Существуют ли прошлое и будущее, когда никто не смотрит?

В 1961 году лауреат Нобелевской премии физик-теоретик Юджин Вигнер предложил то, что сейчас известно как мысленный эксперимент «друга Вигнера», как продолжение печально известного эксперимента Шредингера с кошкой. В последнем случае кошка оказывается в ящике с ядом, который выделяется при распаде радиоактивного атома.

Управляемый законами квантовой механики, радиоактивный атом находится в суперпозиции между распадающимся и нераспадающимся, что также означает, что кошка находится в суперпозиции между жизнью и смертью. Что переживает кошка, когда она находится в суперпозиции? Вигнер заострил вопрос, доведя квантовую теорию до ее концептуальных ограничений. Он исследовал, что происходит, когда у наблюдателя также есть квантовые свойства.

В мысленном эксперименте наблюдатель, обычно называемый другом Вигнера, выполняет квантовое измерение и воспринимает результат. С точки зрения другого наблюдателя, называемого Вигнером, процесс измерения друга можно описать как квантовую суперпозицию.

Тот факт, что квантовая теория не устанавливает ограничений для ее применения, приводит к явному противоречию между восприятием друга, который видит конкретный единственный результат, и описанием Вигнера, который наблюдает за другом в суперпозиции различных восприятий. Таким образом, этот мысленный эксперимент поднимает вопрос: что означает для наблюдателя в квантовой суперпозиции наблюдать результат измерения? Может ли наблюдатель всегда доверять тому, что он видит, и использовать эти данные для прогнозирования будущих измерений?

В их недавней статье, опубликованной в Физика связи, группа исследователей во главе с Каславом Брукнером из Венского университета, Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Vienna) Австрийской академии наук и Института теоретической физики Периметра исследуют пределы, которые, по мнению друга Вигнера, Эксперимент требует от наблюдателя способности предсказывать свои собственные будущие наблюдения.

С этой целью авторы выделяют ряд допущений, которые традиционно считаются лежащими в основе квантового формализма. Это позволяет наблюдателю в стандартных экспериментальных ситуациях предсказывать вероятности будущих результатов на основе своего прошлого опыта.

Наблюдатель (друг Вигнера) выполняет квантовое измерение спиновой системы. Позже Вигнер измеряет друга и вращает в запутанной основе. Как следствие этого измерения, друг не только не может достоверно вспомнить свой прошлый наблюдаемый результат, но даже не может количественно оценить это незнание с помощью разумного распределения вероятностей. Предоставлено: Aloop, IQOQI-Wien, Österreichische Akademie der Wissenschaften.

Предположения ограничивают вероятность подчинения законам квантовой механики. Однако исследователи доказывают, что все эти предположения для друга Вигнера не могут быть выполнены в мысленном эксперименте.

Эта работа поднимает важные вопросы о «постоянной реальности» восприятий друга. Действительно, авторы показывают, что в сценарии друга Вигнера невозможно считать, что восприятие друга сосуществует в разные моменты времени.

Это ставит под сомнение, может ли квантовый наблюдатель в целом считать свой прошлый или будущий опыт столь же реальным, как и настоящий. Филипп Аллар Герен, ведущий автор исследования, говорит: «Наша работа показывает, что по крайней мере одно из трех ключевых предположений квантовой механики должно быть нарушено; какой из них зависит от вашей предпочтительной интерпретации квантовой механики ».