Phillip Hopkins
0 
4189
430
Alternative fakta sprer seg som et virus over hele samfunnet. Nå ser det ut til at de til og med har smittet vitenskapen - i det minste kvanteområdet. Dette kan virke motsatt intuitivt. Den vitenskapelige metoden er tross alt basert på pålitelige forestillinger om observasjon, måling og repeterbarhet. Et faktum, som etablert ved en måling, bør være objektivt, slik at alle observatører kan være enige i det.
Men i en artikkel som nylig ble publisert i Science Advances, viser vi at i mikroverdenen til atomer og partikler som er styrt av kvantemekanikkens rare regler, har to forskjellige observatører rett til sine egne fakta. I henhold til vår beste teori om selve naturens byggesteiner, kan fakta faktisk være subjektive.
Observatører er mektige aktører i kvanteverdenen. I følge teorien kan partikler være flere steder eller tilstander samtidig - dette kalles en superposisjon. Men merkelig nok er dette bare tilfelle når de ikke blir observert. Det andre du observerer et kvantesystem, velger det et bestemt sted eller tilstand - og bryter superposisjonen. At naturen oppfører seg på denne måten, er blitt påvist flere ganger i laboratoriet - for eksempel i det berømte dobbeltspalteeksperimentet.
I slekt: De 18 største uløste mysteriene i fysikk
I 1961 foreslo fysiker Eugene Wigner et provoserende tankeeksperiment. Han stilte spørsmål ved hva som ville skje når man anvender kvantemekanikk til en observatør som selv blir observert. Se for deg at en venn av Wigner kaster en kvantemynt - som ligger i en superposisjon av både hoder og haler - inne i et lukket laboratorium. Hver gang vennen kaster mynten, observerer de et klart resultat. Vi kan si at Wigners venn konstaterer et faktum: resultatet av myntkastet er definitivt hode eller hale.
Wigner har ikke tilgang til dette faktum utenfra, og i følge kvantemekanikk må han beskrive vennen og mynten for å være i en superposisjon av alle mulige utfall av eksperimentet. Det er fordi de er "sammenfiltret" - nøkternt koblet slik at hvis du manipulerer den ene, manipulerer du den andre. Wigner kan nå i prinsippet bekrefte denne superposisjonen ved å bruke et såkalt "interferenseksperiment" - en type kvantemåling som lar deg avdekke superposisjonen til et helt system, og bekrefte at to objekter er viklet inn.
Når Wigner og vennen sammenligner notater senere, vil vennen insistere på at de så klare utfall for hver myntkast. Wigner vil imidlertid være uenig hver gang han observerte venn og mynt i en superposisjon.
Dette gir en krangel. Virkeligheten som vennen oppfatter, kan ikke forenes med virkeligheten på utsiden. Wigner vurderte opprinnelig ikke så mye som et paradoks, han hevdet det ville være absurd å beskrive en bevisst observatør som et kvanteobjekt. Imidlertid gikk han senere bort fra dette synet, og i henhold til formelle lærebøker om kvantemekanikk er beskrivelsen fullstendig gyldig.
Eksperimentet
Scenariet har lenge vært et interessant tankeeksperiment. Men gjenspeiler det virkeligheten? Vitenskapelig har det vært liten fremgang på dette før ganske nylig, da Časlav Brukner ved Universitetet i Wien viste at Wigners idé under visse forutsetninger kan brukes til å formelt bevise at målinger i kvantemekanikk er subjektiv for observatører..
Brukner foreslo en måte å teste denne forestillingen ved å oversette Wigners vennscenario til et rammeverk som først ble opprettet av fysikeren John Bell i 1964. Brukner vurderte to par Wigners og venner, i to separate bokser, og utførte målinger på delt tilstand - inne og utenfor deres respektive boks. Resultatene kan oppsummeres for til slutt å bli brukt til å evaluere en såkalt "Bell-ulikhet". Hvis denne ulikheten krenkes, kan observatører ha alternative fakta.
Vi har nå for første gang utført denne testen eksperimentelt ved Heriot-Watt University i Edinburgh på en liten skala datamaskin som består av tre par sammenfiltrede fotoner. Det første fotonparet representerer myntene, og de to andre brukes til å utføre myntkastet - måling av polarisering av fotonene - inne i deres respektive kasse. Utenfor de to boksene blir det igjen to fotoner på hver side som også kan måles.
Til tross for bruk av avansert kvanteteknologi, tok det flere uker å samle inn tilstrekkelige data fra bare seks fotoner for å generere nok statistikk. Men etter hvert lyktes vi med å vise at kvantemekanikk faktisk kunne være uforenlig med antagelsen av objektive fakta - vi krenket ulikheten.
Teorien er imidlertid basert på noen få antakelser. Disse inkluderer at måleutfallene ikke påvirkes av signaler som beveger seg over lyshastigheten, og at observatørene står fritt til å velge hvilke målinger de skal gjøre. Det kan være eller ikke.
Et annet viktig spørsmål er om enkeltfotoner kan betraktes som observatører. I Brukners teoriforslag trenger ikke observatører være bevisste, de må bare være i stand til å etablere fakta i form av et måleresultat. En livløs detektor vil derfor være en gyldig observatør. Og lærebokkvantemekanikk gir oss ingen grunn til å tro at en detektor, som kan gjøres så liten som noen få atomer, ikke bør beskrives som et kvanteobjekt akkurat som et foton. Det kan også være mulig at standard kvantemekanikk ikke gjelder i stor skala, men testing som er et eget problem.
Dette eksperimentet viser derfor at vi, i hvert fall for lokale modeller for kvantemekanikk, må tenke nytt om forestillingen om objektivitet. Fakta vi opplever i vår makroskopiske verden ser ut til å forbli trygge, men et hovedspørsmål oppstår om hvordan eksisterende tolkninger av kvantemekanikk kan imøtekomme subjektive fakta.
Noen fysikere ser på denne nye utviklingen som styrking av tolkninger som gjør at mer enn ett resultat kan skje for en observasjon, for eksempel eksistensen av parallelle universer der hvert utfall skjer. Andre ser det som overbevisende bevis for iboende-avhengige teorier som Quantum Bayesianism, der en agent sine handlinger og erfaringer er sentrale bekymringer for teorien. Men enda andre tar dette som en sterk peker på at kanskje kvantemekanikk vil bryte ned over visse kompleksitetsskalaer.
Det er klart dette er dypt filosofiske spørsmål om virkelighetens grunnleggende natur. Uansett svar, venter en interessant fremtid.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert kl Samtalen. Publikasjonen bidro artikkelen til Ekspertstemmer: Op-Ed & Insights.