Kwantumfysica: onze studie suggereert dat objectieve realiteit niet bestaat

Kwantumfysica: onze studie suggereert dat objectieve realiteit niet bestaat
Gearoid Hayes / Flickr, CC BY-SA

Alternatieve feiten zijn verspreiden zich als een virus in de maatschappij. Nu lijkt het erop dat ze zelfs de wetenschap hebben geïnfecteerd - althans het kwantumrijk. Dit kan contra-intuïtief lijken. De wetenschappelijke methode is immers gebaseerd op de betrouwbare noties van observatie, meting en herhaalbaarheid. Een feit, zoals vastgesteld door een meting, moet objectief zijn, zodat alle waarnemers het hiermee eens kunnen zijn.

Maar onlangs in een krant gepubliceerd in Science Advances, laten we zien dat in de micro-wereld van atomen en deeltjes die wordt beheerst door de vreemde regels van de kwantummechanica, twee verschillende waarnemers recht hebben op hun eigen feiten. Met andere woorden, volgens onze beste theorie over de bouwstenen van de natuur zelf, kunnen feiten feitelijk subjectief zijn.

Waarnemers zijn krachtige spelers in de kwantumwereld. Volgens de theorie kunnen deeltjes zich op verschillende plaatsen of toestanden tegelijk bevinden - dit wordt een superpositie genoemd. Maar vreemd genoeg is dit alleen het geval als ze niet worden nageleefd. De seconde dat je een kwantumsysteem waarneemt, kiest het een specifieke locatie of staat - waardoor de superpositie wordt verbroken. Het feit dat de natuur zich zo gedraagt, is in het laboratorium meerdere keren bewezen - bijvoorbeeld in het beroemde dubbele gleuf experiment (zie video hieronder).

In 1961, natuurkundige Eugene Wigner stelde een provocerend gedachte-experiment voor. Hij vroeg zich af wat er zou gebeuren als de kwantummechanica wordt toegepast op een waarnemer die zelf wordt geobserveerd.

Stel je voor dat een vriend van Wigner een kwantummuntstuk - in een superpositie van beide koppen en staarten - in een gesloten laboratorium gooit. Elke keer dat de vriend de munt gooit, zien ze een definitieve uitkomst. We kunnen zeggen dat de vriend van Wigner een feit vaststelt: het resultaat van het gooien met munten is zeker kop of staart.

Wigner heeft van buitenaf geen toegang tot dit feit en volgens de kwantummechanica moet hij de vriend en de medaille beschrijven als een superpositie van alle mogelijke resultaten van het experiment. Dat komt omdat ze "verstrikt" zijn - griezelig verbonden zodat als je de ene manipuleert, je ook de andere manipuleert. Wigner kan deze superpositie nu in principe verifiëren met een zogenaamde 'interferentie-experiment”- een soort kwantummeting waarmee je de superpositie van een heel systeem kunt ontrafelen, waarmee wordt bevestigd dat twee objecten verstrikt zijn.


Haal het laatste uit InnerSelf


Wanneer Wigner en de vriend later aantekeningen vergelijken, zal de vriend erop staan ​​dat ze definitieve resultaten zagen voor elke toss. Wigner zal het echter niet eens zijn wanneer hij vriend en munt in een superpositie waarnam.

Dit presenteert een raadsel. De realiteit waargenomen door de vriend kan niet worden verzoend met de realiteit aan de buitenkant. Wigner beschouwde oorspronkelijk oorspronkelijk niet zozeer een paradox, hij betoogde dat het absurd zou zijn om een ​​bewuste waarnemer als een kwantumobject te beschrijven. Hij later echter vertrokken van dit standpunten volgens formele leerboeken over kwantummechanica, de beschrijving is volkomen geldig.

Het experiment

Het scenario is lang een interessant gedachte-experiment gebleven. Maar weerspiegelt het de realiteit? Wetenschappelijk is er tot voor kort, toen, weinig vooruitgang geboekt Časlav Brukner aan de Universiteit van Wenen bleek dat, onder bepaalde veronderstellingen, Wigner's idee kan worden gebruikt om formeel te bewijzen dat metingen in de kwantummechanica subjectief zijn voor waarnemers.

Brukner stelde een manier voor om dit begrip te testen door het vriendenscenario van Wigner te vertalen naar een kader eerst vastgesteld door de natuurkundige John Bell in 1964. Brukner overwoog twee paren Wigners en vrienden, in twee afzonderlijke dozen, die metingen verrichtten op een gedeelde toestand - binnen en buiten hun respectieve doos. De resultaten kunnen worden samengevat om uiteindelijk te worden gebruikt om een ​​zogenaamde te evalueren "Bell ongelijkheid". Als deze ongelijkheid wordt geschonden, kunnen waarnemers alternatieve feiten hebben.

