Hai phiên bản của thực tế có thể tồn tại cùng một lúc? Các nhà vật lý nói rằng họ có thể - ở cấp độ lượng tử, đó là.
Các nhà nghiên cứu gần đây đã tiến hành các thí nghiệm để trả lời một câu hỏi vật lý lý thuyết hàng thập kỷ về thực tế đấu tay đôi. Thí nghiệm suy nghĩ phức tạp này đã đề xuất rằng hai cá nhân quan sát cùng một photon có thể đi đến những kết luận khác nhau về trạng thái của photon đó - và cả hai quan sát của họ đều đúng.
Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã nhân rộng các điều kiện được mô tả trong thí nghiệm suy nghĩ. Kết quả của họ, được công bố vào ngày 13 tháng 2 trên tạp chí arXiv, đã xác nhận rằng ngay cả khi các nhà quan sát mô tả các trạng thái khác nhau trong cùng một photon, cả hai thực tế mâu thuẫn đều có thể đúng.
"Bạn có thể xác minh cả hai", đồng tác giả nghiên cứu Martin Ringbauer, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Khoa Vật lý Thực nghiệm tại Đại học Innsbrück ở Áo, nói với Live Science.
Bạn của Wigner
Ý tưởng khó hiểu này là sản phẩm trí tuệ của Eugene Wigner, người giành giải thưởng Nobel Vật lý năm 1963. Năm 1961, Wigner đã giới thiệu một thí nghiệm tư duy được gọi là "bạn của Wigner". Nó bắt đầu với một photon - một hạt ánh sáng. Khi một người quan sát trong phòng thí nghiệm biệt lập đo photon, họ thấy rằng sự phân cực của hạt - trục mà nó quay - là dọc hoặc ngang.
Tuy nhiên, trước khi đo photon, photon hiển thị cả hai phân cực cùng một lúc, như được quy định bởi các định luật cơ học lượng tử; nó tồn tại trong một "sự chồng chất" của hai trạng thái có thể.
Một khi người trong phòng thí nghiệm đo photon, hạt giả định sự phân cực cố định. Nhưng đối với một người bên ngoài phòng thí nghiệm kín mà không biết kết quả của các phép đo, thì photon không được đo lường vẫn ở trạng thái chồng chất.
Quan sát của người ngoài đó - thực tế của họ - do đó khác với thực tế của người trong phòng thí nghiệm đã đo photon. Tuy nhiên, cả hai quan sát không xung đột này được cho là sai, theo cơ học lượng tử.
Bang thay đổi
Trong nhiều thập kỷ, đề xuất uốn éo tâm trí của Wigner chỉ là một thử nghiệm suy nghĩ thú vị. Nhưng trong những năm gần đây, những tiến bộ quan trọng trong vật lý cuối cùng đã cho phép các chuyên gia đưa đề xuất của Wigner vào thử nghiệm, Ringbauer nói.
"Những tiến bộ lý thuyết là cần thiết để hình thành vấn đề theo cách có thể kiểm chứng được. Sau đó, phía thí nghiệm cần những phát triển về kiểm soát hệ thống lượng tử để thực hiện một cái gì đó như thế", ông giải thích.
Ringbauer và các đồng nghiệp đã thử nghiệm ý tưởng ban đầu của Wigner bằng một thử nghiệm thậm chí còn nghiêm ngặt hơn gấp đôi kịch bản. Họ chỉ định hai "phòng thí nghiệm" nơi các thí nghiệm sẽ diễn ra và giới thiệu hai cặp photon vướng víu, nghĩa là số phận của chúng được liên kết với nhau, để biết trạng thái của một cái sẽ tự động cho bạn biết trạng thái của cái kia. (Các photon trong thiết lập là có thật. Bốn "người" trong kịch bản - "Alice", "Bob" và một "người bạn" của mỗi người - không có thật, mà thay vào đó đại diện cho người quan sát thí nghiệm).
Hai người bạn của Alice và Bob, những người được đặt "bên trong" từng phòng thí nghiệm, mỗi người đo một photon trong một cặp vướng víu. Điều này đã phá vỡ sự vướng víu và làm sụp đổ sự chồng chất, nghĩa là photon mà chúng đo được tồn tại trong một trạng thái phân cực xác định. Họ đã ghi lại các kết quả trong bộ nhớ lượng tử - được sao chép trong sự phân cực của photon thứ hai.
Alice và Bob, những người "ở bên ngoài" các phòng thí nghiệm kín, sau đó được đưa ra hai lựa chọn để tiến hành quan sát riêng của họ. Họ có thể đo lường kết quả của bạn bè được lưu trữ trong bộ nhớ lượng tử và từ đó đưa ra kết luận tương tự về các photon phân cực.
Nhưng họ cũng có thể tiến hành thí nghiệm của riêng mình giữa các photon vướng víu. Trong thí nghiệm này, được gọi là thí nghiệm giao thoa, nếu các photon hoạt động như sóng và vẫn tồn tại trong sự chồng chất của các trạng thái, thì Alice và Bob sẽ thấy một mô hình đặc trưng của rìa ánh sáng và bóng tối, nơi các đỉnh và thung lũng của sóng ánh sáng thêm vào lên hoặc hủy bỏ nhau. Nếu các hạt đã "chọn" trạng thái của chúng, bạn sẽ thấy một kiểu khác so với khi chúng không có. Wigner trước đây đã đề xuất rằng điều này sẽ tiết lộ rằng các photon vẫn ở trạng thái vướng víu.
Các tác giả của nghiên cứu mới phát hiện ra rằng ngay cả trong kịch bản nhân đôi của họ, kết quả được mô tả bởi Wigner đã được tổ chức. Theo nghiên cứu, Alice và Bob có thể đưa ra kết luận về các photon chính xác và có thể chứng minh được và điều đó vẫn khác với quan sát của bạn bè họ - điều này cũng đúng và có thể chứng minh được, theo nghiên cứu.
Cơ học lượng tử mô tả cách thế giới hoạt động ở quy mô nhỏ đến mức các quy tắc vật lý thông thường không còn áp dụng; trong nhiều thập kỷ, các chuyên gia nghiên cứu về lĩnh vực này đã đưa ra nhiều cách hiểu về điều đó có nghĩa là gì, Ringbauer nói.
Tuy nhiên, nếu bản thân các phép đo không tuyệt đối - như những phát hiện mới này cho thấy - điều đó thách thức chính ý nghĩa của cơ học lượng tử.
"Có vẻ như, trái ngược với vật lý cổ điển, kết quả đo không thể được coi là sự thật tuyệt đối mà phải được hiểu tương đối so với người quan sát thực hiện phép đo", Ringbauer nói.
"Những câu chuyện chúng tôi kể về cơ học lượng tử phải thích nghi với điều đó", ông nói.
