Hat die Wissenschaft gerade mehrere Realitäten bewiesen? Oh, und jetzt kann die Zeit rückwärts laufen. Ernsthaft.

Vierundzwanzig Stunden epischer Verrücktheit in der Welt der Quantenphysik

Ich habe auf eine gute Gelegenheit gewartet, dieses Bild zu posten, eine offensichtliche Hommage an Heavy Metal!

In den letzten vierundzwanzig Stunden wurden zwei große Fortschritte in der Quantenphysik gemeldet: Zum einen berichtet MIT Technology Review, dass die Realität möglicherweise nicht objektiv ist, dass verschiedene Beobachter dasselbe Ereignis miterleben können und beide zu 100% Recht haben, was sie miterlebt haben (also (beweist möglicherweise die Existenz mehrerer Realitäten) und zweitens berichtet Nature, dass Wissenschaftler in Amerika und Russland gezeigt haben, dass die Zeit rückwärts laufen kann.

Au! Ja, mein Gehirn Hertz, häufig.

Lassen Sie uns zuerst das weniger bedeutsame Ereignis angehen, die Demonstration, dass die Zeit rückwärts laufen kann und somit eine existenzielle Bedrohung für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik darstellt:

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass der Entropiezustand des gesamten Universums als isoliertes System mit der Zeit immer zunehmen wird. Das zweite Gesetz besagt auch, dass die Änderungen der Entropie im Universum niemals negativ sein können.

Der Artikel in Nature ist für Nichtwissenschaftler wie mich eine Art Slog, daher hat Newsweek die Dinge für den Rest von uns nachdenklich klarer gemacht:

In einer in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Studie haben Wissenschaftler aus den USA und Russland experimentell die Zeitumkehr demonstriert - ein Qubit von einem komplizierteren Zustand in einen einfacheren.
Der von ihnen vorgeschlagene Algorithmus ändert den quantenentwickelten Zustand, sodass er sich in der Zeit zurück zu entwickeln beginnt. "Wenn wir diese Magie mit dem entwickelten Zustand der Tinte anwenden, werden wir feststellen, dass sich die Tinte nach der gleichen Zeit (Zeit, die zum Auflösen der Tinte im Wasser benötigt wird) wieder zu dem ursprünglichen Tropfen vereinigt", sagte der Studienautor Andrei Lebedev gegenüber Newsweek. "Genau das haben wir in unserer Arbeit getan, bei der der Tintentropfen drei Qubits beträgt und das Wasser ein Hilbert-Zustand des Quantencomputers ist." (Fettdruck von mir)

Magie in der Tat.

Diese Studie hat freilich nur diesen Effekt auf Quantenebene gezeigt. Bisher gibt es keinen Hinweis darauf, dass dieser Effekt auf etwas über dem Quantenniveau dupliziert werden kann, so dass wir Ehemänner vergessen können, das wirklich dumme Ding, das wir gesagt haben, nicht zu sagen, bevor wir die stille Behandlung aus der Hölle erhalten. Mädchen wissen, was ich meine ... aber für Männer, die noch nie eine langfristige Beziehung zu einem Mädchen hatten, werden Sie es auf die harte Tour lernen. Das machen wir immer.

Aber ich schweife ab. Da der Effekt nur auf Quantenebene beobachtet wurde, sollten wir ihn bis zu dem Zeitpunkt, an dem er in die Praxis umgesetzt werden kann, genauso sehen wie die Entdeckung des Higgs-Bosons: Er ist unglaublich und hängt mit dem „coolen Meter“ zusammen. , aber noch nicht von praktischem Wert über das wissenschaftliche Verständnis hinaus. Oder anders ausgedrückt:

Nicht viel. Noch.

Meiner Meinung nach war die wichtigere der beiden Entdeckungen der Bericht, dass die Realität nicht objektiv ist und dass das, was ein Beobachter in einem Ereignis sieht, buchstäblich in einer anderen Realität sein kann als das, was ein zweiter Beobachter gesehen hat. Um dies zu erklären, muss man eine Weile tief in das Quantenunkraut eindringen.

