Sự thật thay thế đang lan truyền như một loại virus trên toàn xã hội. Bây giờ, có vẻ như họ thậm chí đã nhiễm khoa học - ít nhất là cõi lượng tử. Điều này có vẻ phản trực giác. Phương pháp khoa học là sau tất cả dựa trên các khái niệm đáng tin cậy về quan sát, đo lường và độ lặp lại. Một thực tế, như được thiết lập bởi một phép đo, nên khách quan, sao cho tất cả các nhà quan sát có thể đồng ý với nó.
Nhưng trong một bài báo được xuất bản gần đây trên tạp chí Science Advances, chúng tôi cho thấy rằng, trong thế giới vi mô của các nguyên tử và hạt bị chi phối bởi các quy tắc kỳ lạ của cơ học lượng tử, hai nhà quan sát khác nhau được quyền theo sự thật của chính họ. Nói cách khác, theo lý thuyết tốt nhất của chúng ta về các khối xây dựng của tự nhiên, sự thật có thể mang tính chủ quan.
Người quan sát là những người chơi mạnh mẽ trong thế giới lượng tử. Theo lý thuyết, các hạt có thể ở một vài nơi hoặc trạng thái cùng một lúc - đây được gọi là sự chồng chất. Nhưng kỳ lạ thay, đây chỉ là trường hợp khi họ không quan sát thấy. Thứ hai bạn quan sát một hệ lượng tử, nó chọn một vị trí hoặc trạng thái cụ thể - phá vỡ sự chồng chất. Thực tế là thiên nhiên hành xử theo cách này đã được chứng minh nhiều lần trong phòng thí nghiệm - ví dụ, trong thí nghiệm khe đôi nổi tiếng.
Năm 1961, nhà vật lý học Eugene Wigner đã đề xuất một thí nghiệm tư tưởng khiêu khích. Ông đặt câu hỏi điều gì sẽ xảy ra khi áp dụng cơ học lượng tử cho một người quan sát mà chính họ đang được quan sát. Hãy tưởng tượng rằng một người bạn của Wigner ném một đồng xu lượng tử - nằm trong sự chồng chất của cả đầu và đuôi - bên trong một phòng thí nghiệm kín. Mỗi khi người bạn tung đồng xu, họ quan sát một kết quả rõ ràng. Chúng ta có thể nói rằng người bạn của Wigner thiết lập một sự thật: kết quả của việc tung đồng xu chắc chắn là đầu hoặc đuôi.
Wigner không có quyền truy cập vào thực tế này từ bên ngoài, và theo cơ học lượng tử, phải mô tả người bạn và đồng xu nằm trong sự chồng chất của tất cả các kết quả có thể xảy ra của thí nghiệm. Đó là bởi vì chúng bị "vướng víu" - được kết nối một cách ma quái để nếu bạn thao túng cái này thì bạn cũng thao túng cái kia. Wigner về nguyên tắc có thể xác minh sự chồng chất này bằng cách sử dụng cái gọi là "thí nghiệm giao thoa" - một loại phép đo lượng tử cho phép bạn làm sáng tỏ sự chồng chất của toàn bộ hệ thống, xác nhận rằng hai vật thể bị vướng vào.
Khi Wigner và người bạn so sánh các ghi chú sau này, người bạn sẽ nhấn mạnh rằng họ đã thấy kết quả rõ ràng cho mỗi lần tung đồng xu. Tuy nhiên, Wigner sẽ không đồng ý bất cứ khi nào anh ta quan sát bạn bè và đồng xu trong sự chồng chất.
Điều này trình bày một câu hỏi hóc búa. Thực tế mà người bạn cảm nhận không thể hòa hợp được với thực tế ở bên ngoài. Wigner ban đầu không coi điều này là một nghịch lý, ông cho rằng sẽ thật phi lý khi mô tả một người quan sát có ý thức như một đối tượng lượng tử. Tuy nhiên, sau đó ông đã rời khỏi quan điểm này, và theo sách giáo khoa chính thức về cơ học lượng tử, mô tả là hoàn toàn hợp lệ.
Cuộc thí nghiệm
Kịch bản từ lâu vẫn là một thử nghiệm suy nghĩ thú vị. Nhưng nó có phản ánh đúng thực tế không? Về mặt khoa học, có rất ít tiến bộ về vấn đề này cho đến gần đây, khi Časlav Brukner tại Đại học Vienna cho thấy, theo những giả định nhất định, ý tưởng của Wigner có thể được sử dụng để chứng minh chính thức rằng các phép đo trong cơ học lượng tử là chủ quan đối với các nhà quan sát.
