Sto lat po opublikowaniu przełomowego równania Erwina Schrödingera fizycy kwantowi powracają do fundamentalnego pytania: w jaki sposób sama obserwacja kształtuje rzeczywistość? Równanie Schrödingera pozostaje podstawowym narzędziem matematycznym pozwalającym zrozumieć świat kwantowy, ale współczesne badania sugerują, że ignorowanie roli obserwatora mogło być krytycznym przeoczeniem.
Nierozwiązana tajemnica rewolucji kwantowej
Przed pracą Schrödingera w 1926 r. mechanika kwantowa była już dziwnym krajobrazem, w którym cząstki istniały w wielu stanach jednocześnie, a pomiary zasadniczo zmieniały wyniki. Równanie dostarczyło podstawy do obliczenia prawdopodobieństw w tym dziwnym świecie, ale pominęło główny problem: Dlaczego akt obserwacji powoduje zapadnięcie się funkcji falowej w jeden, określony stan? Ten „problem pomiarowy” od tego czasu prześladuje fizyków.
Niedawne prace w dziedzinie kwantowych układów odniesienia oferują nowe podejście. Podstawowa idea jest prosta, ale rewolucyjna: uważaj obserwatora – łącznie z jego przyrządami pomiarowymi – jako część samego układu kwantowego. To nie jest tylko ćwiczenie akademickie; daje niesamowite rezultaty.
Rola obserwatora: coś więcej niż tylko bierny świadek
Fizycy tacy jak Anne-Catherine de la Hamette z Federalnej Szkoły Politechnicznej w Zurychu podkreślają, że fizyka historycznie postrzegała siebie jako siłę zewnętrzną, a nie integralną część równania. Uwzględniając obserwatora, a zwłaszcza jego „zegar kwantowy” (urządzenia zarządzane przez niepewność kwantową), badacze odkrywają, że zjawiska takie jak splątanie i superpozycja nie są prawdami absolutnymi, ale zależą od kto obserwuje.
„Rzeczy, które nie wydają się splątane w jednym układzie odniesienia, mogą wydawać się splątane w innym.” – Anna-Katarzyna de la Hamette
Oznacza to, że sama natura połączeń kwantowych może się zmieniać w zależności od perspektywy obserwatora. To nie jest tylko teoria; eksperymenty potwierdzają tę rzeczywistość zależną od obserwatora.
Implikacje dla czarnych dziur i grawitacji kwantowej
Konsekwencje obejmują niektóre z najtrudniejszych problemów fizyki. Próby pogodzenia mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności Einsteina, szczególnie w odniesieniu do czarnych dziur, zostały udaremnione przez nieskończoności i sprzeczności. Co zaskakujące, włączenie kwantowych układów odniesienia do obliczeń matematycznych upraszcza te obliczenia. Dodanie obserwatora z zegarem kwantowym umożliwia rozwiązanie wcześniej trudnych problemów.
Sugeruje to, że czasoprzestrzeń sama w sobie może nie być stałym tłem, ale raczej wyłaniającą się właściwością związaną z obserwacją. Jeśli wszechświat jest zasadniczo zależny od obserwatora, może zmienić nasze rozumienie grawitacji i struktury rzeczywistości.
Rosnąca społeczność i perspektywy na przyszłość
Dziedzina ta nabiera tempa, odbywają się specjalne konferencje, a społeczność szybko rośnie. Naukowcy powracają obecnie do klasycznych eksperymentów myślowych, takich jak przyjaciel Wignera, z nowej perspektywy. Pytanie, co dzieje się w momencie obserwacji, pozostaje centralne, ale włączenie obserwatora nie jest już myślą obcą; staje się to podstawową zasadą.
Następne stulecie fizyki kwantowej będzie prawdopodobnie określone przez jej gotowość do ostatecznego przyznania, że ktoś musi to oglądać. Lekcja, jak to ujął de la Hamette, jest taka, że „nie powinniśmy byli zapominać o obserwatorze”.