Erinnerst du dich an Schrödingers Katze? Hier ist eine vereinfachte Version von WhatIs.com:

Eine lebende Katze wird zusammen mit einem Hammer, einem Fläschchen mit Blausäure und einer sehr geringen Menge radioaktiver Substanz in eine Stahlkammer gebracht. Wenn während des Testzeitraums auch nur ein einziges Atom der radioaktiven Substanz zerfällt, löst ein Relaismechanismus den Hammer aus, wodurch das Fläschchen mit dem giftigen Gas zerbrochen wird und die Katze stirbt
In dem Experiment kann der Beobachter nicht wissen, ob ein Atom der Substanz zerfallen ist oder nicht, und folglich weiß er nicht, ob das Fläschchen zerbrochen und die Katze getötet wurde. Nach dem Quantengesetz nach der Kopenhagener Interpretation ist die Katze sowohl tot als auch lebendig, bis jemand in die Schachtel schaut. In der quantenmechanischen Umgangssprache wird die Fähigkeit der Katze, sowohl lebendig als auch tot zu sein, bis sie beobachtet wird, als Quantenunbestimmtheit oder als Paradoxon des Beobachters bezeichnet. Die Logik hinter dem Paradoxon des Beobachters ist die nachgewiesene Fähigkeit der Beobachtung, die Ergebnisse zu beeinflussen. (Fettdruck von mir)

Sehen Sie den letzten Satz? Es ist erwiesen, dass die Beobachtung selbst die Ergebnisse beeinflusst. Wir wissen auch, dass, wenn zwei Teilchen verwickelt sind, wenn sich der Zustand eines Teilchens durch Beobachtung ändert, sich auch das andere verschränkte Teilchen ändert. Denken Sie auch daran, dass es bei der Quantenverschränkung weder eine Entfernung noch eine zeitliche Begrenzung gibt (ja, ein Teilchen kann in der Vergangenheit mit einem anderen Teilchen verwickelt werden). Mit anderen Worten, wenn Sie nachts hinausgehen und die Sterne betrachten, ist das Licht, das Sie sehen, Photonen von Sternen, die viele Lichtjahre entfernt sind. Nehmen wir an, Sie sehen Betelgeuse, den roten Riesen, der die „rechte Schulter“ der Orion-Konstellation darstellt. Es ist ungefähr 520 Lichtjahre (+/- 73 Jahre) entfernt. Wenn eines dieser Photonen, die auf Ihren Augapfel treffen, mit einem Photon in der kochenden Hölle, die die Oberfläche von Betelgeuse ist, verwickelt ist, hat Ihre Beobachtung des Photons, das auf Ihren Augapfel trifft, nicht nur den Zustand dieses Photons verändert, sondern auch im selben Moment änderte den Zustand seines verschränkten Partnerphotons in der Oberfläche der 520 Lichtjahre entfernten Betelgeuse!

Wechseln Sie verwickelte Partikel von Betelgeuse nur nicht dreimal!

Ist es dir schon komisch genug? Warten Sie - es wird besser!

Okay, wir haben festgestellt, dass die Beobachtung eines Quantenteilchens den Zustand dieses Teilchens ändert. Bist du bereit, dich um den Verstand zu bringen? Was passiert, wenn zwei Personen gleichzeitig dasselbe Partikel beobachten?

An dem Experiment beobachten zwei Personen ein einzelnes Photon, die kleinste quantifizierbare Lichteinheit, die unter verschiedenen Bedingungen entweder als Teilchen oder als Welle wirken kann.
Das Photon kann in einer von zwei Ausrichtungen existieren, aber bis jemand es tatsächlich misst, um festzustellen, welche, soll das Photon in einer Überlagerung existieren - beide Bedingungen sind gleichzeitig wahr.
Im Gedankenexperiment analysiert ein Wissenschaftler leise das Photon und bestimmt seine Ausrichtung.
Ein anderer Wissenschaftler, der die Messung des ersten Wissenschaftlers nicht kennt, kann bestätigen, dass das Photon - und damit die Messung des ersten Wissenschaftlers - immer noch in einer Quantenüberlagerung aller möglichen Ergebnisse existiert.
Infolgedessen erlebte jeder Wissenschaftler eine andere Realität. Beide sind technisch wahr, obwohl sie nicht miteinander übereinstimmen.
Um diese Idee vom Gedankenexperiment in die Realität umzusetzen, wurde ein Versuchsaufbau mit Lasern, Strahlteilern und einer Reihe von sechs Photonen durchgeführt, die mit verschiedenen Geräten gemessen wurden, die für die beiden Wissenschaftler standen.
Andere Forscher haben laut MIT Tech zuvor den Versuchsaufbau entwickelt, aber dies ist das erste Mal, dass es jemandem gelungen ist, das Experiment durchzuführen.

