Shutterstock

Wyobraź sobie, że otwierasz weekendową gazetę i przeglądasz strony z łamigłówkami Sudoku. Spędzasz poranek rozwiązując tę ​​łamigłówkę logiczną, tylko po to, by zdać sobie sprawę z ostatnich kilku kwadratów, że nie ma spójnego sposobu na jej ukończenie.

„Musiałem popełnić błąd” — myślisz. Więc spróbuj ponownie, tym razem zaczynając od zakrętu, którego nie mogłeś dokończyć i wracając w drugą stronę. Ale to samo dzieje się ponownie. Dotarłeś do kilku ostatnich kwadratów i stwierdzasz, że nie ma spójnego rozwiązania.

Wypracowanie podstawowej natury rzeczywistości według mechaniki kwantowej przypomina trochę niemożliwe Sudoku. Bez względu na to, gdzie zaczynamy od teorii kwantowej, zawsze kończymy na zagadce, która zmusza nas do ponownego przemyślenia fundamentalnego sposobu funkcjonowania świata. (To właśnie sprawia, że ​​mechanika kwantowa jest tak zabawna.)

Pozwólcie, że zabiorę was na krótką wycieczkę, oczami filozofa, po świecie mechaniki kwantowej.

1. Upiorne działanie na odległość

O ile nam wiadomo, prędkość światła (około 300 milionów metrów na sekundę) jest ostatecznym ograniczeniem prędkości wszechświata. Albert Einstein wyśmiewał się z perspektywy układów fizycznych wpływających na siebie szybciej, niż sygnał świetlny mógłby się między nimi przemieszczać.

W latach 1940. Einstein nazwał to „upiorna akcja na odległość”. Kiedy wcześniej wydawało się, że mechanika kwantowa przewiduje takie upiorne wydarzenia, twierdził, że teoria nie może być jeszcze ukończona, a jakaś lepsza teoria mogłaby opowiedzieć prawdziwą historię.

Dziś wiemy, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby istniała taka lepsza teoria. A jeśli myślimy, że świat składa się z dobrze zdefiniowanych, niezależnych kawałków „rzeczy”, to nasz świat musi być takim, w którym dozwolone jest upiorne działanie na odległość między tymi kawałkami rzeczy.

2. Poluzowanie naszej przyczepności do rzeczywistości

„A co, jeśli świat nie składa się z dobrze zdefiniowanych, niezależnych kawałków 'rzeczy'?” Słyszę, jak mówisz. „W takim razie czy możemy uniknąć tej strasznej akcji?”

Tak możemy. I wielu w społeczności fizyków kwantowych też tak myśli. Ale to nie byłoby pocieszeniem dla Einsteina.

Einstein toczył długotrwałą debatę ze swoim przyjacielem Nielsem Bohrem, duńskim fizykiem, właśnie na ten temat. Bohr argumentował, że rzeczywiście powinniśmy porzucić ideę, że rzeczy świata są dobrze zdefiniowane, aby uniknąć upiornych działań na odległość. Z punktu widzenia Bohra świat nie ma określonych właściwości, jeśli nie patrzymy na niego. Kiedy nie patrzymy, pomyślał Bohr, świat, jaki znamy, tak naprawdę nie istnieje.

Ale Einstein upierał się, że świat musi być zrobiony coś niezależnie od tego, czy na to patrzymy, czy nie, inaczej nie moglibyśmy rozmawiać ze sobą o świecie, podobnie jak nauka. Ale Einstein nie mógł mieć zarówno dobrze zdefiniowanego, niezależnego świata, jak i żadnego upiornego działania na odległość… czy może?

3. Powrót do przyszłości

Debata Bohra-Einsteina jest dość dobrze znana w historii mechaniki kwantowej. Mniej znany jest mglisty zakątek tej zagadki logiki kwantowej, w której możemy uratować zarówno dobrze zdefiniowany, niezależny świat, jak i żadnych upiornych akcji. Ale będziemy musieli stać się dziwni na inne sposoby.

Jeśli przeprowadzenie eksperymentu w celu zmierzenia układu kwantowego w laboratorium może w jakiś sposób wpłynąć na jego wygląd? zanim pomiar, wtedy Einstein mógł mieć swoje ciasto i też je zjeść. Ta hipoteza nazywa się „retroprzyczynowość”, bo efekty przeprowadzenia eksperymentu musiałyby podróżować wstecz w czasie.

Jeśli uważasz, że to dziwne, nie jesteś sam. Nie jest to bardzo powszechny pogląd w środowisku fizyków kwantowych, ale ma swoich zwolenników. Jeśli masz do czynienia z koniecznością zaakceptowania strasznego działania na odległość lub braku świata, jaki znamy, kiedy nie patrzymy, retroprzyczynowość nie wydaje się wcale taką dziwną opcją.

4. Brak widoku z Olimpu

Wyobraź sobie Zeusa siedzącego na szczycie Olimpu, badającego świat. Wyobraź sobie, że był w stanie zobaczyć wszystko, co się wydarzyło i będzie się działo, wszędzie i na zawsze. Nazwijcie to „okiem Boga” na świat. To naturalne, że świat musi być w jakiś sposób, nawet jeśli może go poznać tylko wszechwidzący Bóg.

Ostatnie badania w mechanice kwantowej sugeruje, że widok świata z perspektywy Boga jest niemożliwy, nawet w zasadzie. W pewnych dziwnych scenariuszach kwantowych różni naukowcy mogą uważnie przyjrzeć się systemom w swoich laboratoriach i dokonać dokładnych zapisów tego, co widzą – ale nie zgodzą się co do tego, co się stało, gdy przyjdą do porównania notatek. I równie dobrze może nie być absolutnego faktu, kto ma rację – nawet Zeus nie mógł tego wiedzieć!

Więc następnym razem, gdy napotkasz niemożliwe Sudoku, możesz być pewien, że jesteś w dobrym towarzystwie. Cała społeczność fizyków kwantowych, a może nawet sam Zeus, wie dokładnie, jak się czujesz.

O autorze

Peter Evans, członek ARC Discovery Early Career Research Fellow, Uniwersytet w Queensland

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

książki_nauka