Gearoid Hayes / Flickr, CC BY-SA
Alternative fakta er spreder sig som en virus på tværs af samfundet. Nu ser det ud til, at de endda har inficeret videnskab - i det mindste kvanteområdet. Dette kan virke kontraintuitivt. Den videnskabelige metode er trods alt baseret på de pålidelige forestillinger om observation, måling og repeterbarhed. En kendsgerning, som fastlagt ved en måling, skal være objektiv, således at alle observatører kan være enige i den.
Men i et papir for nylig offentliggjort i Science Advances, vi viser, at to forskellige observatører har ret til deres egne fakta i mikroverdenen af atomer og partikler, der styres af kvantemekanikens underlige regler. Med andre ord, ifølge vores bedste teori om selve naturens byggesten kan fakta faktisk være subjektive.
Observatører er magtfulde spillere i kvanteverdenen. Ifølge teorien kan partikler være flere steder eller tilstande på én gang - dette kaldes en superposition. Men underligt er dette kun tilfældet, når de ikke observeres. Det andet du observerer et kvantesystem, vælger det en bestemt placering eller tilstand - der bryder superpositionen. Det faktum, at naturen opfører sig sådan, er blevet bevist flere gange i laboratoriet - for eksempel i det berømte dobbelt spalt eksperiment (se video nedenfor).
{vembed Y=A9tKncAdlHQ}
I 1961 fysiker Eugene Wigner foreslog et provokerende tankeeksperiment. Han stillede spørgsmålstegn ved, hvad der ville ske, når man anvender kvantemekanik på en observatør, der selv observeres.
Forestil dig, at en ven af Wigner kaster en kvantemønt - som er i en superposition af både hoveder og haler - inde i et lukket laboratorium. Hver gang venen kaster mønten, ser de et bestemt resultat. Vi kan sige, at Wigners ven fastslår en kendsgerning: resultatet af møntkastet er bestemt hoved eller hale.
Wigner har ikke adgang til denne kendsgerning udefra, og ifølge kvantemekanik skal han beskrive ven og mønt for at være i en superposition af alle mulige resultater af eksperimentet. Det er fordi de er "viklet ind" - uhyggeligt forbundet så hvis du manipulerer den ene, manipulerer du også den anden. Wigner kan nu i princippet verificere denne superposition ved hjælp af en såkaldt “interferens eksperiment”- en type kvantemåling, der giver dig mulighed for at fjerne superpositionen af et helt system, hvilket bekræfter, at to objekter er viklet ind.
Når Wigner og venen sammenligner noter senere, vil venen insistere på, at de så bestemte resultater for hver møntkast. Wigner vil imidlertid være uenig, når han observerer ven og mønt i en superposition.
Dette udgør et gåde. Virkeligheden, som venen opfatter, kan ikke forenes med virkeligheden udefra. Wigner betragtede oprindeligt ikke så meget som et paradoks, han argumenterede for, at det ville være absurd at beskrive en bevidst iagttager som et kvanteobjekt. Men han senere fravigede denne opfattelse, og ifølge formelle lærebøger om kvantemekanik, beskrivelsen er perfekt gyldig.
Eksperimentet
Scenariet har længe været et interessant tankeeksperiment. Men afspejler det virkeligheden? Videnskabeligt har der været få fremskridt med dette indtil for nylig, når ?aslav Brukner ved universitetet i Wien viste, at Wigners idé under visse antagelser kan bruges til formelt at bevise at målinger i kvantemekanik er subjektive for observatører.
Brukner foreslog en måde at teste denne opfattelse på ved at oversætte Wigners venscenarie til en ramme først etableret af fysikeren John Bell i 1964. Brukner betragtede to par Wigners og venner i to separate kasser, der udførte målinger i en delt tilstand - inden i og uden for deres respektive kasse. Resultaterne kan opsummeres for i sidste ende at blive brugt til at evaluere en såkaldt “Bell ulighed”. Hvis denne ulighed krænkes, kunne observatører have alternative kendsgerninger.
Vi har nu for første gang udført denne test eksperimentelt på Heriot-Watt University i Edinburgh på en lille kvantecomputer, der består af tre par sammenfiltrede fotoner. Det første fotonpar repræsenterer mønterne, og de to andre bruges til at udføre møntkastet - måling af fotonernes polarisering - inden i deres respektive boks. Uden for de to kasser forbliver to fotoner på hver side, som også kan måles.
