Possono esistere due versioni della realtà contemporaneamente? I fisici dicono che possono - a livello quantico, cioè.
I ricercatori hanno recentemente condotto esperimenti per rispondere a una domanda di fisica teorica vecchia di decenni sulle realtà dei duelli. Questo difficile esperimento mentale ha suggerito che due individui che osservano lo stesso fotone potrebbero arrivare a conclusioni diverse sullo stato di quel fotone - e tuttavia entrambe le loro osservazioni sarebbero corrette.
Per la prima volta, gli scienziati hanno replicato le condizioni descritte nell'esperimento mentale. I loro risultati, pubblicati il 13 febbraio sulla rivista di prestampa arXiv, hanno confermato che anche quando gli osservatori descrivono stati diversi nello stesso fotone, le due realtà contrastanti potrebbero essere entrambe vere.
"Puoi verificarli entrambi", ha detto a Live Science il coautore dello studio Martin Ringbauer, ricercatore post dottorato presso il Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbrück in Austria.
Amico di Wigner
Questa idea sconcertante nasce da un'idea di Eugene Wigner, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1963. Nel 1961, Wigner aveva introdotto un esperimento mentale che divenne noto come "amico di Wigner". Inizia con un fotone - una particella di luce. Quando un osservatore in un laboratorio isolato misura il fotone, scoprono che la polarizzazione della particella - l'asse su cui ruota - è verticale o orizzontale.
Tuttavia, prima che il fotone venga misurato, il fotone mostra contemporaneamente entrambe le polarizzazioni, come dettato dalle leggi della meccanica quantistica; esiste in una "sovrapposizione" di due stati possibili.
Una volta che la persona in laboratorio misura il fotone, la particella assume una polarizzazione fissa. Ma per qualcuno al di fuori di quel laboratorio chiuso che non conosce il risultato delle misurazioni, il fotone non misurato è ancora in uno stato di sovrapposizione.
L'osservazione di quell'esterno - la loro realtà - si differenzia quindi dalla realtà della persona in laboratorio che ha misurato il fotone. Tuttavia, nessuna di queste osservazioni contrastanti è ritenuta sbagliata, secondo la meccanica quantistica.
Stati alterati
Per decenni, la proposta strabiliante di Wigner è stata solo un interessante esperimento mentale. Ma negli ultimi anni, importanti progressi nella fisica hanno finalmente permesso agli esperti di mettere alla prova la proposta di Wigner, ha detto Ringbauer.
"Sono stati necessari progressi teorici per formulare il problema in modo verificabile. Quindi, la parte sperimentale ha avuto bisogno di sviluppi sul controllo dei sistemi quantistici per implementare qualcosa del genere", ha spiegato.
Ringbauer e i suoi colleghi hanno testato l'idea originale di Wigner con un esperimento ancora più rigoroso che ha raddoppiato lo scenario. Hanno designato due "laboratori" in cui avrebbero avuto luogo gli esperimenti e hanno introdotto due coppie di fotoni aggrovigliati, il che significa che i loro destini erano collegati, in modo che conoscere lo stato di uno ti dicesse automaticamente lo stato dell'altro. (I fotoni nella configurazione erano reali. Quattro "persone" nello scenario - "Alice", "Bob" e un "amico" di ciascuno - non erano reali, ma rappresentavano invece osservatori dell'esperimento).
I due amici di Alice e Bob, che si trovavano "all'interno" di ciascuno dei laboratori, misurarono ciascuno un fotone in una coppia intrecciata. Questo spezzò l'entanglement e fece crollare la sovrapposizione, il che significa che il fotone misurato esisteva in un determinato stato di polarizzazione. Hanno registrato i risultati nella memoria quantistica, copiati nella polarizzazione del secondo fotone.
Ad Alice e Bob, che erano "fuori" dai laboratori chiusi, furono quindi presentate due scelte per condurre le proprie osservazioni. Potevano misurare i risultati dei loro amici che erano memorizzati nella memoria quantistica, e quindi giungere alle stesse conclusioni sui fotoni polarizzati.
Ma potrebbero anche condurre il proprio esperimento tra i fotoni aggrovigliati. In questo esperimento, noto come esperimento di interferenza, se i fotoni agiscono come onde ed esistono ancora in una sovrapposizione di stati, allora Alice e Bob vedrebbero uno schema caratteristico di frange chiare e scure, dove si aggiungono i picchi e le valli delle onde luminose su o annullarsi a vicenda. Se le particelle hanno "scelto" il loro stato, vedresti uno schema diverso rispetto a se non lo fossero. Wigner aveva precedentemente proposto che ciò avrebbe rivelato che i fotoni erano ancora in uno stato impigliato.
Gli autori del nuovo studio hanno scoperto che anche nel loro scenario raddoppiato, i risultati descritti da Wigner hanno tenuto. Alice e Bob potrebbero arrivare a conclusioni sui fotoni che erano corrette e dimostrabili e che tuttavia differivano ancora dalle osservazioni dei loro amici - che erano anche corrette e dimostrabili, secondo lo studio.
La meccanica quantistica descrive come il mondo lavora su una scala così piccola che le normali regole della fisica non si applicano più; nel corso di molti decenni, gli esperti che studiano il campo hanno offerto numerose interpretazioni di ciò che ciò significa, Ringbauer ha detto.
Tuttavia, se le misurazioni stesse non sono assolute - come suggeriscono queste nuove scoperte - ciò mette in discussione il significato stesso della meccanica quantistica.
"Sembra che, a differenza della fisica classica, i risultati della misurazione non possano essere considerati verità assolute ma debbano essere compresi rispetto all'osservatore che ha eseguito la misurazione", ha detto Ringbauer.
"Le storie che raccontiamo sulla meccanica quantistica devono adattarsi a questo", ha detto.
