La scienza ha appena dimostrato realtà multiple? Oh, e ora il tempo può tornare indietro. Sul serio.

Ventiquattro ore di epica stranezza nel mondo della fisica quantistica

Ho aspettato una buona occasione per pubblicare questa foto, un ovvio omaggio a Heavy Metal!

Nelle ultime ventiquattro ore sono stati riportati due grandi passi nella fisica quantistica: uno, il MIT Technology Review riporta che la realtà potrebbe non essere obiettiva, che diversi osservatori possono assistere allo stesso evento ed entrambi hanno ragione al 100% su ciò a cui hanno assistito (quindi possibilmente dimostrando l'esistenza di molteplici realtà), e due, Nature riporta che scienziati americani e russi hanno dimostrato che il tempo può scorrere indietro.

Ahi! Sì, il mio cervello hertz, spesso.

Affrontiamo prima l'evento meno importante, la dimostrazione che il tempo può scorrere indietro, presentando così una minaccia esistenziale alla Seconda Legge della Termodinamica di Newton:

La Seconda Legge della Termodinamica afferma che lo stato di entropia dell'intero universo, come sistema isolato, aumenterà sempre nel tempo. La seconda legge afferma inoltre che i cambiamenti nell'entropia nell'universo non possono mai essere negativi.

L'articolo su Nature è un po 'faticoso per i non scienziati come me, quindi Newsweek ha meditatamente chiarito le cose per il resto di noi:

In uno studio pubblicato sulla rivista Scientific Reports, scienziati degli Stati Uniti e della Russia hanno dimostrato sperimentalmente l'inversione del tempo, inviando un qubit da uno stato più complicato a uno più semplice.
L'algoritmo che suggeriscono cambia lo stato quantico sviluppato in modo che inizi a svilupparsi indietro nel tempo. "Facendo questa magia con lo stato di inchiostro sviluppato vedremo che dopo lo stesso tempo (tempo necessario per la dissoluzione dell'inchiostro nell'acqua) l'inchiostro si ricongiungerà nuovamente nella goccia originale", ha detto l'autore dello studio Andrei Lebedev a Newsweek. "Questo è esattamente quello che abbiamo fatto nel nostro lavoro in cui la goccia di inchiostro è uno stato di tre qubit e l'acqua è uno stato di Hilbert del computer quantistico." (Grassetto mio)

Magia, davvero.

A dire il vero, questo studio ha dimostrato questo effetto solo a livello quantico. Finora non vi è alcuna indicazione che questo effetto possa essere duplicato su qualsiasi cosa al di sopra del livello quantico, quindi noi mariti possiamo dimenticare di non dire ciò che abbiamo detto prima di ottenere il trattamento silenzioso dall'inferno. Le ragazze sanno cosa intendo ... ma per i ragazzi che non hanno mai avuto una relazione a lungo termine con una ragazza, imparerai nel modo più duro. Lo facciamo sempre.

Ma sto divagando. Dato che l'effetto è stato visto solo a livello quantico, fino a quando ciò non può essere messo in pratica, dovremmo vederlo nella stessa maniera della scoperta del bosone di Higgs: è incredibile e picchia il "metro freddo" , ma non ancora di valore pratico oltre a quello della comprensione scientifica. O, per dirla in un altro modo:

Non tanto. Ancora.

Secondo me, la più importante delle due scoperte è stata la relazione secondo cui la realtà non è oggettiva, che ciò che un osservatore vede in un evento potrebbe letteralmente trovarsi in una realtà diversa da quella osservata da un secondo osservatore. Spiegare ciò richiede di approfondire le erbacce quantistiche per un po '.

Ricordi il gatto di Schrödinger? Ecco una versione semplificata di WhatIs.com:

Un gatto vivente viene posto in una camera d'acciaio insieme a un martello, una fiala di acido cianidrico e una quantità molto piccola di sostanza radioattiva. Se anche un singolo atomo della sostanza radioattiva decade durante il periodo di prova, un meccanismo a relè farà scattare il martello, che a sua volta romperà la fiala di gas velenoso e causerà la morte del gatto
...
Nell'esperimento, l'osservatore non può sapere se un atomo della sostanza è decaduto o meno e, di conseguenza, non sa se la fiala si è rotta e il gatto è stato ucciso. Secondo la legge quantistica secondo l'interpretazione di Copenaghen, il gatto sarà vivo e morto finché qualcuno non guarderà nella scatola. Nel gergo della meccanica quantistica, la capacità del gatto di essere sia vivo che morto fino a quando non viene osservato viene definita indeterminazione quantistica o paradosso dell'osservatore. La logica alla base del paradosso dell'osservatore è la comprovata capacità di osservazione di influenzare i risultati. (grassetto mio)

