Fisika Kuantum: Studi Kami Menyarankan Realitas Objektif Tidak Ada

Fisika Kuantum: Studi Kami Menyarankan Realitas Objektif Tidak Ada
Gearoid Hayes / Flickr, CC BY-SA

Fakta alternatif adalah menyebar seperti virus lintas masyarakat. Sekarang tampaknya mereka bahkan telah menginfeksi ilmu pengetahuan - setidaknya ranah kuantum. Ini mungkin tampak kontra-intuitif. Metode ilmiah pada akhirnya didasarkan pada pengertian yang dapat dipercaya tentang observasi, pengukuran dan pengulangan. Fakta, sebagaimana ditetapkan oleh pengukuran, harus objektif, sehingga semua pengamat dapat menyetujuinya.

Namun dalam sebuah makalah baru-baru ini diterbitkan dalam Science Advances, kami menunjukkan bahwa, dalam dunia mikro atom dan partikel yang diatur oleh aturan aneh mekanika kuantum, dua pengamat berbeda berhak atas fakta mereka sendiri. Dengan kata lain, menurut teori terbaik kita tentang unsur-unsur pembangun alam itu sendiri, fakta sebenarnya bisa subjektif.

Pengamat adalah pemain kuat di dunia kuantum. Menurut teori, partikel dapat berada di beberapa tempat atau sekaligus - ini disebut superposisi. Tapi anehnya, ini hanya terjadi ketika mereka tidak diamati. Saat Anda mengamati sistem kuantum, ia memilih lokasi atau keadaan tertentu - melanggar superposisi. Fakta bahwa alam berperilaku seperti ini telah terbukti berkali-kali di laboratorium - misalnya, di yang terkenal percobaan celah ganda (lihat video di bawah).

Dalam 1961, fisikawan Eugene Wigner mengusulkan eksperimen pemikiran provokatif. Dia mempertanyakan apa yang akan terjadi ketika menerapkan mekanika kuantum ke pengamat yang sedang diamati.

Bayangkan bahwa seorang teman Wigner melempar koin kuantum - yang berada di posisi super dari kedua kepala dan ekor - di dalam laboratorium tertutup. Setiap kali teman melempar koin, mereka mengamati hasil yang pasti. Kita dapat mengatakan bahwa teman Wigner menetapkan fakta: hasil lemparan koin pasti kepala atau ekor.

Wigner tidak memiliki akses ke fakta ini dari luar, dan menurut mekanika kuantum, harus menggambarkan teman dan koin itu berada di superposisi dari semua kemungkinan hasil percobaan. Itu karena mereka "terjerat" - seram terhubung sehingga jika Anda memanipulasi yang satu Anda juga memanipulasi yang lain. Wigner pada prinsipnya dapat memverifikasi superposisi ini menggunakan apa yang disebut “percobaan gangguan”- jenis pengukuran kuantum yang memungkinkan Anda untuk mengungkap superposisi seluruh sistem, mengonfirmasi bahwa dua objek terjerat.


Dapatkan Yang Terbaru Dari Diri Sendiri


Ketika Wigner dan temannya membandingkan catatan di kemudian hari, teman itu akan bersikeras bahwa mereka melihat hasil yang pasti untuk setiap lemparan koin. Wigner, bagaimanapun, akan tidak setuju setiap kali dia mengamati teman dan koin di superposisi.

Ini menyajikan teka-teki. Realitas yang dirasakan oleh teman tidak dapat didamaikan dengan kenyataan di luar. Wigner awalnya tidak menganggap ini sebagai paradoks, ia berpendapat bahwa akan tidak masuk akal untuk menggambarkan seorang pengamat yang sadar sebagai objek kuantum. Namun, dia kemudian berangkat dari pandangan ini, dan menurut buku teks formal tentang mekanika kuantum, deskripsi ini benar-benar valid.

Percobaan

Skenario telah lama tetap menjadi eksperimen pemikiran yang menarik. Tetapi apakah itu mencerminkan kenyataan? Secara ilmiah, ada sedikit kemajuan dalam hal ini sampai saat ini, ketika Časlav Brukner di Universitas Wina menunjukkan bahwa, dengan asumsi tertentu, gagasan Wigner dapat digunakan untuk membuktikan secara resmi bahwa pengukuran dalam mekanika kuantum bersifat subyektif bagi pengamat.

