje dva nedosledna opisa enega stanja, pride do paradoksov. Kvantna perspektiva pomeni, da obstajata opis dveh različnih stanj stvari. Prvi je intuitiven, vendar konča v protislovju, drugi je manj intuitiven, a konsistenten. Kvantno prijateljstvo pomeni, da vam nikoli ni treba reči, da vam je žal za vašo uporabo formalizma.

Robert P Crease je profesor (kliknite spodnjo povezavo za celotno biografijo), Jennifer Carter je predavatelj in Gino Elia je doktorski študent, vse na Oddelku za filozofijo Univerze Stony Brook v ZDA.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/