Ako drvo padne u šumi i nema nikoga da ga čuje, ispušta li zvuk? Možda ne, kažu neki. A ako je netko tu da ga čuje? Ako mislite da to znači kako drvo može odlučiti napraviti zvuk, možda ćete morati revidirati svoje dosadašnje stavove i shvaćanja.
Pronašli smo novi paradoks u kvantnoj mehanici – jednu od naše dvije temeljne znanstvene teorije, zajedno s Einsteinovom teorijom relativnosti – koji baca sumnju na neke zdravorazumske ideje o fizičkoj stvarnosti.
Kvantna mehanika vs zdrav razum
Pogledajte ove tri izjave:
– Kad netko promatra događaj koji se događa, stvarno se dogodio.
– Moguće je donositi slobodne izbore ili barem statistički slučajne izbore.
– Izbor na jednom mjestu ne može trenutno utjecati na udaljeni događaj. (Fizičari to nazivaju “lokalitetom”.)
Sve su to intuitivne ideje, a u njih vjeruju čak i fizičari. Ali istraživanje, objavljeno u Nature Physics , pokazuje da ne mogu sve biti istinite – ili se kvantna mehanika sama mora slomiti na nekoj razini.
Kvantna mehanika izuzetno dobro opisuje ponašanje sićušnih predmeta, poput atoma ili čestica svjetlosti (fotona). Ali to je ponašanje vrlo čudno.
U mnogim slučajevima kvantna teorija ne daje definitivne odgovore na pitanja poput “gdje je ta čestica trenutno?” Umjesto toga, pruža vjerojatnost samog mjesta gdje bi se čestica mogla pronaći kad se promatra. Za Nielsa Bohra, jednog od utemeljitelja teorije prije jednog stoljeća, to nije zato što nam nedostaju podaci, već zato što fizička svojstva poput “položaja” zapravo ne postoje dok se ne mjere.
I štoviše, jer se neka svojstva čestice ne mogu savršeno promatrati istodobno – poput položaja i brzine – ne mogu istodobno biti stvarna.
Albert Einstein u članku iz 1935. godine s kolegama teoretičarima Borisom Podolskyjem i Nathanom Rosenom tvrdio je da stvarnost mora imati više od onoga što bi kvantna mehanika mogla opisati. Članak je razmatrao par udaljenih čestica u posebnom stanju koje je danas poznato kao “zapleteno” stanje. Kada se na obje zapletene čestice izmjeri isto svojstvo (recimo, položaj ili brzina), rezultat će biti slučajan – ali postojat će korelacija između rezultata svake čestice.
Međutim, 1964. sjevernoirski fizičar John Bell otkrio je da je Einsteinov argument neodrživ ako ste provodili složeniju kombinaciju različitih mjerenja na dvije čestice.
Bell je pokazao da ako dva promatrača nasumce i neovisno odaberu između mjerenja jednog ili drugog svojstva svojih čestica, poput položaja ili brzine, prosječni rezultati ne mogu se objasniti ni u jednoj teoriji u kojoj su i položaj i brzina bili prethodno postojeća lokalna svojstva.
To zvuči nevjerojatno, ali eksperimenti su sada definitivno pokazali da se Bellove korelacije događaju. Za mnoge fizičare ovo je dokaz da je Bohr bio u pravu: fizička svojstva ne postoje dok se ne mjere.
Ali to postavlja ključno pitanje: što je tako posebno u „mjerenju“?
Godine 1961. mađarsko-američki teoretski fizičar Eugene Wigner osmislio je misaoni eksperiment kako bi pokazao što je tako zeznuto u ideji mjerenja.
Razmotrio je situaciju u kojoj njegov prijatelj ulazi u dobro zatvoreni laboratorij i provodi mjerenje na kvantnoj čestici – recimo o njezinu položaju.
Međutim, Wigner je primijetio da je, ako primijeni jednadžbe kvantne mehanike za opisivanje ove situacije izvana, rezultat bio sasvim drugačiji. Umjesto da prijateljevo mjerenje učini položaj čestice stvarnim, iz Wignerove perspektive prijatelj se zaplete sa česticom i zarazi neizvjesnošću koja je okružuje.
To je slično Schrödingerovoj poznatoj mački, misaonom eksperimentu u kojem se sudbina mačke u kutiji zaplete slučajnim kvantnim događajem.
Iako je konačni rezultat ove teorije udaljen desetljećima, ako kvantno-mehanička predviđanja i dalje budu vrijedila, to ima snažne implikacije na naše razumijevanje stvarnosti – čak i više nego Bellove korelacije. Kao prvo, korelacije koje smo otkrili ne može se objasniti samo time da fizička svojstva ne postoje dok se ne mjere.
Sada se dovodi u pitanje apsolutna stvarnost samih rezultata mjerenja.
Postoje teorije, poput de Broglie-Bohma, koje postuliraju “djelovanje na daljinu”, u kojima akcije mogu imati trenutne učinke drugdje u svemiru. Međutim, to je u izravnom sukobu s Einsteinovom teorijom relativnosti.
Neki traže teoriju koja odbacuje slobodu izbora, ali im je potrebna ili uzročnost unatrag ili naizgled zavjerenički oblik fatalizma zvan “superdeterminizam”.
Drugi način rješavanja sukoba mogao bi biti učiniti Einsteinovu teoriju još relativnijom. Za Einsteina, različiti se promatrači ne bi mogli složiti oko toga kada i gdje se nešto događa – ali to što se događa bilo je apsolutna činjenica.
Međutim, u nekim interpretacijama, poput relacijske kvantne mehanike , QBism-a ili interpretacije mnogih svjetova, sami događaji mogu se dogoditi samo u odnosu na jednog ili više promatrača. Palo drvo koje je netko promatrao možda neće biti činjenica za sve ostale.
Sve to ne znači da sami možete odabrati svoju stvarnost. Možete odabrati koja ćete pitanja postavljati, ali odgovore daje svijet. Pa čak i u relacijskom svijetu, kada dva promatrača komuniciraju, njihova stvarnost je zapletena. Na taj način može se pojaviti zajednička stvarnost.
