Se uma árvore tombar na floresta e não houver ninguém para ouvir, isso soa? Talvez não, dizem alguns.

E se alguém é lá para ouvir? Se você acha que isso significa, obviamente eu fiz isso soni, talvez você precise revisar este glosa.

Encontramos um novo paradoxo na mecânica quântica (uma de nossas duas teorias científicas mais fundamentais, junto com a teoria da relatividade de Einstein), que lança dúvidas sobre algumas idéias do siso generalidade sobre a verdade física.

Mecânica quântica versus bom siso

Dê uma olhada nessas três declarações:

  1. Quando alguém percebe que um evento está acontecendo, isso acontece sério aconteceu.

  2. É verosímil fazer escolhas gratuitas, ou pelo menos estatisticamente aleatórias.

  3. Uma seleção feita em um lugar não pode afetar instantaneamente um evento distante. (Os físicos chamam isso de “lugar”.)

Todas essas são ideias intuitivas e amplamente aceitas até mesmo por físicos. Mas nossa pesquisa, publicou um Física da natureza, mostra que nem tudo pode ser verdade, ou a própria mecânica quântica deve ser quebrada em qualquer intensidade.

Este é o resultado ainda mais potente de uma longa série de descobertas na mecânica quântica que aprimoraram nossas idéias sobre a verdade. Para entender por que isso é tão importante, vejamos esta história.

A guerra pela verdade

A mecânica quântica funciona extremamente muito para descrever o comportamento de objetos minúsculos, porquê átomos ou partículas de luz (fótons). Mas esse comportamento é … muito estranho.

Em muitos casos, a teoria quântica não dá respostas definitivas a perguntas porquê “onde está essa partícula agora?” Em vez disso, ele fornece exclusivamente probabilidades de onde a partícula pode ser encontrada quando observada.

Para Niels Bohr, um dos fundadores da teoria um século detrás, não é porque nos faltam informações, mas porque propriedades físicas porquê “posição” não existem até que sejam medidas.

E, outrossim, porque algumas propriedades de uma partícula não podem ser perfeitamente observadas simultaneamente, porquê posição e velocidade, elas não podem ser real simultaneamente.

Ninguém menos do que Albert Einstein achou essa teoria insustentável. Em um item de 1935 Com outros teóricos Boris Podolsky e Nathan Rosen, ele argumentou que deve ter mais na verdade do que a mecânica quântica poderia descrever.

O item considerou um par de partículas distantes em um estado próprio agora publicado porquê estado “entrelaçado”. Quando a mesma propriedade (por exemplo, posição ou velocidade) é medida nas duas partículas emaranhadas, o resultado será aleatório – mas haverá uma interdependência entre os resultados de cada partícula.

Por exemplo, um observador que mede a posição da primeira partícula poderia prever perfeitamente o resultado da mensuração da posição da distante, sem sequer tocá-la. Ou o observador pode escolher prever a velocidade. Isso teve uma explicação originário, eles argumentaram que se as duas propriedades existiam antes de serem medidas, ao contrário da versão de Bohr.

No entanto, em 1964 ele era um físico da Irlanda do setentrião John Bell encontrou O argumento de Einstein falharia se você fizesse uma combinação mais complicada dissemelhante medições nas duas partículas.

Bell mostrou que se os dois observadores escolherem aleatoriamente e independentemente medir uma ou outra propriedade de suas partículas, porquê posição ou velocidade, os resultados médios não podem ser explicados em qualquer teoria onde a posição e a velocidade foram propriedades locais pré-existentes.

Parece incrível, mas agora existem experimentos demonstrado conclusivamente Correlações de Bell ocorrem. Para muitos físicos, isso prova que Bohr estava visível: as propriedades físicas não existem até que sejam medidas.

Mas isso levanta a questão crucial: o que há de tão próprio em uma “medida”?

O observador, ele observou

Em 1961, o físico teórico húngaro-americano Eugene Wigner Ele planejou um experimento mental para mostrar o que há de tão complicado na teoria de mensuração.

Ele considerou uma situação em que seu colega entra em um laboratório totalmente fechado e realiza uma mensuração em uma partícula quântica, dependendo de sua posição.

No entanto, Wigner percebeu que se aplicasse as equações da mecânica quântica para descrever essa situação de fora, o resultado seria muito dissemelhante. Em vez de a mensuração do colega tornar real a posição da partícula, da perspectiva de Wigner, o colega fica inextricável com a partícula e fica infectado com a incerteza que a tapume.

Isso é semelhante a Gato famoso de Schrödinger, um experimento mental no qual o orientação de um gato em uma caixa está inextricável em um evento quântico aleatório.

Para Wigner, essa foi uma desenlace absurda. Em vez disso, ele acreditava que, uma vez que a consciência de um observador se envolve, o emaranhamento ele “entraria em colapso” para definir a reparo do colega.

Mas e se Wigner estiver falso?

Nosso experimento

Em nossa pesquisa, contamos com uma versão expandida do paradoxo do colega de Wigner, primeiro proposto por Časlav Brukner da Universidade de Viena. Neste cenário, existem dois físicos – eles os chamam de Alice e Bob – cada um com seus próprios amigos (Charlie e Debbie) em dois laboratórios distantes.

