別の事実がウイルスのように社会全体に広がっています。今、彼らは科学にさえ感染しているようです-少なくとも量子領域。これは直観に反するように見えるかもしれません。科学的方法は、結局のところ、観察、測定、再現性の信頼できる概念に基づいています。測定によって確立された事実は、すべてのオブザーバーがそれに同意できるように客観的でなければなりません。
しかし、Science Advancesで最近発表された論文では、量子力学の奇妙なルールに支配されている原子と粒子のミクロの世界で、2人の異なる観測者がそれぞれの事実を認められていることを示しています。言い換えれば、自然そのもののビルディングブロックに関する私たちの最良の理論によれば、事実は実際には主観的である可能性があります。
オブザーバーは量子世界の強力なプレーヤーです。理論によれば、粒子は一度に複数の場所または状態に存在する可能性があります-これは重ね合わせと呼ばれます。しかし、奇妙なことに、これはそれらが観察されない場合にのみ当てはまります。 2番目に量子システムを観察すると、特定の場所または状態が選択され、重ね合わせが壊されます。自然がこのように振る舞うという事実は、たとえば有名なダブルスリット実験など、研究室で何度も証明されています。
1961年、物理学者のユージンウィグナーは挑発的な思考実験を提案しました。彼は、量子力学を自分自身が観測されている観測者に適用するとどうなるかを疑問視しました。ウィグナーの友人が量子コインを表と裏の両方に重ね合わせて、閉じた実験室の中で投げたと想像してください。友人がコインを投げるたびに、彼らは明確な結果を観察します。ウィグナーの友人は事実を確立していると言えます：コイントスの結果は間違いなく表か裏です。
ウィグナーは外部からこの事実にアクセスすることはできず、量子力学によれば、実験のすべての可能な結果の重ね合わせにある友人とコインを説明する必要があります。それは、それらが「絡み合っている」ためです-不気味に接続されているため、1つを操作すると、もう1つも操作されます。 Wignerは原則として、いわゆる「干渉実験」を使用してこの重ね合わせを検証できます。これは、システム全体の重ね合わせを解明し、2つのオブジェクトが絡まっていることを確認できる一種の量子測定です。
ウィグナーと友人が後でメモを比較するとき、友人は彼らが各コイン投げの明確な結果を見たと主張するでしょう。しかし、ウィグナーは、友人とコインを重ね合わせて観察するときは常に反対します。
これは難問です。友人が知覚する現実は、外の現実と和解することはできません。ウィグナーは当初、これほどのパラドックスを考慮していなかったので、意識的な観察者を量子オブジェクトとして説明するのは不合理だと主張した。しかし、彼は後にこの見方から離れ、量子力学に関する正式な教科書によれば、その説明は完全に有効です。
実験
このシナリオは長い間、興味深い思考実験として残っています。しかし、それは現実を反映していますか？科学的には、これについてごく最近までほとんど進展がありませんでした。ウィーン大学のČaslavBruknerが、特定の仮定の下で、Wignerのアイデアを使用して、量子力学の測定が観測者の主観であることを正式に証明できることを示しました。
ブルックナーは、ウィグナーの友人のシナリオを、物理学者ジョンベルによって1964年に最初に確立されたフレームワークに変換することにより、この概念をテストする方法を提案しました。それぞれのボックスの外側。結果は、いわゆる「ベルの不平等」を評価するために最終的に使用されるように要約することができます。この不平等が破られた場合、オブザーバーは別の事実を持つ可能性があります。
私たちは、このテストをエディンバラのヘリオットワット大学で、3対のもつれた光子で構成される小規模な量子コンピューターで実験的に初めて実行しました。最初のフォトンペアはコインを表し、他の2つはそれぞれのボックス内でコイントス（フォトンの偏光を測定）を実行するために使用されます。 2つのボックスの外側では、両側に2つの光子が残り、測定も可能です。
最先端の量子テクノロジーを使用しているにもかかわらず、6つの光子から十分なデータを収集して十分な統計を生成するのに数週間かかりました。しかし、最終的には、量子力学が実際に客観的事実の仮定と互換性がない可能性があることを示すことに成功しました-不等式に違反しました。
ただし、理論はいくつかの仮定に基づいています。これらには、測定結果が光速を超える信号の影響を受けず、観測者がどの測定を行うかを自由に選択できることが含まれます。その場合もそうでない場合もあります。
もう1つの重要な問題は、単一光子を観測者と見なすことができるかどうかです。ブルックナーの理論の提案では、オブザーバーは意識する必要はなく、単に測定結果の形で事実を確立できなければなりません。したがって、無生物検出器は有効なオブザーバーになります。そして、教科書量子力学は、原子数個と小さくできる検出器が光子のような量子オブジェクトとして記述されるべきではないと信じる理由を私たちに与えません。また、標準的な量子力学が長いスケールでは適用されない可能性もありますが、テストは別の問題です。
したがって、この実験は、少なくとも量子力学の局所モデルでは、客観性の概念を再考する必要があることを示しています。巨視的な世界で私たちが経験する事実は安全なままであるように見えますが、量子力学の既存の解釈が主観的事実にどのように対応できるかについて大きな疑問が生じます。
一部の物理学者は、これらの新しい開発を、たとえば各結果が発生するパラレルユニバースの存在など、観測に対して複数の結果が発生することを可能にする解釈を強化すると見なしています。他の人は、それを、量子ベイズニズムなどの本質的にオブザーバーに依存する理論の説得力のある証拠として見ています。この理論では、エージェントの行動と経験が理論の中心的な関心事です。しかし、量子力学が特定の複雑さのスケールを超えて崩壊する可能性があるという強い指針として、他の人はこれを考えています。
明らかに、これらはすべて、現実の基本的な性質についての深い哲学的な質問です。答えがどうであれ、興味深い未来が待っています。