Vedi l'ultima frase? È dimostrato che l'osservazione stessa influenza i risultati. Sappiamo anche che quando due particelle vengono intrappolate, quando lo stato di una particella viene modificato dall'osservazione, anche l'altra particella aggrovigliata viene cambiata. Ricorda anche che non esiste un limite di distanza o tempo quando si tratta di entanglement quantistico (sì, una particella può essere intrecciata con un'altra particella in passato). In altre parole, quando esci e guardi le stelle di notte, la luce che vedi sono fotoni di stelle a molti anni luce di distanza. Diciamo che stai guardando Betelgeuse, il gigante rosso che è la "spalla destra" della costellazione di Orione. Sono circa 520 anni luce (+/- 73 ly) di distanza. Se uno di quei fotoni che colpiscono il tuo bulbo oculare è intrappolato con un fotone nell'inferno bollente e bollente che è la superficie di Betelgeuse, allora la tua osservazione del fotone che colpisce il tuo bulbo oculare non solo ha cambiato lo stato di quel fotone, ma anche nello stesso istante ha cambiato lo stato del suo fotone partner impigliato nella superficie di Betelgeuse a 520 anni luce di distanza!

Non cambiare le particelle impigliate da Betelgeuse tre volte!

È abbastanza strano per te ancora? Aspetta, migliora!

Ok, quindi abbiamo stabilito che l'osservazione di una particella quantistica cambia lo stato di quella particella. Pronto a farti saltare in testa? Cosa succede se due persone osservano la stessa particella allo stesso tempo?

L'esperimento coinvolge due persone che osservano un singolo fotone, la più piccola unità di luce quantificabile che può agire come una particella o un'onda in condizioni diverse.
Il fotone può esistere in uno di due allineamenti, ma fino al momento in cui qualcuno lo misura effettivamente per determinare quale, si dice che il fotone esiste in una sovrapposizione - entrambe le condizioni sono vere allo stesso tempo.
Nell'esperimento mentale, uno scienziato analizza tranquillamente il fotone e ne determina l'allineamento.
Un altro scienziato, ignaro della misurazione del primo, è in grado di confermare che il fotone - e quindi la misurazione del primo scienziato - esiste ancora in una sovrapposizione quantica di tutti i possibili risultati.
Di conseguenza, ogni scienziato ha sperimentato una realtà diversa. Entrambi sono tecnicamente veri, anche se non sono d'accordo tra loro.
Portare questa idea dall'esperimento del pensiero alla realtà implicava una configurazione sperimentale con laser, divisori di fascio e una serie di sei fotoni misurati da vari pezzi di equipaggiamento che sostituivano i due scienziati.
Altri ricercatori avevano precedentemente ideato la configurazione sperimentale, secondo la MIT Tech, ma questa è la prima volta che qualcuno è riuscito a portare a termine l'esperimento.

Due osservatori diversi, due risultati diversi, due realtà diverse ... ed entrambi hanno ragione. Ciò dimostra essenzialmente l'esperimento mentale di "Amico di Wigner", se qualcuno vuole ancora approfondire le erbacce.

Ma sta per diventare ancora più strano! Ecco una domanda: ora che ogni scienziato ha osservato una realtà diversa, o si è ancora nella stessa realtà di prima? O sono entrambi in realtà che si sono ramificate (se non in modo infinitesimale) da quella che condividevano prima dell'osservazione di quel fotone? Il fatto è che quando gli scienziati hanno osservato ciascuno il cambiamento di stato di quel singolo fotone, l'evento non si è verificato nel vuoto, poiché tutta la materia e l'energia sono costituite da particelle e onde che cambiano stato continuamente. L'osservazione dei fotoni da parte degli esseri umani cambia lo stato di quei fotoni, ma è necessaria l'osservazione umana affinché gli stati dei fotoni o delle particelle cambino?

Da LiveScience.com: "le regole della fisica quantistica affermano che un fotone non osservato esiste simultaneamente in tutti gli stati possibili ma, se osservato o misurato, mostra solo uno stato".

Quindi questo significa che le particelle quantistiche non possono cambiare stato fino a quando non vengono osservate? Ovviamente no.

La risposta più popolare, formulata nel periodo in cui Schrödinger produsse la sua equazione, è conosciuta come l'interpretazione di Copenaghen. Prende il nome dalla città natale di uno dei suoi pionieri, Niels Bohr, afferma che lo stato di una particella prima dell'osservazione è fondamentalmente, intrinsecamente, insormontabilmente incerto. Se la funzione d'onda dice che una particella potrebbe essere qua e là, allora è davvero qua e là, per quanto difficile sia capire in termini di esperienza quotidiana. Solo l'atto di guardare un oggetto quantistico "collassa" la sua funzione d'onda, spingendolo da un oscuro mondo infernale a una realtà definita.

