Wigner's Friend ความย้อนแย้งของการวัดในควอนตัม

Wigner's friend คือการทดลองทางความคิดในวิชาฟิสิกส์ควอนตัมเชิงทฤษฎี ซึ่งนำเสนอครั้งแรกโดย Eugene Wigner นักฟิสิกส์ชาวฮังการี-อเมริกันในปี 1961 และได้รับการพัฒนาต่อยอดโดย David Deutsch ในปี 1985 สถานการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการสังเกตการวัดทางควอนตัมทางอ้อม โดยมีผู้สังเกตคนหนึ่ง (Wigner) สังเกตผู้สังเกตอีกคนหนึ่ง (เพื่อนของ Wigner) ที่กำลังทำการวัดระบบทางกายภาพ

ความขัดแย้งในการตีความแบบโคเปนเฮเกน

ภายใต้การตีความแบบโคเปนเฮเกน (Copenhagen interpretation) คำกล่าวของผู้สังเกตทั้งสองจะขัดแย้งกัน ซึ่งสะท้อนถึงความไม่เข้ากันของกฎสองข้อในทฤษฎีควอนตัม ได้แก่:

• วิวัฒนาการของสถานะแบบกำหนดได้ (Deterministic): การเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบปิดที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องตามเวลา
• การยุบตัวของสถานะ (Wave function collapse): การเปลี่ยนแปลงสถานะแบบไม่กำหนดได้และไม่ต่อเนื่องเมื่อมีการวัดเกิดขึ้น

ด้วยเหตุนี้ Wigner's friend จึงเชื่อมโยงโดยตรงกับ ปัญหาการวัด (Measurement Problem) ในกลศาสตร์ควอนตัม เช่นเดียวกับความย้อนแย้งของแมวของชโรดิงเจอร์ (Schrödinger's cat)

รายละเอียดของการทดลองทางความคิด

ธรรมชาติของฟังก์ชันคลื่น

Wigner อธิบายว่าความรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับวัตถุสามารถระบุได้ด้วย ฟังก์ชันคลื่น (Wave function) ซึ่งเป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์ที่ช่วยให้เราทำนายความน่าจะเป็นที่วัตถุจะสร้างความประทับใจหรือการรับรู้แก่ผู้สังเกตเมื่อมีการปฏิสัมพันธ์กัน การสังเกตระบบจะทำให้ฟังก์ชันคลื่นเปลี่ยนแปลงอย่างไม่แน่นอน เนื่องจากความตระหนักรู้ของผู้สังเกตทำให้เกิดการปรับปรุงความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ในอนาคต

ผู้สังเกตที่ถูกสังเกต

ในสถานการณ์นี้ Wigner สมมติว่าเพื่อนของเขาอยู่ในห้องปฏิบัติการและทำการวัดระบบทางกายภาพ (เช่น ระบบสปิน) ซึ่งอยู่ในสถานะซ้อนทับ (Superposition) ระหว่างสถานะ 0 และสถานะ 1

เมื่อเพื่อนของ Wigner วัดระบบ เขาจะได้รับผลลัพธ์อย่างใดอย่างหนึ่ง (0 หรือ 1) และฟังก์ชันคลื่นจะยุบตัวลงสำหรับเขา แต่สำหรับ Wigner ที่อยู่ภายนอกห้องปฏิบัติการ เขามองว่าทั้งเพื่อนและระบบควอนตัมยังคงอยู่ในสถานะซ้อนทับจนกว่าเขาจะเปิดประตูเข้าไปสังเกตเพื่อนของเขาเอง

การขยายผลและการวิพากษ์วิจารณ์

มีการนำเสนอการขยายผลของ Wigner's friend โดยใช้โฟตอนแทนผู้สังเกตในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ถูกวิพากษ์วิจารณ์โดยนักฟิสิกส์อย่าง Lev Vaidman และ Tim Maudlin ซึ่งมองว่าการใช้โฟตอนเป็นผู้สังเกตนั้นไม่สมเหตุสมผล เนื่องจากผู้สังเกตควรเป็นสิ่งที่มีขนาดมหภาค (Macroscopic)