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

24 Stunden epische Verrücktheit in der Welt der Quantenphysik

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

In der Quantenphysik wurden in den letzten vierundzwanzig Stunden zwei große Fortschritte gemacht: Erstens berichtet MIT Technology Review, dass die Realität nicht objektiv sein kann, dass verschiedene Beobachter dasselbe Ereignis miterleben können und beide zu 100% Recht haben, was sie gesehen haben möglicherweise beweisen das Vorhandensein mehrerer Realitäten) und zwei Berichte von Nature, dass Wissenschaftler in Amerika und Russland gezeigt haben, dass die Zeit rückwärts laufen kann.

Ow! Ja, mein Gehirn Hertz häufig.

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

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass der Zustand der Entropie 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 Nicht-Wissenschaftler wie ich ein bisschen ein Sog, daher machte Newsweek die Dinge für den Rest von uns nachdenklich klarer:

In einer in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Studie haben Wissenschaftler aus den USA und Russland experimentell die Zeitumkehr demonstriert - ein Qubit aus einem komplizierteren in einen einfacheren Zustand versetzt.
Der Algorithmus, den sie vorschlagen, verändert den Zustand des Quanten, so dass er sich in der Zeit zurückentwickelt. "Wenn wir diese Zauberei mit dem entwickelten Tintenzustand durchführen, werden wir sehen, dass sich die Tinte nach der gleichen Zeit (Zeit, die für das Auflösen der Tinte im Wasser erforderlich ist) wieder im ursprünglichen Tropfen vereinigen wird", sagte der Studienautor Andrei Lebedev gegenüber Newsweek. "Das ist genau das, was wir in unserer Arbeit gemacht haben, wo der Tintentropfen aus drei Qubits besteht und das Wasser ein Hilbert-Zustand des Quantencomputers ist."

Magie in der Tat.

Allerdings hat diese Studie diesen Effekt nur auf der Quantenebene gezeigt. Bislang gibt es keinen Hinweis darauf, dass dieser Effekt auf etwas über dem Quantenniveau wiederholt werden kann, sodass wir Ehemänner vergessen können, das Wirklich Dummes Ding, das wir gesagt haben, zu enttäuschen, bevor wir die stille Behandlung aus der Hölle bekommen. Mädchen wissen, was ich meine… aber für Jungs, die noch nie in einer langfristigen Beziehung zu einem Mädchen waren, lernen Sie es auf die harte Tour. Wir machen immer

Aber ich schweife ab. Da der Effekt nur auf der Quantenebene beobachtet wurde, sollte er bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er in die Praxis umgesetzt werden kann, in der gleichen Richtung gesehen werden wie die Entdeckung des Higgs-Bosons: Es ist unglaublich und es ist das "cool meter". aber noch nicht von praktischem Wert über das wissenschaftliche Verständnis hinaus. Oder anders ausgedrückt:

Nicht viel. Noch.

Meiner Meinung nach war der wichtigste der beiden Entdeckungen der Bericht, dass die Realität nicht objektiv ist und dass das, was ein Beobachter in einem Ereignis sieht, sich buchstäblich in einer anderen Realität befinden kann, als dies bei einem zweiten Beobachter der Fall war. Um dies zu erklären, muss man für eine Weile tief in die Quantenunkräuter gehen.

Erinnern Sie sich an Schrödingers Katze? Hier ist eine vereinfachte Version von WhatIs.com:

Eine lebende Katze wird zusammen mit einem Hammer, einer Durchstechflasche Blausäure und einer sehr geringen Menge radioaktiver Substanz in eine Stahlkammer gestellt. Wenn selbst ein einzelnes Atom der radioaktiven Substanz während des Testzeitraums zerfällt, wird der Hammer durch einen Relaismechanismus ausgelöst, der wiederum das Fläschchen mit giftigem Gas zerstört und die Katze zum Absterben bringt
In dem Experiment kann der Beobachter nicht wissen, ob ein Atom der Substanz zerfallen ist oder nicht, und weiß daher nicht, ob die Phiole zerbrochen ist und die Katze getötet wurde. Nach dem Quantengesetz unter der Kopenhagener Interpretation wird die Katze tot und lebendig sein, bis jemand in die Kiste schaut. In der quantenmechanischen Sprache wird die Fähigkeit der Katze, bis zu ihrer Beobachtung sowohl lebendig als auch tot zu sein, als Quantenunbestimmtheit oder das Paradox des Beobachters bezeichnet. Die Logik hinter dem Paradox des Beobachters ist die nachgewiesene Fähigkeit der Beobachtung, die Ergebnisse zu beeinflussen. (fett meine

