Bạn Wigner: Thí nghiệm tư duy lượng tử tiếp tục gây bối rối – 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="Bí ẩn lượng tử Năm 1961, Eugene Wigner tưởng tượng một người bạn đang làm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trong khi anh ta đợi bên ngoài. Điều nghịch lý là Wigner và người bạn dự đoán những kết quả khác nhau nhưng cả hai đều đúng. (iStock/Floriana)”>

Thế giới lượng tử cung cấp chất liệu màu mỡ cho những thí nghiệm tưởng tượng có vẻ kỳ lạ nhưng lại có thật đến mức thách thức logic. Một trong những câu chuyện khét tiếng nhất là “Bạn của Wigner”, câu chuyện đã thách thức các nhà vật lý và triết học kể từ khi nó ra đời. lần đầu tiên được hình thành bởi nhà vật lý người Mỹ gốc Hungary Wigner. Ông đã xuất bản thí nghiệm tưởng tượng trong một cuốn sách năm 1961 do nhà toán học biên tập Irving Tốt quyền Nhà khoa học suy đoán: Tuyển tập những ý tưởng chưa hoàn thiện.

Thí nghiệm tưởng tượng của Wigner là một phiên bản nhân đạo hơn của thí nghiệm tưởng tượng ít phức tạp hơn nhưng nổi tiếng hơn của Schrödinger một phần tư thế kỷ trước, bao gồm một con mèo bên trong chiếc hộp có số phận phụ thuộc vào một sự kiện lượng tử. Bên trong chiếc hộp, con mèo của Schrödinger đã chết hoặc còn sống, trong khi đối với người ở bên ngoài, con mèo vẫn sống và chết; nó ở trạng thái “chồng chất”. Tình huống kỳ quái chỉ biến mất khi nắp hộp mở ra.

Việc thiết lập thí nghiệm tưởng tượng của Wigner rất đơn giản. Wigner và bạn của anh ấy quan tâm đến kết quả của một thí nghiệm cụ thể, giả sử chuẩn bị một bit lượng tử (qubit) có kết quả đo sẽ là 0 hoặc 1. Người bạn đi vào phòng thí nghiệm và lắp đặt thiết bị, trong khi Wigner vẫn ở bên ngoài. Mỗi người đều hoàn toàn thông thạo chủ nghĩa hình thức lượng tử.

Ngược lại, dự đoán của họ khác nhau. Bạn của Wigner – nhà thực nghiệm – chuẩn bị qubit với sự chồng chất của các trạng thái và dự đoán trạng thái cuối cùng là 0 với xác suất 50% hoặc 1 với xác suất 50%. Mặt khác, Wigner lại bị cô lập với bạn mình. Sử dụng một trạng thái lượng tử duy nhất ở trạng thái chồng chất để mô tả người bạn của mình cùng với nội dung trong phòng thí nghiệm, Wigner dự đoán rằng hệ thống sẽ vẫn ở trạng thái chồng chất với xác suất 100%.

Wigner vẫn duy trì dự đoán này ngay cả khi anh tin rằng bạn mình đã hoàn thành thí nghiệm. Theo cơ học lượng tử, Wigner không thể tách người bạn ra khỏi phần còn lại của phòng thí nghiệm. Do đó, Wigner phải hỏi bạn mình để có được thông tin về trạng thái lượng tử của người bạn. Vậy ai có câu trả lời đúng: Wigner hay bạn của anh ấy?

Cả hai đều đúng

Câu trả lời là cả hai xác suất đều đúng – theo quan điểm của mỗi cá nhân. Hai cách sử dụng toán học chính xác của họ đưa ra những dự đoán khác nhau: Wigner dự đoán rằng trạng thái ở trạng thái chồng chất 100%, trong khi người bạn dự đoán rằng kết quả đo của qubit là 1 hoặc 0. Về cơ bản, thí nghiệm tưởng tượng của Wigner nói rằng điều gì đúng phụ thuộc vào bạn đang đứng ở đâu

Nhưng nếu chúng ta cho rằng các xác suất mô tả cùng một “tập hợp sự kiện” - và có điều gì đó đúng theo quan điểm của mọi người - thì những dự đoán này mâu thuẫn với nhau. Bản thân Wigner và nhiều người theo sau cho rằng thật nghịch lý khi thuyết hình thức lượng tử lại đưa ra hai dự đoán khác nhau cho cùng một tình trạng. Họ tin rằng tính khách quan đòi hỏi người quan sát phải mô tả các sự kiện theo cùng một cách bất kể vị trí của họ.

