Tilbage i 1961 skitserede fysiker og nobelprisvinder Eugene Wigner et tankeeksperiment, der demonstrerede et af de mindst kendte paradokser inden for kvantemekanik. Eksperimentet viser, hvordan universets underlige natur gør det muligt for to observatører - siger Wigner og Wigners ven - at opleve forskellige realiteter. Siden da har fysikere anvendt "Wigners ven" -tankeeksperiment til at undersøge arten af målinger og diskutere, om der findes objektive fakta.
Lad os først tale om Wigners tankeeksperiment:
Lad os antage, at to mennesker åbner kassen med Schrödingers kat på samme tid. Hvis resultatet (af bølgefunktionens sammenbrud) vælges af observatøren, som antydet af den idealistiske løsning, opstår der et problem, hvis de to observatører træffer forskellige valg. Hvis vi nævner et af de to resultater, er det kun en af observatørerne, der kan træffe et valg, og tilhængere af realisme betragter med rette denne beslutning utilfredsstillende.
Paradokset er blevet vigtigt, fordi forskere udfører eksperimenter for at fastlægge objektive fakta. Men hvis de står over for forskellige realiteter, hvordan kan de da blive enige om, hvad disse kendsgerninger kan være? Wigners tankeeksperiment var aldrig mere end et tankeeksperiment.
Men sidste år bemærkede fysikere, at de nylige fremskridt inden for kvanteteknologi har gjort det muligt at gentage Wigners venes test i et reelt eksperiment. Det er med andre ord blevet muligt at skabe forskellige realiteter og sammenligne dem i laboratoriet for at finde ud af, om de kan forenes.
Er der en objektiv virkelighed?
Salgsfremmende video:
Og i dag sagde Massimiliano Proietti fra Heriot-Watt University i Edinburgh og flere af hans kolleger, at de havde udført dette eksperiment for første gang: De skabte forskellige realiteter og sammenlignede dem. Og de kom til den konklusion, at Wigner havde ret: Disse realiteter kan være uforenelige i det omfang, at det er umuligt at nå til enighed om objektive fakta i et eksperiment.
Wigners originale tankeeksperiment begyndte med en enkelt polariseret foton, der, når den måles, kan være vandret eller lodret polariseret. Men inden målingen, i henhold til kvantemekanikens love, eksisterer fotonen i begge polariseringstilstande samtidig - den såkaldte superposition.
Wigner forestillede sig en ven i et andet laboratorium, der måler tilstanden for denne foton og gemmer resultatet, mens Wigner observerer langvejs. Wigner har ikke oplysninger om sin vens målinger og må derfor antage, at fotonen og dens måling er i en superposition af alle mulige eksperimentelle resultater.
Wigner kan endda gennemføre et eksperiment for at afgøre, om denne superposition findes eller ej. Et slags interferenseksperiment, der viser, at fotonen og målingen faktisk er i superposition.
Fra Wigners synspunkt er dette en "kendsgerning" - superposition findes. Og denne kendsgerning antyder, at målingen ikke kunne udføres.
Men hans ven er ikke enig i dette, da han målte polariseringen af fotonen og optog den. Venen kan endda ringe til Wigner og fortælle ham, at målingen er foretaget (forudsat at resultatet ikke oplyses).
To realiteter er i modstrid med hinanden.”Dette rejser tvivl om den objektive status for de kendsgerninger, der er fastlagt af de to observatører,” siger Proietti.
Det er teorien, men sidste år kom Caslav Bruckner fra Wien-universitetet i Australien med en måde at genskabe Wigner-ven på laboratoriet ved hjælp af teknikker, der involverer sammenfiltring af mange partikler på én gang.
Proiettis gennembrud var, at de faktisk gjorde det. De har implementeret et udvidet "ven med Wigners" -scenario i et moderne seks-foton eksperiment.
Seks fotoner var sammenfiltret for at skabe to alternative realiteter - den ene repræsenterer Wigner og den anden repræsenterer Wigners ven. Wiggers ven måler polariseringen af fotonen og gemmer resultatet. Wigner foretager derefter en interferensmåling for at se, om målingen og fotonen er i superposition.
Eksperimentet gav et tvetydigt resultat. Det viser sig, at begge realiteter kan sameksistere, selvom de giver uforsonlige resultater, som Wigner forudsagde. Dette rejser en række interessante spørgsmål, der får fysikere til at genoverveje virkelighedens natur.
Tanken om, at observatører i sidste ende kan forene deres målinger i en eller anden grundlæggende virkelighed, er baseret på flere antagelser. For det første findes der universelle kendsgerninger, og observatører kan blive enige om dem.
Men der er andre antagelser også. Den ene er, at observatører er frie til at foretage de observationer, de ønsker. Og en ting til: valget, som en observatør træffer, påvirker ikke valget af andre observatører. Denne antagelse af fysik kaldes lokalitet.
Hvis der er en objektiv virkelighed, som alle kan være enige i, vil alle disse antagelser være korrekte.
Men resultatet af Proietti og hans kolleger antyder, at objektiv virkelighed ikke eksisterer. Med andre ord antager et eksperiment, at en eller flere antagelser er, at der er en virkelighed, som vi er enige om; hvad er valgfrihed; eller lokalitet - skal være forkert.
Der er selvfølgelig en anden mulighed. Muligheden for, at der er et smuthul, som eksperimenterne savnede. Faktisk har fysikere forsøgt at lukke smuthuller i sådanne eksperimenter i mange år, men de indrømmer, at de måske aldrig kan lukke dem alle.
Dog har arbejde vigtige konsekvenser for videnskaben. Det næste skridt er at gå videre: At skabe eksperimenter, der skaber stadig mere bizarre alternative realiteter, som er umulige at forene. Hvor dette vil føre os, ved ingen.
Ilya Khel