Почти 60 лет назад нобелевский лауреат по физике Юджин Вигнер описал одну из многих странностей квантовой механики в мысленном эксперименте. Он представил, что его друг заперт в лаборатории и измеряет некую частицу, скажем, атом, тогда как сам Вигнер находится снаружи. Законы суперпозиции позволяют частицам занимать несколько мест в пространстве одновременно, но наблюдение заставляет их коллапсировать только до одной точки, пишет Science. Однако для Вигнера суперпозиция останется: коллапс случается только если он сам сделает измерения. Более того, сам друг будет для Вигнера в суперпозиции.

В статье, которая опубликована на этой неделе в журнала Nature Physics, ученые из Австралии и Тайваня доказали, что «парадокс друга Вигнера» реален. Они преобразовали мысленный эксперимент в математическую теорему, которая подтверждает неразрешимое противоречие этого сценария. Кроме того, они испытали теорему экспериментально, используя фотоны вместо людей. Тогда как Вигнер считал, что для разрешения парадокса требуется, чтобы квантовая механика перестала работать в больших системах, таких как люди-наблюдатели, авторы исследования полагают, что под сомнением находится сама объективность. Другими словами, возможно, что никаких абсолютных и объективных фактов не существует. Для каждого наблюдателя эти факты свои.

«Это немного сбивает с толку, — призналась Нора Тишлер из Университета Гриффита, соавтор статьи. — Объективный результат измерений — это то, на чем стоит вся наука».

Тишлер и ее коллеги сделали четыре предположения. Первое: результаты, которые получает друг, реальны, то есть их можно скомбинировать с другими измерениями и получить единый корпус знаний. Второе: квантовая механика универсальна и имеет силу для наблюдателей как и для частиц. Третье: выбор, который делают наблюдатели, свободен от влияния супердетерминизма. Четвертое: физика локальна, свободна от всего, кроме самых ограниченных форм квантовой спутанности.

Математический анализ показал, что противоречия «парадокса друга Вигнера» сохраняются. Этот же вывод подтвердил эксперимент со спутанными фотонами. Оптические элементы направляли каждый фотон на траекторию, которая зависела от его поляризации — эквивалент наблюдения друга. Затем фотон измеряла вторая группа детекторов, которые имитировали самого Вигнера.

И снова была обнаружена несовместимость между наблюдениями друга и Вигнера. Более того, они отличались в оценке запутанности частиц и что это происходит по какой-то неизвестной причине, которая отличается от сценария Каслава Брукнера, который тоже занимается этой проблемой и который придумал способ воспроизвести мысленный эксперимент Вигнера в лаборатории при помощи спутанных частиц.

«Это говорит о том, что мы нашли нечто действительно новое», — сказала Тишлер.

Результат проведенных экспериментов показывают, что от одной из четырех предпосылок придется отказаться. И пока самое слабое звено в этом наборе — объективность.

Мало кто из физиков считает, что виноват супердетерминизм. Другие полагают, что слабое звено — локальность. Возможно, действия наблюдателя воздействуют на результаты даже на большой дистанции. Третьи ставят под сомнение утверждение, что наблюдатели могут проводить измерения эмпирически — факты для одного не будут фактами для другого. Это радикальный релятивизм, который противоречит мнению большинства.

И есть еще позиция Вигнера, который считал, что проблема в самой квантовой механике. Из всех гипотез эта самая легко проверяемая экспериментально. Единственная позиция, которая не имеет права на существование для физика-теоретика — это не иметь позиции по этому вопросу, убежден Эрик Кавальканти, соавтор исследования: «Многие физики думают: „Это всего лишь философское мумбо-юмбо. Вот им придется туго“.