Brukner mengusulkan cara untuk menguji gagasan ini dengan menerjemahkan skenario teman Wigner ke dalam suatu kerangka kerja pertama kali didirikan oleh fisikawan John Bell di 1964. Brukner mempertimbangkan dua pasang Wigner dan teman, dalam dua kotak terpisah, melakukan pengukuran pada keadaan bersama - di dalam dan di luar kotak masing-masing. Hasilnya dapat disimpulkan hingga akhirnya dapat digunakan untuk mengevaluasi apa yang disebut "Bell ketidaksetaraan". Jika ketidaksetaraan ini dilanggar, pengamat bisa memiliki fakta alternatif.

Kami sekarang untuk pertama kalinya melakukan tes ini secara eksperimental di Universitas Heriot-Watt di Edinburgh pada komputer kuantum skala kecil yang terdiri dari tiga pasang foton terjerat. Pasangan foton pertama mewakili koin, dan dua lainnya digunakan untuk melakukan lemparan koin - mengukur polarisasi foton - di dalam kotak masing-masing. Di luar dua kotak, dua foton tetap berada di setiap sisi yang juga dapat diukur.

Fisika Kuantum: Studi Kami Menyarankan Realitas Objektif Tidak Ada
Peneliti dengan eksperimen. penulis tersedia

Meskipun menggunakan teknologi kuantum canggih, butuh berminggu-minggu untuk mengumpulkan data yang cukup dari hanya enam foton untuk menghasilkan statistik yang cukup. Tetapi pada akhirnya, kami berhasil menunjukkan bahwa mekanika kuantum mungkin memang tidak sesuai dengan asumsi fakta objektif - kami melanggar ketidaksetaraan!

Teorinya, bagaimanapun, didasarkan pada beberapa asumsi. Ini termasuk bahwa hasil pengukuran tidak dipengaruhi oleh sinyal yang bergerak di atas kecepatan cahaya dan bahwa pengamat bebas untuk memilih pengukuran apa yang akan dilakukan. Itu mungkin atau mungkin tidak demikian.

Pertanyaan penting lainnya adalah apakah foton tunggal dapat dianggap sebagai pengamat. Dalam proposal teori Brukner, pengamat tidak perlu sadar, mereka hanya harus mampu membangun fakta dalam bentuk hasil pengukuran. Detektor yang mati karenanya akan menjadi pengamat yang valid. Dan mekanika kuantum buku teks tidak memberi kita alasan untuk percaya bahwa detektor, yang dapat dibuat sekecil beberapa atom, tidak boleh digambarkan sebagai objek kuantum seperti foton. Mungkin juga bahwa mekanika kuantum standar tidak berlaku pada skala panjang besar, tetapi pengujian itu adalah masalah yang terpisah.

Fisika Kuantum: Studi Kami Menyarankan Realitas Objektif Tidak Ada
Mungkin ada banyak dunia di luar sana.
Nikk / Flickr, CC BY-SA

Eksperimen ini menunjukkan bahwa, setidaknya untuk model mekanika kuantum lokal, kita perlu memikirkan kembali gagasan kita tentang objektivitas. Fakta-fakta yang kita alami di dunia makroskopis kita tampaknya tetap aman, tetapi pertanyaan besar muncul tentang bagaimana interpretasi mekanika kuantum yang ada dapat mengakomodasi fakta subjektif.

Beberapa fisikawan melihat perkembangan baru ini sebagai penopang interpretasi yang memungkinkan lebih dari satu hasil terjadi untuk pengamatan, misalnya keberadaan alam semesta paralel di mana setiap hasil terjadi. Yang lain melihatnya sebagai bukti kuat untuk teori yang secara intrinsik pengamat bergantung seperti Bayesianisme Kuantum, di mana tindakan dan pengalaman agen merupakan perhatian utama dari teori. Tetapi yang lain menganggap ini sebagai petunjuk kuat bahwa mekanika kuantum mungkin akan runtuh di atas skala kompleksitas tertentu.

Jelas ini semua pertanyaan filosofis yang mendalam tentang sifat dasar realitas. Apa pun jawabannya, masa depan yang menarik menanti.Percakapan

Tentang Penulis

Alessandro Fedrizzi, Profesor Fisika Kuantum, Heriot-Watt University dan Massimiliano Proietti, PhD Kandidat Fisika Kuantum, Heriot-Watt University

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}