Forskere med eksperiment. Forfatter leveret
På trods af brug af avanceret kvanteteknologi tog det uger at indsamle tilstrækkelige data fra kun seks fotoner til at generere nok statistikker. Men til sidst lykkedes det os at vise, at kvantemekanik muligvis var uforenelig med antagelsen om objektive fakta - vi krænkede uligheden!
Teorien er dog baseret på et par antagelser. Disse inkluderer, at måleresultaterne ikke påvirkes af signaler, der bevæger sig over lyshastighed, og at observatører frit kan vælge, hvilke målinger der skal foretages. Det kan måske være tilfældet.
Et andet vigtigt spørgsmål er, om enkeltfotoner kan betragtes som observatører. I Brukners teoriforslag behøver observatører ikke at være bevidste, de skal blot være i stand til at fastslå fakta i form af et måleresultat. En livløs detektor ville derfor være en gyldig observatør. Og lærebogs kvantemekanik giver os ingen grund til at tro, at en detektor, der kan gøres så lille som et par atomer, ikke skal beskrives som et kvanteobjekt ligesom et foton. Det kan også være muligt, at standard kvantemekanik ikke finder anvendelse i skalaer med stor længde, men testning er et separat problem.
Der kan være mange verdener derude. Nikk / Flickr, CC BY-SA
Dette eksperiment viser derfor, at vi i det mindste for lokale modeller for kvantemekanik er nødt til at genoverveje vores forestilling om objektivitet. De fakta, vi oplever i vores makroskopiske verden, ser ud til at forblive sikre, men et stort spørgsmål opstår, hvordan eksisterende fortolkninger af kvantemekanik kan rumme subjektive fakta.
Nogle fysikere ser disse nye udviklinger som styrkende fortolkninger, der tillader mere end et resultat at forekomme for en observation, for eksempel eksistensen af parallelle universer hvor hvert resultat sker. Andre ser det som overbevisende bevis for iboende observatørafhængige teorier som f.eks Kvantebaysianisme, hvor en agents handlinger og oplevelser er centrale teorier. Men endnu en gang tager dette som en stærk pointer, som kvantemekanik måske bryder ned over visse kompleksitetsskalaer.
Det er klart, at dette alle er dybt filosofiske spørgsmål om virkelighedens grundlæggende natur. Uanset svaret venter en interessant fremtid.
Om forfatterne
Alessandro Fedrizzi, professor i kvantefysik, Heriot-Watt University og Massimiliano Proietti, ph.d.-kandidat for kvantefysik, Heriot-Watt University
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.
Bøger om forbedring af ydeevne fra Amazons bestsellerliste
"Peak: Secrets from the New Science of Expertise"
af Anders Ericsson og Robert Pool
I denne bog trækker forfatterne på deres forskning inden for ekspertiseområdet for at give indsigt i, hvordan nogen kan forbedre deres præstationer på ethvert område af livet. Bogen tilbyder praktiske strategier til udvikling af færdigheder og opnåelse af mestring med fokus på bevidst praksis og feedback.
Klik for mere info eller for at bestille
"Atomic Habits: En nem og gennemprøvet måde at opbygge gode vaner og bryde dårlige"
af James Clear
Denne bog tilbyder praktiske strategier til at opbygge gode vaner og bryde dårlige, med fokus på små ændringer, der kan føre til store resultater. Bogen trækker på videnskabelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for at give brugbare råd til alle, der ønsker at forbedre deres vaner og opnå succes.
Klik for mere info eller for at bestille
"Mindset: The New Psychology of Success"
af Carol S. Dweck
I denne bog udforsker Carol Dweck begrebet tankegang, og hvordan det kan påvirke vores præstationer og succes i livet. Bogen giver indsigt i forskellen mellem et fast mindset og et growth mindset og giver praktiske strategier til at udvikle et growth mindset og opnå større succes.
Klik for mere info eller for at bestille
"Vanens magt: hvorfor vi gør, hvad vi gør i livet og erhvervslivet"
af Charles Duhigg
I denne bog udforsker Charles Duhigg videnskaben bag vanedannelse, og hvordan den kan bruges til at forbedre vores præstationer på alle områder af livet. Bogen tilbyder praktiske strategier til at udvikle gode vaner, bryde dårlige og skabe varig forandring.
Klik for mere info eller for at bestille
"Smarter Faster Better: The Secrets of Being Productive in Life and Business"
af Charles Duhigg
I denne bog udforsker Charles Duhigg videnskaben om produktivitet, og hvordan den kan bruges til at forbedre vores præstationer på alle områder af livet. Bogen trækker på eksempler fra den virkelige verden og forskning for at give praktiske råd til at opnå større produktivitet og succes.