We hebben deze test nu voor het eerst experimenteel uitgevoerd aan de Heriot-Watt University in Edinburgh op een kleinschalige kwantumcomputer die bestaat uit drie paar verstrengelde fotonen. Het eerste fotonpaar vertegenwoordigt de munten en de andere twee worden gebruikt om de muntworp uit te voeren - het meten van de polarisatie van de fotonen - in hun respectieve vak. Buiten de twee dozen blijven aan elke zijde twee fotonen over die ook kunnen worden gemeten.

Kwantumfysica: onze studie suggereert dat objectieve realiteit niet bestaat
Onderzoekers met experiment. auteur voorzien

Ondanks het gebruik van de nieuwste kwantumtechnologie, duurde het weken om voldoende gegevens van slechts zes fotonen te verzamelen om voldoende statistieken te genereren. Maar uiteindelijk zijn we erin geslaagd aan te tonen dat de kwantummechanica inderdaad onverenigbaar kan zijn met de veronderstelling van objectieve feiten - we hebben de ongelijkheid geschonden!

De theorie is echter gebaseerd op enkele veronderstellingen. Deze omvatten dat de meetresultaten niet worden beïnvloed door signalen die boven de lichtsnelheid reizen en dat waarnemers vrij zijn om te kiezen welke metingen ze moeten uitvoeren. Dat kan wel of niet het geval zijn.

Een andere belangrijke vraag is of afzonderlijke fotonen als waarnemers kunnen worden beschouwd. In het theorievoorstel van Brukner hoeven waarnemers niet bewust te zijn, ze moeten alleen feiten kunnen vaststellen in de vorm van een meetresultaat. Een levenloze detector zou daarom een ​​geldige waarnemer zijn. En de kwantummechanica van het leerboek geeft ons geen reden om te geloven dat een detector, die zo klein kan zijn als een paar atomen, niet als een kwantumobject moet worden beschreven, net als een foton. Het is ook mogelijk dat standaard kwantummechanica niet van toepassing is op grote lengteschalen, maar testen is een apart probleem.

Kwantumfysica: onze studie suggereert dat objectieve realiteit niet bestaat
Er kunnen daar veel werelden zijn.
Nikk / Flickr, CC BY-SA

Dit experiment laat daarom zien dat we, althans voor lokale modellen van kwantummechanica, onze notie van objectiviteit moeten heroverwegen. De feiten die we ervaren in onze macroscopische wereld lijken veilig te blijven, maar een belangrijke vraag rijst hoe bestaande interpretaties van de kwantummechanica subjectieve feiten kunnen opvangen.

Sommige natuurkundigen zien deze nieuwe ontwikkelingen als versterkende interpretaties die meer dan één uitkomst mogelijk maken voor bijvoorbeeld een observatie het bestaan ​​van parallelle universums waarin elke uitkomst gebeurt. Anderen zien het als overtuigend bewijs voor intrinsiek van waarnemers afhankelijke theorieën zoals Quantum Bayesianisme, waarin de acties en ervaringen van een agent centraal staan ​​in de theorie. Maar weer anderen beschouwen dit als een sterke aanwijzer die misschien de kwantummechanica boven bepaalde complexiteitsschalen zal afbreken.

Het is duidelijk dat dit allemaal diep filosofische vragen zijn over de fundamentele aard van de werkelijkheid. Wat het antwoord ook is, er wacht een interessante toekomst.The Conversation

Over de auteurs

Alessandro Fedrizzi, hoogleraar kwantumfysica, Heriot-Watt University en Massimiliano Proietti, promovendus bij kwantumfysica, Heriot-Watt University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}

VAN DE REDACTIE

De dag van afrekening is gekomen voor de GOP
by Robert Jennings, InnerSelf.com
De Republikeinse partij is niet langer een pro-Amerikaanse politieke partij. Het is een onwettige pseudo-politieke partij vol radicalen en reactionairen met als doel het verstoren, destabiliseren en ...
Waarom Donald Trump de grootste verliezer van de geschiedenis zou kunnen zijn
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Bijgewerkt 2 juli 20020 - Deze hele coronavirus pandemie kost een fortuin, misschien 2 of 3 of 4 fortuinen, allemaal van onbekende grootte. Oh ja, en honderdduizenden, misschien een miljoen mensen zullen sterven ...
Blue-Eyes vs Brown Eyes: hoe racisme wordt onderwezen
by Marie T. Russell, InnerSelf
In deze aflevering van Oprah Show uit 1992 leerde de bekroonde antiracistische activist en opvoeder Jane Elliott het publiek een harde les over racisme door te laten zien hoe gemakkelijk het is om vooroordelen te leren.
Er komt een verandering ...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 mei 2020) Terwijl ik het nieuws bekijk over de gebeurtenissen in Philadelphia en andere steden in het land, doet mijn hart pijn voor wat er gebeurt. Ik weet dat dit deel uitmaakt van de grotere verandering die doorgaat ...
Een lied kan het hart en de ziel verheffen
by Marie T. Russell, InnerSelf
Ik heb verschillende manieren om de duisternis uit mijn hoofd te verwijderen wanneer ik merk dat het is binnengeslopen. Een daarvan is tuinieren of tijd doorbrengen in de natuur. De andere is stilte. Een andere manier is lezen. En een die ...