Квантовая физика нередко ставит под сомнение наше привычное понимание реальности. Одним из самых ярких примеров является парадокс «друга Вигнера», который показывает, что даже собственным наблюдениям нельзя полностью доверять.
Что такое парадокс друга Вигнера
Парадокс «друга Вигнера» — это мысленный эксперимент в квантовой физике. Он описывает ситуацию с двумя людьми: один проводит эксперимент, а другой наблюдает за ним.
Традиционно этот мысленный опыт показывает, что нельзя безоговорочно доверять наблюдениям другого человека. Его реальность не обязательно совпадает с вашей. Но учёные из Австрии и Канады доказали, что всё ещё сложнее: вы не можете доверять даже собственным наблюдениям из прошлого.
И здесь возникает вопрос: если вы читаете эту статью, уверены ли вы, что она действительно существует? Для вас, читателя, прямо перед глазами есть веб-страница с текстом. Возможно, вы смотрите на неё с ноутбука или смартфона. Обычно этого достаточно, чтобы считать текст реальным.
Однако представим, что вы находитесь в состоянии «квантовой суперпозиции». Это сложный физический термин, означающий, что ваш опыт чтения существует сразу в нескольких квантовых состояниях. Иными словами, в разных сценариях вы либо читаете статью, либо вместо неё получаете ошибку 404.
Сейчас вы находитесь в первом состоянии — вы читаете текст. То есть вы воспринимаете конкретный результат. Но внешний наблюдатель, который смотрит на вас со стороны, может учитывать оба варианта одновременно. Он видит и то, что вы читаете статью, и то, что вы наткнулись на пустую страницу. Получается, что ваши реальности противоречат друг другу.
Почему это важно
Этот парадокс известен физикам как мысленный эксперимент Вигнера. Он показывает, что нельзя считать знания других наблюдателей своими собственными. Но команда исследователей из Венского университета, Австрийской академии наук и Канадского института теоретической физики Периметра доказала, что проблема глубже: вы не можете доверять даже своим глазам.
Физик Часлав Брукнер из Венского университета так объяснил результаты исследования: «Мы доказали, что даже собственные знания из прошлого нельзя использовать в настоящем. Это справедливо для “друга”, если между двумя наблюдениями Вигнер провёл своё измерение».
Применяя это к примеру с веб-страницей, выходит, что нельзя быть уверенным: если текст однажды открылся в браузере, то он появится снова. Даже собственные наблюдения в прошлом не гарантируют, что при повторе вы получите тот же результат.
«Измерительная проблема» в квантовой физике
Чтобы понять «друга Вигнера», нужно вспомнить другой знаменитый парадокс — «кот Шрёдингера». Австрийско-ирландский физик Эрвин Шрёдингер придумал его в 1935 году в беседе с Альбертом Эйнштейном. В этом мысленном опыте кот в коробке может быть одновременно жив и мёртв, пока мы не откроем коробку и не посмотрим внутрь.
Кот находится в состоянии квантовой суперпозиции. Радиоактивная частица может распасться или остаться неизменной, но мы не видим этот процесс напрямую. До тех пор, пока не откроем коробку, мы не знаем, жив кот или мёртв. Наблюдение даёт определённый результат.
Шрёдингер придумал этот опыт скорее как шутку, чтобы показать проблему измерения в квантовой механике. В квантовом мире частицы не подчиняются чёткой схеме «0 или 1». Система не ограничена жёсткими вариантами «жив или мёртв». Речь идёт о спектре вероятностей.
Однако в момент наблюдения результат всегда оказывается конкретным. Мы видим либо живого кота, либо мёртвого. Это противоречит самой сути квантовой механики, которая предполагает вероятности, а не однозначные ответы. Именно так появилась «копенгагенская интерпретация»: система может иметь бесконечно много исходов — до тех пор, пока не проводится измерение.
Эксперимент Вигнера
В 1961 году американский физик Юджин Вигнер усложнил парадокс кота Шрёдингера, придумав новый мысленный эксперимент. Допустим, вы его друг и согласились провести эксперимент. Пока вы не заглянули в коробку, кот в суперпозиции. Но как только вы смотрите внутрь, вы фиксируете один из двух исходов: кот жив или мёртв.
Вигнер же находится снаружи и наблюдает за вашим экспериментом. До того, как он узнает результат, для него вы сами и ваши наблюдения тоже остаётесь в состоянии суперпозиции. Получается, что пока Вигнер не записал ваши данные, они не стали реальными.
И тут возникает главный вопрос: кот умер тогда, когда вы это увидели, или тогда, когда Вигнер узнал ваши результаты? С точки зрения квантовой механики оба варианта существуют одновременно.
Новые исследования
В своей новой работе, опубликованной в журнале Communications Physics, Брукнер объясняет: «После того как друг сделал измерение, возникает парадоксальная ситуация. Для Вигнера он находится в суперпозиции двух разных исходов, а для самого друга результат уже определён».
Команда учёных решила проверить, можно ли доверять собственным наблюдениям в состоянии суперпозиции и можно ли на их основе предсказывать будущие результаты.
Анализ показал, что парадокс «друга Вигнера» нарушает хотя бы одно из трёх основных допущений:
Восприятие друга сохраняется во времени. Обычно мы считаем, что события прошлого реальны и могут сочетаться с новыми знаниями. В математике это описывается через «совместную вероятность».
Квантовая теория верна эмпирически. То есть предсказания Вигнера, основанные на теории, отражают физическую реальность.
Нельзя менять правила квантовой физики, чтобы подтвердить первое условие. Иначе сама логика квантовой механики нарушится.
Что это значит для нас
Для обычного читателя это звучит сложно. Но главный вывод Брукнера прост: «Даже сам “друг” не должен считать, что его результат, полученный в прошлом, и результат последующих измерений одновременно реальны».
Иными словами, вы не можете быть уверены, что если статья появилась в воскресенье, она снова будет доступна в понедельник. Но также нельзя утверждать, что если вы не нашли её в понедельник, то во вторник она не откроется.
Таким образом, объективной реальности, в привычном нам смысле, попросту не существует.