Brukner đã đề xuất một cách để kiểm tra khái niệm này bằng cách dịch kịch bản bạn bè của Wigner thành một khung được thành lập lần đầu tiên bởi nhà vật lý John Bell vào năm 1964. Brukner đã xem xét hai cặp Wigners và bạn bè, trong hai hộp riêng biệt, tiến hành các phép đo trên trạng thái chia sẻ - bên trong và bên ngoài hộp tương ứng của họ. Các kết quả có thể được tổng hợp để cuối cùng được sử dụng để đánh giá cái gọi là "Bất đẳng thức Bell". Nếu bất bình đẳng này bị vi phạm, các nhà quan sát có thể có các sự kiện thay thế.
Bây giờ chúng tôi lần đầu tiên thực hiện thử nghiệm này tại Đại học Heriot-Watt ở Edinburgh trên một máy tính lượng tử quy mô nhỏ được tạo thành từ ba cặp photon vướng víu. Cặp photon đầu tiên đại diện cho các đồng tiền, và hai cặp còn lại được sử dụng để thực hiện việc tung đồng xu - đo độ phân cực của các photon - bên trong hộp tương ứng của chúng. Bên ngoài hai hộp, hai photon vẫn còn ở mỗi bên cũng có thể đo được.
Mặc dù sử dụng công nghệ lượng tử tiên tiến, phải mất nhiều tuần để thu thập đủ dữ liệu từ chỉ sáu photon để tạo ra đủ số liệu thống kê. Nhưng cuối cùng, chúng tôi đã thành công trong việc chỉ ra rằng cơ học lượng tử thực sự có thể không tương thích với giả định về các sự kiện khách quan - chúng tôi đã vi phạm sự bất bình đẳng.
Lý thuyết, tuy nhiên, dựa trên một vài giả định. Chúng bao gồm các kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu truyền trên tốc độ ánh sáng và các nhà quan sát có thể tự do lựa chọn các phép đo để thực hiện. Đó có thể hoặc không thể là trường hợp.
Một câu hỏi quan trọng khác là liệu các photon đơn lẻ có thể được coi là quan sát viên hay không. Trong đề xuất lý thuyết của Brukner, các nhà quan sát không cần phải có ý thức, họ chỉ đơn thuần có thể thiết lập các sự kiện dưới dạng kết quả đo lường. Do đó, một máy phát hiện vô tri sẽ là một người quan sát hợp lệ. Và cơ học lượng tử trong sách giáo khoa cho chúng ta không có lý do gì để tin rằng một máy dò, có thể được chế tạo nhỏ như một vài nguyên tử, không nên được mô tả như một vật thể lượng tử giống như một photon. Cũng có thể là cơ học lượng tử tiêu chuẩn không áp dụng ở quy mô dài, nhưng kiểm tra đó là một vấn đề riêng biệt.
Do đó, thí nghiệm này cho thấy, ít nhất là đối với các mô hình cơ học lượng tử cục bộ, chúng ta cần suy nghĩ lại về quan niệm của chúng ta về tính khách quan. Các sự kiện chúng ta trải nghiệm trong thế giới vĩ mô của chúng ta dường như vẫn an toàn, nhưng một câu hỏi lớn được đặt ra về cách giải thích hiện tại của cơ học lượng tử có thể đáp ứng các sự kiện chủ quan.
Một số nhà vật lý xem những phát triển mới này là những diễn giải củng cố cho phép nhiều hơn một kết quả xảy ra cho một quan sát, ví dụ như sự tồn tại của các vũ trụ song song trong đó mỗi kết quả xảy ra. Những người khác coi đó là bằng chứng thuyết phục cho các lý thuyết phụ thuộc vào người quan sát nội tại như Quantum Bayesianism, trong đó hành động và kinh nghiệm của một tác nhân là mối quan tâm chính của lý thuyết. Nhưng những người khác coi đây là một con trỏ mạnh mẽ mà có lẽ cơ học lượng tử sẽ phá vỡ trên quy mô phức tạp nhất định.
Rõ ràng đây là tất cả những câu hỏi triết học sâu sắc về bản chất cơ bản của thực tế. Dù câu trả lời là gì, một tương lai thú vị đang chờ đợi.
