현실 세계 양자 역설, 중첩 상태 관찰자 | 과학 모니터

1963 년 노벨상을 수상한 물리학 자 Eugene Wigner는 1961 년에 고안된 사고 실험에서 양자 역학에 대한 많은 이상한 점 중 하나를 포착했습니다.

Wigner는 그의 친구가 실험실에서 분리 된 원자 입자를 측정하는 것을 상상했습니다. ‘위그 너의 친구’라는 사고 실험에 따르면, 양자 역학에서 입자는 한 번에 여러 위치에 중첩 상태로 존재하고 친구의 관찰에 의해 입자가 한 지점으로 붕괴된다. 그러나 Wigner에 겹쳐져 있습니다. 측정 할 때 부패가 발생합니다.

사고 실험에서 Wigner는 겹쳐진 친구를 봅니다. 그들의 경험은 직접적으로 충돌합니다.

호주와 대만의 물리학 자 팀이 17 일 (현지 시간) Nature Physics에 실린 논문에서 Wigner 역설의 현실을 발표했습니다.

팀은 광자를 실험하여 수학적 정리를 테스트했습니다. 모든 사람에게 절대적인 사실이 없다는 것을 의미 할 수 있습니다.

호주 그리피스 대학의 공동 저자 인 노라 티 슐러는“부끄럽다”고 말했다. “측정 결과는 과학에 근거했습니다.”

과학 저널 사이언스 (Science)는 Wigner 사고 실험이 최근 몇 년간 주목을 받고 있다고 지적했습니다. 2015 년 비엔나 대학의 Časlav Brukner는 역설을 둘러싼 직관적 인 방법을 테스트했습니다. 실험실 내부의 한 친구가 실제로 한 위치 또는 다른 위치에서 입자를 보았고 Wigner는 아직 그것이 무엇인지 알지 못합니다. 양자 이론에서 친구의 결과는 숨겨진 변수입니다.

Bruckner는 그의 사고 실험에서 그 결론을 배제하고 양자 얽힘에 기반한 트릭을 사용하여 숨겨진 변수를 드러 냈습니다. 그는 두 개의 friend-Wigner 쌍을 설정하고 각 파트너와 얽힌 입자를 측정 할 때 그 특성이 상호 연관되도록 제공하는 것을 구상했습니다. 각 친구는 입자를 측정하고 각 Wigner는 입자를 측정하는 친구를 측정하며 두 Wigners는 메모를 비교합니다. 과정이 반복됩니다.

Wigner의 결과는 친구가 명백한 결과를 본 경우에만 약한 상관 관계를 보여줍니다. 그러나 대신 강력한 상관 관계 패턴을 찾습니다. 모순에 직면했다고 브루크너는 말한다.

2016 년 스위스 연방 공과 대학 (ETH Zürich)의 Daniela Frauchiger와 Renato Renner는 유사한 실험을 수행했습니다. 그 이후로 많은 논문이 출판되었고 회의에서 토론이 진행되었습니다.

그러나 2018 년 애리조나 대학 물리학 철학자 리처드 힐리는 브루크너 사고 실험의 허점을 지적했습니다. 새로운 시나리오에서 그들은 네 가지 가정을합니다. 하나는 친구들이 얻은 결과가 사실이라는 것입니다. 공유 지식 코퍼스를 형성하기 위해 다른 측정과 결합 될 수 있습니다. 그들은 양자 역학이 보편적이며 입자처럼 관찰자에게도 유효하다고 가정합니다. 관찰자들의 선택은 신과 같은 초 결정론에 의해 유발 된 특이한 편견으로부터 자유 롭습니다. 물리학은 지역적이며 멀리 떨어진 제한된 형태의 ‘으스스한 행동’을 제외하고는 모두 무료입니다.

반면에 팀의 분석은 Wigner 역설의 모순이 지속되고 있음을 보여줍니다. 얽힌 광자를 생성 한 팀의 실험은 역설을 뒷받침합니다. 광학 장치는 편광에 따라 경로에서 각 광자를 이동했습니다. 이것은 친구의 관찰과 유사합니다. 그런 다음 광자는 Wigner 역할을하는 두 번째 장치와 탐지기에 들어갔습니다.

팀은 다시 한 번 친구와 Wigner 사이에 화해 할 수없는 불일치를 발견했습니다. 그들은 입자가 얼마나 얽혀 있는지 정확하게 변경했으며 Bruckner의 시나리오와 다른 조건에서 불일치가 발생했다고 제안했습니다. “정말 새롭습니다.”Titzler가 말했습니다.

팀은 또한 양자 측정 문제를 관찰자 수준에서 제어 할 수있는 경우 관찰 된 이벤트의 초 결정 성 없음, 지역성 및 절대성에 대한 브루크너의 가정 중 하나가 거짓이라고 지적했습니다.

이 연구에 대해 Arteknica (Arstechnica) Wigner의 친구들과 연구팀의 실험에서 관찰자는 실제 매크로 관찰자가 아니지만 양자 물질 인 광자를 가진 양자 상태의 거시 관찰자에 대한 완전한 생각의 실험은 어려울 수 있다고 지적했다. 한편, 그는 미래에 양자 컴퓨터 AI가 양자 상태의 거시적 관찰자로 간주 될 수 있으며, 이는 관련 테스트가 향후 확장 될 수 있음을 의미한다고 설명했습니다.

요점은 실제 거시 현실이 양자 효과에 의존 할 수 있고 우리가 생각하는 것보다 선택의 자유가 훨씬 적다는 것입니다. 지역 성과 인과 관계는 거부되어야하며, 이는 물리학 자들에게 더욱 고통 스러울 수 있습니다.

반면 Bruckner는 같은 날 Nature Physics에 논문을 발표했습니다.사실은 상대적이다), Wigner의 친구 사고 실험의 이론 및 실험 테스트는 관찰자 독립적 인 측정 결과 개념을 유지할 가능성을 제한합니다.

* Bong, K., Utreras-Alarcón, A., Ghafari, F. et al. Wigner의 친구 역설에 대한 강력한 no-go 정리. Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0990-x