L'articolo continua descrivendo i problemi con l '"interpretazione di Copenaghen", e quindi descrive tre alternative:

Le alternative al quadro di Copenaghen rientrano sostanzialmente in tre categorie. Uno è che l'immagine della funzione d'onda non è una descrizione completa della realtà. Decenni di rigorosi esperimenti hanno dimostrato, tuttavia, che eventuali campane e fischietti aggiuntivi dovrebbero operare più velocemente della luce, infrangendo forse la legge fondamentale della fisica. Una seconda possibilità è che il collasso della funzione d'onda non avvenga affatto; ogni possibile risultato di un'osservazione avviene effettivamente nel suo universo separato. Questa è l'interpretazione dei "molti mondi" (vedi "Chi ha ucciso il gatto di Schrödinger?").
La teoria dei molti mondi crea anche quasi tutti i problemi filosofici che risolve, quindi Sudarsky iniziò con una terza opzione: che le funzioni d'onda sono cose reali e effettivamente collassano, ma a caso, da sole. "Si verifica qualcosa di simile a una misurazione, ma senza che nessuno esegua effettivamente la misurazione", afferma Sudarsky. Non ha bisogno di un osservatore umano, quindi questo processo è noto come un collasso oggettivo.
...
Il collasso oggettivo sarebbe raro, ma accattivante. Attendi il collasso della funzione d'onda di una singola particella e potresti aspettare più a lungo dell'età dell'universo. Raggruppa molte particelle insieme, tuttavia, e la possibilità aumenta rapidamente. Con qualche miliardo di particelle, potresti dover attendere solo pochi secondi per far crollare una funzione d'onda e per far ripartire il resto. (grassetto mio)

L'autore preferisce chiaramente la terza alternativa e fa un caso ragionevole per la sua veridicità ...

... ma l'esperimento descritto all'inizio di questo articolo potrebbe aver dimostrato la seconda, la "interpretazione dei molti mondi" (MWI). Guarda le frasi in grassetto sopra: ogni possibile risultato di un'osservazione avviene nel suo universo separato. Va notato che ci sono diverse "versioni" di MWI e che questa particolare versione di MWI è stata descritta per la prima volta da Bryce DeWitt nel 1970. In sostanza afferma che tutto ciò che può accadere, accade, a partire dal livello quantico (con quantum particelle che esistono continuamente in ogni stato possibile), e che influenzano così ogni singolo risultato possibile al di sopra del livello quantico ... e che ogni stato diverso di ogni particella quantistica esistente esiste nella sua realtà. Sì, questo significherebbe che esiste una realtà in cui Stephen King scrive filastrocche per bambini più venduti e Donald Trump, PhD., È un astrofisico / comico di fama mondiale anche se è limitato a una sedia a rotelle della SLA. Ed è sposato con un uomo transgender di nome Nancy Pelosi e lo ama molto.

Ma aspetta - c'è di più! Se questa versione di MWI è vera, allora potrebbe essere necessaria una realtà diversa per ogni diversa combinazione di stati di particelle quantistiche nell'universo. In altre parole, la particella quantistica Alice qui sulla terra è nello stato 0, mentre la particella quantistica Bob su in Betelgeuse (o Andromeda o ovunque) è anche nello stato 0, ma si sposta anche sullo stato 1 ... e ci sarebbe una realtà separata per ogni combinazione di Alice e Bob, che combinazioni creerebbero ancora più rami della realtà ogni volta che Alice o Bob cambiassero di nuovo stato. E questo è accaduto con ogni singola particella o onda in ogni istante in cui una tale particella o onda cambia stato, almeno dall'inizio del Big Bang.

Se questo è un suono oltre il ridicolo, guarda di nuovo:

Ora per la prima volta, Massimiliano Proietti e altri fisici hanno eseguito questo famoso esperimento di pensiero di fisica quantistica creando due realtà alternative e poi confrontando questi due mondi. Dopo il loro esperimento, i fisici hanno stabilito che Wigner aveva assolutamente ragione nel suggerire che due persone non erano d'accordo sulle realtà a cui stanno assistendo, dimostrando che non è possibile concordare nemmeno fatti semplici e oggettivi. (grassetto mio)
Siamo andati oltre il ridicolo. Ora siamo diventati plaid! (scusa con chiunque non abbia visto Spaceballs)

C'è un ultimo avvertimento (dallo stesso articolo): ... è importante ricordare che questa nuova ricerca non è ancora stata analizzata da altri accademici, ma sarà sicuramente studiata a fondo in futuro.

Quindi non è certo (ancora), ma se è verificato, potrebbe benissimo esserci una realtà in cui tu, il tuo coniuge e i vostri figli vi state vestendo, desiderosi di andare a vedere il Dr. Donald Trump e la sua consorte / badante Nancy Pelosi mostrarvi le meraviglie dell'universo dalla sua sedia a rotelle in un planetario sul lato sud di Chicago.

Post scriptum Non sono uno scienziato in alcun modo, quindi tutti gli errori sopra (non importa quanto folli o egregi) siano i miei soli. Le imbragature e le frecce dei commenti oltraggiosi sono accolte a braccia aperte e denti stretti.