Sehen Sie den letzten Satz? Es ist erwiesen, dass die Beobachtung selbst die Ergebnisse beeinflusst. Wir wissen auch, dass, wenn zwei Teilchen verschlungen werden, der Zustand eines Teilchens durch Beobachtung verändert wird, auch das andere verschränkte Teilchen geändert wird. Denken Sie auch daran, dass es keine Begrenzung hinsichtlich der Entfernung oder der Zeit gibt, wenn es um die Quantenverschränkung geht (ja, ein Teilchen kann mit einem anderen Teilchen in der Vergangenheit verschränkt sein). Mit anderen Worten, wenn Sie nachts die Sterne betrachten, sind das Licht, das Sie sehen, Photonen von Sternen, die viele Lichtjahre entfernt sind. Angenommen, Sie betrachten Betelgeuse, den roten Riesen, der die „rechte Schulter“ der Orion-Konstellation darstellt. Es ist ungefähr 520 Lichtjahre (+/- 73 ly) entfernt. Wenn eines dieser Photonen, die auf Ihren Augapfel treffen, mit einem Photon in der brodelnden Hölle, der Oberfläche von Betelgeuse, verwickelt ist, hat Ihre Beobachtung, dass das Photon Ihren Augapfel trifft, nicht nur den Zustand dieses Photons geändert, sondern auch im selben Moment veränderte den Zustand seines verwickelten Partnerphotons in der Oberfläche von Betelgeuse 520 Lichtjahre entfernt!

Wechseln Sie nicht dreimal die verwickelten Partikel von Betelgeuse!

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

Okay, wir haben festgestellt, dass die Beobachtung eines Quantenteilchens den Zustand dieses Teilchens ändert. Bist du bereit, deine Gedanken zu wecken? Was passiert, wenn zwei Personen das gleiche Teilchen gleichzeitig beobachten?

Das Experiment umfasst zwei Personen, die ein einzelnes Photon beobachten, 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 zu dem Zeitpunkt, an dem jemand tatsächlich misst, um zu bestimmen, welches Photon überlagert sein soll, gelten beide Bedingungen gleichzeitig.
Im Gedankenexperiment analysiert ein Wissenschaftler das Photon leise und bestimmt seine Ausrichtung.
Ein anderer Wissenschaftler, der die erste Messung nicht kennt, kann bestätigen, dass das Photon und damit die erste Messung des Wissenschaftlers in einer Quantenüberlagerung aller möglichen Ergebnisse noch vorhanden ist.
Infolgedessen erlebte jeder Wissenschaftler eine andere Realität. Beide sind technisch richtig, auch wenn sie nicht miteinander einverstanden sind.
Um diese Idee vom Gedankenexperiment in die Realität umzusetzen, wurde ein experimenteller Aufbau mit Lasern, Strahlteilern und einer Serie von sechs Photonen durchgeführt, die von verschiedenen Geräten gemessen wurden, die für die beiden Wissenschaftler standen.
Laut MIT Tech haben andere Forscher zuvor den Versuchsaufbau entwickelt, aber es ist das erste Mal, dass es jemandem gelungen ist, das Experiment durchzuführen.

Zwei verschiedene Beobachter, zwei unterschiedliche Ergebnisse, zwei unterschiedliche Realitäten… und beide haben recht. Dies beweist im Wesentlichen das Gedankenexperiment „Wigner´s Friend“, wenn jemand noch tiefer ins Unkraut gehen möchte.

Aber es wird jetzt noch merkwürdiger! Hier ist eine Frage: Jetzt, wo jeder Wissenschaftler eine andere Realität beobachtete, ist eine der beiden immer noch in derselben Realität wie zuvor? Oder gibt es beides in Realitäten, die sich (wenn auch unendlich klein) von derjenigen verzweigen, die sie vor der Beobachtung dieses Photons gemeinsam hatten? Die Sache ist, als die Wissenschaftler jeweils die Zustandsänderung dieses einzelnen Photons beobachteten, fand das Ereignis nicht im Vakuum statt, denn Materie und Energie bestehen aus Teilchen und Wellen, die sich ständig ändern. Die Beobachtung von Photonen durch den Menschen verändert den Zustand dieser Photonen, aber ist eine menschliche Beobachtung erforderlich, damit sich die Zustände von Photonen oder Teilchen ändern können?

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

Bedeutet das also, dass Quantenpartikel ihren Zustand nicht ändern können, bis sie beobachtet werden? Natürlich nicht.

Die populärste Antwort, die zu der Zeit formuliert wurde, als Schrödinger seine Gleichung herstellte, wird als Kopenhagener Interpretation bezeichnet. Benannt nach der Heimatstadt eines seiner Pioniere, Niels Bohr, heißt es, dass der Zustand eines Teilchens vor der Beobachtung grundsätzlich, an sich unüberwindbar, unsicher ist. Wenn die Wellenfunktion sagt, dass ein Teilchen hier und dort sein könnte, dann ist es wirklich hier und dort, egal wie schwer es in Bezug auf die Alltagserfahrung zu ergründen ist. Nur der Blick auf ein Quantenobjekt "bricht" seine Wellenfunktion zusammen und rüttelt es aus einer schattigen Unterwelt in eine bestimmte Realität.