Zwei verschiedene Beobachter, zwei verschiedene Ergebnisse, zwei verschiedene Realitäten ... und beide haben Recht. Dies beweist im Wesentlichen das Gedankenexperiment „Wigner's Friend“, wenn noch jemand noch tiefer ins Unkraut waten will.

Aber es wird noch seltsamer! Hier ist eine Frage: Ist nun, da jeder Wissenschaftler eine andere Realität beobachtet hat, eine noch in derselben Realität wie zuvor? Oder befinden sich beide in Realitäten, die sich (wenn auch unendlich) von der Realität entfernt haben, die sie vor der Beobachtung dieses Photons geteilt haben? Die Sache ist, als die Wissenschaftler jeweils die Zustandsänderung dieses einzelnen Photons beobachteten, geschah das Ereignis nicht im luftleeren Raum, denn alle Materie und Energie bestehen aus Teilchen und Wellen, die sich ständig ändern. Die Beobachtung von Photonen durch Menschen verändert den Zustand dieser Photonen. Ist jedoch eine menschliche Beobachtung erforderlich, damit sich die Zustände von Photonen oder Teilchen ändern?

Von LiveScience.com: "Die Regeln der Quantenphysik besagen, dass ein unbeobachtetes Photon in allen möglichen Zuständen gleichzeitig existiert, aber bei Beobachtung oder Messung nur einen Zustand aufweist."

Bedeutet dies also, dass Quantenteilchen ihren Zustand erst ändern können, wenn sie beobachtet werden? Natürlich nicht.

Die beliebteste Antwort, die zu der Zeit formuliert wurde, als Schrödinger seine Gleichung aufstellte, ist die Kopenhagener Interpretation. Benannt nach der Heimatstadt eines seiner Pioniere, Niels Bohr, heißt es, dass der Zustand eines Teilchens vor der Beobachtung grundsätzlich untrennbar ungewiss ist. Wenn die Wellenfunktion besagt, dass ein Teilchen hier und da sein könnte, dann ist es wirklich hier und da, wie schwer es auch sein mag, es in Bezug auf die Alltagserfahrung zu ergründen. Nur der Blick auf ein Quantenobjekt „kollabiert“ seine Wellenfunktion und stößt es aus einer schattigen Unterwelt in die bestimmte Realität.

Der Artikel beschreibt weiterhin Probleme mit der „Kopenhagener Interpretation“ und beschreibt dann drei Alternativen:

Alternativen zum Kopenhagener Bild lassen sich grob in drei Kategorien einteilen. Zum einen ist das Wellenfunktionsbild keine vollständige Beschreibung der Realität. Jahrzehntelange strenge Experimente haben jedoch gezeigt, dass zusätzliche Schnickschnack schneller als Licht arbeiten müssten, was möglicherweise das grundlegendste Gesetz der Physik bricht. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass der Zusammenbruch der Wellenfunktion überhaupt nicht auftritt. Jedes mögliche Ergebnis einer Beobachtung kommt tatsächlich in einem eigenen Universum zustande. Dies ist die Interpretation „viele Welten“ (siehe „Wer hat Schrödingers Katze getötet?“).
Die Theorie der vielen Welten schafft auch fast so viele philosophische Probleme, wie sie löst, und so begann Sudarsky mit einer dritten Option: Wellenfunktionen sind reale Dinge und kollabieren tatsächlich - aber zufällig von selbst. "So etwas wie eine Messung findet statt, aber ohne dass jemand tatsächlich misst", sagt Sudarsky. Es braucht keinen menschlichen Beobachter, daher wird dieser Prozess als objektiver Zusammenbruch bezeichnet.
Objektiver Zusammenbruch wäre selten, aber fangend. Warten Sie, bis die Wellenfunktion eines einzelnen Partikels zusammenbricht, und warten Sie möglicherweise länger als das Alter des Universums. Gruppieren Sie jedoch viele Partikel, und die Chance steigt schnell an. Bei einigen Milliarden Partikeln müssen Sie möglicherweise nur einige Sekunden warten, bis eine Wellenfunktion zusammenbricht - und damit der Rest ausgelöst wird. (Fettdruck von mir)