Há outra reviravolta: Charlie e Debbie agora medem algumas partículas emaranhadas, porquê nos experimentos de Bell.

porquê no argumento de Wigner, as equações da mecânica quântica nos dizem que Charlie e Debbie deveriam estar emaranhados com suas partículas observadas. Mas uma vez que essas partículas já estavam emaranhadas umas com as outras, Charlie e Debbie deveriam estar emaranhados, em teoria.

Mas o que isso significa experimentalmente?

Nosso experimento é assim: amigos entram em seus laboratórios e medem suas partículas. qualquer tempo depois, Alice e Bob jogaram cada moeda. Se forem chefes, eles abrem a porta e perguntam ao colega o que eles viram. No caso de filas, eles realizam uma mensuração dissemelhante.

Essa medida dissemelhante sempre dá um resultado positivo para Alice se Charlie permanecer inextricável com sua partícula observada da forma calculada por Wigner. Também para Bob e Debbie.

No entanto, em qualquer desempenho desta medida, qualquer registro de reparo de seu colega dentro do laboratório é impedido de depreender o mundo exterior. Charlie ou Debbie não se lembrarão de ter visto zero dentro do laboratório, porquê se acordassem de uma anestesia totalidade.

Mas isso realmente aconteceu, mesmo que eles não se lembrem?

Se as três ideias intuitivas no início deste item estiverem corretas, cada colega viu um resultado real e único para sua mensuração dentro do laboratório, independentemente de Alice ou Bob decidirem penetrar a porta. outrossim, o que Alice e Charlie veem não deve depender de porquê a moeda distante de Bob cai e vice-versa.

Mostramos que, nesse caso, haveria limites para as correlações que Alice e Bob poderiam esperar ver entre seus resultados. Também mostramos que a mecânica quântica prevê que Alice e Bob verão correlações que vão além desses limites.

Em seguida, realizamos um experimento para confirmar as previsões da mecânica quântica usando pares de fótons emaranhados. O papel da mensuração de cada colega foi desempenhado por um dos dois caminhos que cada fóton pode tomar na formato, dependendo de uma propriedade do fóton chamada “polarização”. Ou seja, o caminho “mede” a polarização.

Nosso experimento é exclusivamente um teste de princípio, pois “amigos” são muito pequenos e simples. Mas isso levanta a questão de se os mesmos resultados seriam mantidos com observadores mais complexos.

Talvez nunca possamos fazer esse experimento com humanos reais. Mas argumentamos que um dia uma mostra conclusiva pode ser criada se o “colega” for uma lucidez sintético de nível humano que funciona em volume. computador quântico.

O que tudo isso significa?

Embora um teste ilativo possa estar a décadas de pausa, se as previsões da mecânica quântica forem mantidas, isso tem fortes implicações para a nossa compreensão da verdade, ao invés das correlações de Bell.

Por um lado, as correlações que descobrimos não podem ser explicadas exclusivamente dizendo que as propriedades físicas não existem até que sejam medidas.

A verdade absoluta dos próprios resultados da mensuração é agora questionada.

Nossos resultados forçam os físicos a mourejar com o problema de mensuração: nosso experimento não é estendido e a mecânica quântica dá lugar a um chamado “teoria objetiva do colapso“, ou uma de nossas três hipóteses de bom siso deve ser rejeitada.

Existem teorias, porquê de Broglie-Bohm, que postula “ação remota”, na qual as ações podem ter efeitos instantâneos em qualquer outro lugar do universo. No entanto, isso entra em conflito direto com a teoria da relatividade de Einstein.

Alguns buscam uma teoria que rejeita a liberdade de escolha, mas a exigem a causalidade de volta, ou foi chamada de forma aparentemente conspiratória de fatalismo “Superdeterminismo”.

Outra forma de resolver o conflito seria tornar a teoria de Einstein ainda mais relativa. Para Einstein, diferentes observadores podem discordar Quando o em alguma coisa acontece, embora o que o que aconteceu foi um trajo inteiro.

No entanto, em algumas interpretações, porquê mecânica quântica relacional, QBismeo versão em muitos mundosOs próprios eventos só podem ocorrer em relação a um ou mais observadores. Uma árvore caída observada por um pode não ser um trajo para todos os outros.

Tudo isso não significa que você pode escolher sua própria verdade. Primeiro, você pode escolher as perguntas que deseja fazer, mas o mundo as responde. E mesmo em um mundo relacional, quando dois observadores se comunicam, suas realidades ficam emaranhadas. Desta forma, uma verdade compartilhada pode surgir.

O que significa que se nós dois testemunharmos a queda da mesma árvore e dissermos que você não pode ouvir, talvez você só precise de um aparelho auditivo.

Eric Cavalcanti, Professor Associado (ARC Future Fellow), Griffith University.

Este item foi republicado A conversa com uma licença Creative Commons. Leia o item original.

Este item foi reescrito, traduzido de uma publicação em inglês. Clique cá para acessar a material original (em inglês)!