Tuy nhiên, điều khiến kịch bản này có vẻ nghịch lý là nó phụ thuộc vào những giả định cổ điển ẩn giấu. Một giả định là Wigner đúng và bạn của anh ta sai (hoặc ngược lại) vì cuối cùng cả hai đều đang mô hình hóa kết quả đo qubit của người bạn. Nhưng giả sử những dự đoán khác nhau của họ có nghĩa là cả hai đang mô hình hóa các hệ thống khác nhau. Wigner đang lập mô hình môi trường phòng thí nghiệm-qubit-bạn bè, trong khi bạn của anh ấy chỉ mô hình hóa qubit.

Trong một tình huống cổ điển, Wigner và bạn có thể có cùng xác suất để dự đoán kết quả của việc tung đồng xu. Chẳng hạn, ngay cả khi Wigner đứng sau tấm màn, anh ta sẽ không phải coi người bạn tung đồng xu là đang ở trạng thái chồng chất. Tuy nhiên, trong tình huống lượng tử, Wigner không thể chọn ra và cô lập các xác suất của chỉ một đồng tiền. Đối với Wigner cũng có thể không có “đồng xu” - không có thứ nào trong số những thứ khác trong một căn phòng chứa đầy đồ vật.

Nhưng hãy quay lại với thí nghiệm tưởng tượng của Wigner. Điều gì xảy ra khi cánh cửa phòng thí nghiệm mở ra và Wigner và người bạn có thể nói về những dự đoán của họ? Cả hai đã bất đồng nhưng bây giờ có vẻ như họ đã đồng ý về trạng thái cuối cùng của qubit. Có vẻ như những mô tả không nhất quán trước đây của họ về một tình trạng sự việc đã hội tụ thành một.

Tuy nhiên, đó không phải là những gì xảy ra. Đúng hơn, thông tin mới của Wigner không bác bỏ dự đoán ban đầu của ông. Chủ nghĩa hình thức lượng tử cho thấy Wigner và người bạn đã có những mô tả nhất quán cho hai trạng thái sự việc khác nhau. Điều này chỉ có vẻ nghịch lý nếu chúng ta tin vào trực giác của mình và cho rằng đó luôn là một hệ thống giống nhau đối với Wigner và bạn bè.

Khi đó, khoảnh khắc được háo hức chờ đợi khi Wigner và bạn của anh chia sẻ những phát hiện của họ không phải là cách giải quyết nghịch lý, mà là điều gì xảy ra sau khi tình huống nghịch lý đó đã kết thúc. Wigner có chủ nghĩa hình thức đúng đắn của mình và người bạn có chủ nghĩa hình thức đúng đắn của họ.

Wigner, và nhiều người theo dõi, cảm thấy khó chịu vì thực tế là có thể có hai người sử dụng cùng một phương pháp trong cùng một thí nghiệm để đạt được hai mô tả chính xác tùy thuộc vào việc một người ở trong hay ngoài phòng thí nghiệm. Trực giác cổ điển của chúng tôi là hệ thống này giống nhau đối với tất cả mọi người. Cơ học lượng tử khiến chúng ta nghĩ rằng chúng ta có thể có các hệ thống khác nhau mà không có sự mâu thuẫn hoặc khách quan mà không cần phải làm cho tất cả các mô tả của chúng ta giống hệt nhau.

Điểm quan trọng

Các nhà lý thuyết thông tin lượng tử đã biến người bạn của Wigner thành một tập hợp thí nghiệm tư duy mạnh mẽ để kiểm tra tính hợp lý của các giả định vật lý mà chúng ta đưa ra khi chia sẻ thông tin. Những thí nghiệm tư duy phức tạp này bao gồm nhiều người tham gia trong nhiều phòng thí nghiệm, trạng thái lượng tử vướng víu giữa những người bạn và thí nghiệm photon vướng víu ngoài đời thực để hiểu rõ những giả định cổ điển của chúng ta là gì.

Có một ngã ba trên con đường, cổ điển hay lượng tử? Đi theo cách giải thích cổ điển cho rằng bạn của Wigner liên quan đến hai mô tả không nhất quán về một tình huống sẽ tạo ra những nghịch lý. Quan điểm lượng tử ngụ ý rằng có những mô tả về hai trạng thái sự việc khác nhau. Cái đầu tiên mang tính trực quan nhưng cuối cùng lại mâu thuẫn, cái còn lại ít trực quan hơn nhưng nhất quán. Tình bạn lượng tử có nghĩa là không bao giờ phải nói lời xin lỗi vì đã sử dụng chủ nghĩa hình thức.

Robert P nhăn là một giáo sư (nhấp vào liên kết bên dưới để xem toàn bộ tiểu sử), Jennifer Carter là một giảng viên và Gino Elia là nghiên cứu sinh tiến sĩ, đều thuộc Khoa Triết học, Đại học Stony Brook, Hoa Kỳ.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/