Der Autor bevorzugt eindeutig die dritte Alternative und macht ein vernünftiges Argument für ihre Richtigkeit…

… Aber das am Anfang dieses Artikels beschriebene Experiment hat möglicherweise das zweite, die „Interpretation vieler Welten“ (MWI), bewiesen. Schauen Sie sich die fettgedruckten Sätze oben an: Jedes mögliche Ergebnis einer Beobachtung kommt in einem eigenen Universum zustande. Es sollte beachtet werden, dass es verschiedene „Versionen“ von MWI gibt und dass diese spezielle Version von MWI erstmals 1970 von Bryce DeWitt beschrieben wurde. Sie besagt im Wesentlichen, dass alles, was passieren kann, passiert, beginnend auf der Quantenebene (mit Quanten) Teilchen, die ständig in jedem möglichen Zustand existieren) und so jedes einzelne mögliche Ergebnis über der Quantenebene beeinflussen… und dass jeder einzelne Zustand jedes existierenden Quantenteilchens in seiner eigenen Realität existiert. Ja, dies würde bedeuten, dass es eine Realität gibt, in der Stephen King Bestseller-Kinderreime schreibt und Donald Trump, PhD., Ein weltberühmter Astrophysiker / Komiker ist, obwohl er von ALS an einen Rollstuhl gebunden ist. Und er ist mit einem Transgender namens Nancy Pelosi verheiratet und liebt ihn sehr.

Aber warte - es gibt noch mehr! Wenn diese Version von MWI zutrifft, kann es erforderlich sein, dass es für jede unterschiedliche Kombination von Zuständen von Quantenteilchen im Universum eine andere Realität gibt. Mit anderen Worten, das Quantenteilchen Alice hier auf der Erde befindet sich im Zustand 0, während sich das Quantenteilchen Bob in Betelgeuse (oder Andromeda oder wo auch immer) ebenfalls im Zustand 0 befindet, sich aber auch in Zustand 1 verschiebt… und es würde für jedes eine eigene Realität geben Kombination von Alice und Bob, welche Kombinationen noch mehr Zweige der Realität erzeugen würden, wenn Alice oder Bob ihren Zustand wieder ändern. Und dies geschieht mit jedem einzelnen Teilchen oder jeder einzelnen Welle in jedem Moment, in dem ein solches Teilchen oder eine solche Welle ihren Zustand ändert, zumindest seit Beginn des Urknalls.

Wenn dies mehr als lächerlich klingt, schauen Sie noch einmal:

Jetzt haben Massimiliano Proietti und andere Physiker zum ersten Mal dieses berühmte quantenphysikalische Gedankenexperiment für sich selbst durchgeführt, indem sie zwei alternative Realitäten geschaffen und diese beiden Welten dann verglichen haben. Nach ihrem Experiment stellten die Physiker fest, dass Wigner mit seinem Vorschlag, dass zwei Personen sich über die Realitäten, die sie beobachten, nicht einig sein können, absolut richtig waren, und zeigten, dass selbst einfache und objektive Tatsachen nicht vereinbart werden können. (Fettdruck von mir)
Wir sind weit über lächerlich hinausgegangen. Jetzt sind wir kariert! (Entschuldigung an alle, die Spaceballs nicht gesehen haben)

Es gibt noch eine letzte Einschränkung (aus demselben Artikel):… Es ist wichtig zu bedenken, dass diese neue Forschung noch nicht von anderen Wissenschaftlern analysiert wurde, aber zweifellos in Zukunft gründlich untersucht wird.

Es ist also (noch) nicht sicher, aber wenn es überprüft wird, kann es durchaus vorkommen, dass Sie und Ihr Ehepartner und Ihre Kinder sich anziehen und Dr. Donald Trump und seine Ehepartnerin / Betreuerin Nancy Pelosi die Wunder zeigen möchten des Universums von seinem Rollstuhl in einem Planetarium auf der Südseite von Chicago.

PS Ich bin keineswegs ein Wissenschaftler, daher sind alle oben genannten Fehler (egal wie verrückt oder ungeheuerlich) allein meine. Die Schleudern und Pfeile empörender Kommentare werden mit offenen Armen und zusammengebissenen Zähnen begrüßt.