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

Die Alternativen zum Kopenhagener Bild lassen sich grob in drei Kategorien einteilen. Zum einen ist das Wellenfunktionsbild keine vollständige Beschreibung der Realität. Jahrzehntelange rigorose Experimente haben jedoch gezeigt, dass zusätzliches Schnickschnack schneller als Licht funktionieren müsste und möglicherweise das grundlegendste Gesetz der Physik brach. Eine zweite Möglichkeit ist, 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, 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, ohne dass jemand tatsächlich misst", sagt Sudarsky. Es ist kein menschlicher Beobachter erforderlich, daher wird dieser Prozess als objektiver Zusammenbruch bezeichnet.
Ein objektiver Zusammenbruch wäre selten, aber fesselnd. Warten Sie, bis die Wellenfunktion eines einzelnen Partikels zusammenbricht, und Sie könnten länger als das Alter des Universums warten. Gruppieren Sie jedoch viele Partikel, und die Chance eskaliert schnell. Bei einigen Milliarden Teilchen müssen Sie möglicherweise nur ein paar Sekunden warten, bis eine Wellenfunktion zusammenbricht - und damit den Rest auslösen. (fett meine

Der Autor zieht eindeutig die dritte Alternative vor und spricht für seine Richtigkeit…

… Aber das Experiment, das zu Beginn dieses Artikels beschrieben wurde, mag das zweite, die „Many Worlds Interpretation“ (MWI), bewiesen haben. Schauen Sie sich die fettgedruckten Sätze 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 bestimmte Version von MWI 1970 erstmals von Bryce DeWitt beschrieben wurde. Im Wesentlichen heißt es, dass alles, was passieren kann, auf der Quantenebene (mit Quantum) geschieht Teilchen, die in jedem möglichen Zustand beständig vorhanden sind, und beeinflusst somit jedes einzelne mögliche Ergebnis oberhalb des Quantenniveaus… und dass jeder einzelne Zustand jedes vorhandenen Quantenpartikels in seiner eigenen Realität existiert. Ja, das würde bedeuten, dass es eine Realität gibt, in der Stephen King die meistverkauften Kinderreime für Kinder schreibt und Donald Trump, PhD. 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 Kombination von Zuständen von Quantenteilchen im Universum eine andere Realität gibt. Mit anderen Worten, das Quantenpartikel Alice hier auf der Erde befindet sich im Zustand 0, während das Quantenpartikel Bob in Betelgeuse (oder Andromeda oder wo auch immer) ebenfalls im Zustand 0 ist, aber auch in den Zustand 1 übergeht Kombination von Alice und Bob, welche Kombinationen würden immer mehr Realitätszweige schaffen, wenn sich Alice oder Bob erneut ändern. Und dies hat mit jedem einzelnen Teilchen oder jeder Welle zu jedem Zeitpunkt gelaufen, in dem sich ein solches Teilchen oder jede Welle ändert, zumindest seit dem Beginn des Urknalls.

Wenn das Geräusche jenseits von lächerlich klingt, schauen Sie noch einmal:

Zum ersten Mal haben Massimiliano Proietti und andere Physiker dieses berühmte Quantenphysik-Gedankenexperiment für sich selbst durchgeführt, indem sie zwei alternative Realitäten erschaffen und diese beiden Welten miteinander vergleichen. Nach ihrem Experiment stellten die Physiker fest, dass Wigner mit seinem Vorschlag, dass zwei Personen hinsichtlich der von ihnen bezeugten Realitäten nicht einverstanden sind, absolut richtig war, und zeigen, dass sogar einfache und objektive Tatsachen nicht vereinbart werden können. (fett meine
Wir sind weit weg von lächerlich. Jetzt haben wir Plaid! (entschuldigt sich bei jedem, der Spaceballs nicht gesehen hat)

Es gibt noch einen letzten Vorbehalt (aus demselben Artikel):… Es ist wichtig zu bedenken, dass diese neue Forschung noch nicht von anderen Wissenschaftlern analysiert wurde, aber in der Zukunft sicherlich gründlich untersucht wird.

So ist es (noch) nicht sicher, aber wenn es bestätigt wird, kann es durchaus eine Realität geben, in der Sie und Ihr Ehepartner und Ihre Kinder sich anziehen, und Dr. Donald Trump und seine Ehefrau / Bezugsperson Nancy Pelosi zeigen Ihnen die Wunder des Universums von seinem Rollstuhl in einem Planetarium auf der Südseite von Chicago.

P.S. Ich bin auf keinen Fall ein Wissenschaftler, daher sind alle oben genannten Fehler (egal wie unanständig oder ungeheuerlich) meine allein sind. Die Schleudern und Pfeile unerhörter Kommentare werden mit offenen Armen und zusammengebissenen Zähnen begrüßt.