Eksperyment fizyczny opublikowany w tym roku, który — według autorów — zmierzył pojedynczy foton będący jednocześnie w dwóch miejscach i w ten sposób podważył koncepcję multiwszechświata, spotkał się ze znacznym sceptycyzmem ze strony wielu fizyków. Mimo krytyki, zespół stojący za demonstracją podtrzymuje swoje wnioski.
W maju Holger Hofmann z Uniwersytetu w Hiroszimie i jego współpracownicy przedstawili wyniki zmodyfikowanej wersji słynnego eksperymentu z dwiema szczelinami, które – jak twierdzą – pokazały, że pojedyncze fotony bywają „delokalizowane”, czyli trudno je przypisać do jednego, konkretnego miejsca. Autorzy określają to jako bezpośrednie obserwowanie fotonu rozciągniętego w przestrzeni.
Aby zrozumieć wagę tych wyników, warto przypomnieć kontekst historyczny: oryginalny eksperyment z dwiema szczelinami z 1801 roku wykazał, że światło padające na ekran po przejściu przez dwie ciasne szczeliny tworzy wzór interferencyjny charakterystyczny dla fal. Wzór ten zachowuje się nawet wtedy, gdy fotony wysyłane są pojedynczo, co wielu fizyków interpretuje jako dowód falowej natury pojedynczych fotonów. Jednak nadal toczy się ożywiona debata na temat tego, co dokładnie dzieje się z pojedynczym fotonem i co w rzeczywistości mierzymy.
W opisie kwantowym „falowość” odnosi się do funkcji falowej – matematycznego zapisu wszystkich możliwych miejsc, w których może się znaleźć cząstka. Te możliwości nakładają się na siebie, tworząc tzw. superpozycję, która trwa do momentu pomiaru. Większość fizyków uważa, że akt pomiaru powoduje zapadnięcie funkcji falowej z superpozycji do jednego, określonego wyniku.
Jednym z interpretacyjnych sposobów tłumaczenia takich superpozycji jest założenie, że istnieje wiele nakładających się wersji wszechświata, w których cząstka podąża różnymi drogami, a fale pochodzące z tych „równoległych” rzeczywistości interferują ze sobą. To podejście znane jest jako interpretacja wielu światów (many‑worlds).
Hofmann i jego zespół twierdzą jednak, że ich eksperyment dostarcza bezpośredniego dowodu na to, iż foton przemieszcza się przez obie szczeliny jednocześnie. Z tego punktu widzenia funkcja falowa nie jest tylko wygodnym narzędziem matematycznym, lecz wskazuje na rzeczywisty stan fizyczny układu, co — według autorów — osłabia argumenty przemawiające za koniecznością odwoływania się do multiwszechświata.
Wielu fizyków kwestionuje jednak takie wnioski, podkreślając, że wyniki otrzymane jako statystyka powtarzanych pomiarów niekoniecznie pozwalają wnioskować o losach pojedynczej cząstki w pojedynczym eksperymencie. „Uważam, że nie można formułować pewnych twierdzeń o pojedynczym fotonie na podstawie takiego podejścia” — mówi Andrew Jordan z Chapman University w Kalifornii, wskazując na ograniczenia metody analizy statystycznej.
Autorzy spodziewali się krytyki, zwłaszcza że ich technika pomiarowa zawiera elementy częściowo nowe dla tej dziedziny. „Wchodzimy w czyjeś buty” — mówi Hofmann, odnosząc się do tego, że wiele interpretacji mechaniki kwantowej opiera się na założeniu, iż wartości mierzone i ich formalne interpretacje odpowiadają rzeczywistości. Interpretacja wielu światów jest, według niego, skrajną konsekwencją takiego założenia. Hofmann dodaje, że ich wyniki sugerują, iż funkcja falowa jako realistyczna reprezentacja stanu jest przeszacowana, a jedyną pewną rzeczywistością jest to, co da się zmierzyć.
Zespół Hofmanna napotkał trudności z publikacją artykułu w czasopiśmie naukowym, ale naukowcy byli zapraszani do prezentacji wyników w innych grupach badawczych i nadal rozwijają swoje podejście. Jak zauważa Hofmann, spodziewał się oporu: zmiana poglądów w nauce wymaga czasu i konsekwentnego przekonywania środowiska dowodami empirycznymi.
