Nel 1961, il fisico e premio Nobel Eugene Wigner delineò un esperimento mentale che dimostrò uno dei paradossi meno conosciuti della meccanica quantistica. L'esperimento mostra come la strana natura dell'universo permetta a due osservatori - dicono Wigner e l'amico di Wigner - di sperimentare realtà diverse. Da allora, i fisici hanno utilizzato l'esperimento mentale dell '"amico di Wigner" per indagare sulla natura delle misurazioni e discutere se esistono fatti oggettivi.
Per prima cosa, parliamo dell'esperimento mentale di Wigner:
Supponiamo che due persone aprano la scatola con il gatto di Schrödinger contemporaneamente. Se il risultato (del collasso della funzione d'onda) è scelto dall'osservatore, come implica la soluzione idealistica, allora se i due osservatori fanno scelte diverse, sorge un problema. Se nominiamo uno dei due risultati, allora solo uno degli osservatori può fare una scelta, ei sostenitori del realismo considerano giustamente questa decisione insoddisfacente.
Il paradosso è diventato importante perché gli scienziati stanno conducendo esperimenti per stabilire fatti oggettivi. Ma se si trovano di fronte a realtà diverse, come possono essere d'accordo su quali potrebbero essere questi fatti? L'esperimento mentale di Wigner non è mai stato più di un esperimento mentale.
Ma l'anno scorso, i fisici hanno notato che i recenti progressi nella tecnologia quantistica hanno permesso di replicare il test dell'amico di Wigner in un vero esperimento: in altre parole, è diventato possibile creare diverse realtà e confrontarle in laboratorio per scoprire se possono essere riconciliate.
Esiste una realtà oggettiva?
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E oggi Massimiliano Proietti della Heriot-Watt University di Edimburgo e diversi suoi colleghi hanno affermato di aver condotto questo esperimento per la prima volta: hanno creato realtà diverse e le hanno confrontate. E sono giunti alla conclusione che Wigner aveva ragione: queste realtà possono essere inconciliabili nella misura in cui è impossibile raggiungere un consenso sui fatti oggettivi in un esperimento.
L'originale esperimento mentale di Wigner è iniziato con un singolo fotone polarizzato, che, se misurato, può essere polarizzato orizzontalmente o verticalmente. Ma prima della misurazione, secondo le leggi della meccanica quantistica, il fotone esiste simultaneamente in entrambi gli stati di polarizzazione: la cosiddetta sovrapposizione.
Wigner ha immaginato un amico in un altro laboratorio che misura lo stato di questo fotone e memorizza il risultato, mentre Wigner osserva da lontano. Wigner non ha informazioni sulle misurazioni del suo amico e quindi deve presumere che il fotone e la sua misurazione siano in una sovrapposizione di tutti i possibili risultati sperimentali.
Wigner potrebbe persino condurre un esperimento per determinare se questa sovrapposizione esiste o meno. Una sorta di esperimento di interferenza che mostrerà che il fotone e la misura sono effettivamente in sovrapposizione.
Dal punto di vista di Wigner, questo è un "fatto": la sovrapposizione esiste. E questo fatto suggerisce che non è stato possibile eseguire la misurazione.
Ma il suo amico non sarà d'accordo con questo, poiché ha misurato la polarizzazione del fotone e l'ha registrata. L'amico può anche chiamare Wigner e dirgli che la misurazione è stata eseguita (a condizione che il risultato non venga divulgato).
Due realtà si contraddicono a vicenda. “Ciò mette in dubbio lo status oggettivo dei fatti accertato dai due osservatori”, afferma Proietti.
Questa è la teoria, ma l'anno scorso Caslav Bruckner dell'Università di Vienna in Australia ha escogitato un modo per ricreare l'amico Wigner in laboratorio utilizzando tecniche che implicano l'aggrovigliamento di molte particelle contemporaneamente.
La svolta di Proietti è stata che l'hanno fatto davvero. Hanno implementato un esteso scenario "amico di Wigner" in un moderno esperimento a sei fotoni.
Sei fotoni sono stati intrecciati per creare due realtà alternative: una che rappresenta Wigner e l'altra che rappresenta l'amico di Wigner. L'amico di Wigner misura la polarizzazione del fotone e memorizza il risultato. Wigner esegue quindi una misurazione dell'interferenza per vedere se la misurazione e il fotone sono in sovrapposizione.
L'esperimento ha dato un risultato ambiguo. Si scopre che entrambe le realtà possono coesistere, anche se producono risultati inconciliabili, come previsto da Wigner. Ciò solleva una serie di domande interessanti che spingono i fisici a ripensare la natura della realtà.
L'idea che gli osservatori possano finalmente riconciliare le loro misurazioni in una realtà fondamentale si basa su diversi presupposti. Primo, esistono fatti universali e gli osservatori possono concordare su di essi.
Ma ci sono anche altre ipotesi. Uno è che gli osservatori sono liberi di fare tutte le osservazioni che desiderano. E ancora una cosa: la scelta che fa un osservatore non influisce sulla scelta degli altri osservatori. Questa ipotesi della fisica è chiamata località.
Se esiste una realtà oggettiva su cui tutti possono essere d'accordo, allora tutte queste ipotesi saranno corrette.
Ma il risultato di Proietti e dei suoi colleghi suggerisce che la realtà oggettiva non esiste. In altre parole, un esperimento presume che uno o più presupposti siano che ci sia una realtà con cui siamo d'accordo; cos'è la libertà di scelta; o località - dovrebbe essere sbagliato.
Ovviamente c'è un'altra opzione. La possibilità che ci sia una scappatoia che gli sperimentatori hanno mancato. In effetti, i fisici hanno cercato di colmare le lacune in tali esperimenti per molti anni, ma ammettono che potrebbero non essere mai in grado di chiuderli tutti.
Tuttavia, il lavoro ha importanti implicazioni per la scienza. Il passo successivo è andare oltre: creare esperimenti che creino realtà alternative sempre più bizzarre e impossibili da conciliare. Dove questo ci porterà, nessuno lo sa.
Ilya Khel
