Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Мы привыкли, что если в макромире происходит какое-то явление, а видеть его могут сразу несколько человек, то впечатления о нем у всех будут практически одинаковые, если дело касается фактической информации, а не эмоциональной. Но в квантовом мире все не так просто: для двух разных наблюдателей один квантовый процесс может иметь совершенно разный результат. И, как оказывается, фактическая информация каждого из них будет верна.

Этот парадокс впервые описал физик Юджин Вигнер. Он немного усложнил мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с котом, добавив в него категорию друзей. Согласно парадоксу друга Вигнера, представим, что после завершения опыта с котом Шредингера экспериментатор открывает коробку и видит живого кота. Вектор состояния животного в момент открытия коробки переходит в состояние «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, в лаборатории он признан живым.

Но за пределами лаборатории находится друг. Он еще не знает, жив кот или нет, и признает кота живым только тогда, когда экспериментатор сообщит ему исход эксперимента. Но все остальные друзья еще не признали кота живым и признают только тогда, когда им расскажут об этом. Таким образом, кота можно признать полностью живым только тогда, когда все люди во Вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента кот остается в суперпозиции двух состояний — между жизнью и смертью.

Этот сценарий долго был интересным мысленным экспериментом. Но отражает ли он реальность? С научной точки зрения прогресс в этом направлении был незначительным вплоть до недавнего времени, когда Часлав Брюкнер из Венского университета показал, что при определенных допущениях идея Вигнера может быть использована для формального доказательства того, что измерения в квантовой механике субъективны для наблюдателей.

Брюкнер предложил способ проверки этого понятия, переведя парадокс друга Вигнера в рамки, впервые установленные физиком Джоном Беллом в 1964 году. Брюкнер рассматривал две пары Вигнеров и их друзей, находящихся в двух отдельных помещениях и проводящих измерения: Вигнеры находились внутри, а друзья ждали и гадали снаружи. Результаты измерений каждой пары можно суммировать, чтобы в итоге решить неравенство Белла. Если оно нарушится, наблюдатели могут иметь разные результаты измерений, каждый из которых будет верен.

Теперь физики впервые провели этот мысленный эксперимент в реальном мире. Для этого они использовали квантовый компьютер и три пары запутанных фотонов. Первая пара представляет собой монеты, а две другие используются для их «подбрасывания» — измерения поляризации. При этом каждая «монета» находится в своем замкнутом сосуде, где, помимо нее, присутствует «бросающий» фотон. Снаружи этих двух коробок расположены еще два фотона, которые выполняют функцию «друзей-наблюдателей».

Несмотря на использование самой современной квантовой технологии, ученым потребовались недели, чтобы собрать достаточный объем данных из шести фотонов. В конце концов они показали, что неравенство Белла нарушается, следовательно, каждый из наблюдателей квантового явления может иметь свои альтернативные факты. Это означает, что для квантового мира не может быть «одной правды»: измерения с разных позиций дадут различающиеся результаты и будут одинаково верны.

Автор: Никита Швецов