Vaihtoehtoiset tosiasiat leviävät viruksen tavoin ympäri yhteiskuntaa. Nyt näyttää siltä, että he ovat jopa saastuttaneet tieteen - ainakin kvanttivaltakunnan. Tämä saattaa vaikuttaa intuitiiviselta. Tieteellinen menetelmä perustuu loppujen lopuksi luotettaviin havainto-, mittaus- ja toistettavuuskäsitteisiin. Mittauksella todetun tosiasian tulisi olla objektiivinen, niin että kaikki tarkkailijat voivat hyväksyä sen.
Mutta Science Advances -yrityksen äskettäin julkaistussa lehdessä osoitamme, että atomien ja hiukkasten mikromaailmassa, jota kvanttimekaniikan omituiset säännöt hallitsevat, kahdella eri tarkkailijalla on oikeus omiin tosiasioihinsa. Toisin sanoen, luonnon rakennuspalikoista parhaimman teoriamme mukaan tosiasiat voivat todella olla subjektiivisia.
Tarkkailijat ovat voimakkaita toimijoita kvantimaailmassa. Teorian mukaan hiukkaset voivat olla useissa paikoissa tai tiloissa kerralla - tätä kutsutaan superpositioksi. Mutta omituisesti, tämä on vain tapaus, jossa niitä ei noudateta. Kun havaitset kvanttijärjestelmän, se valitsee tietyn sijainnin tai tilan - rikkoo superpositiota. Se, että luonto käyttäytyy tällä tavalla, on osoitettu useita kertoja laboratoriossa - esimerkiksi kuuluisassa kaksoisrakojen kokeessa.
Vuonna 1961 fyysikko Eugene Wigner ehdotti provosoivaa ajatuskoetta. Hän kysyi, mitä tapahtuisi, kun kvantimekaniikkaa sovellettaisiin tarkkailijaan, jota itse havaitaan. Kuvittele, että Wignerin ystävä heittää kvanttirahan - joka on sekä pään että hännän päällekkäin - suljetussa laboratoriossa. Aina kun ystävä heittää kolikon, hän havaitsee selkeän lopputuloksen. Voimme sanoa, että Wignerin ystävä totesi tosiasian: kolikon heittämisen tulos on ehdottomasti pää tai häntä.
Wignerilla ei ole pääsyä tähän tosiseikkaan ulkopuolelta, ja kvanttimekaniikan mukaan hänen on kuvailtava ystävää ja kolikkoa kaikkien kokeilun lopputulosten päällekkäin. Tämä johtuu siitä, että ne ovat "takertuneet" - kytketty tiukasti yhteen niin, että jos manipuloit yhtä, niin manipuloit myös toista. Wigner voi nyt periaatteessa varmistaa tämän superposition käyttämällä ns. "Häiriökokeilua" - kvantimittauksen tyyppiä, jonka avulla pystyt purkamaan koko järjestelmän superposition, mikä vahvistaa kahden objektin takertuneen toisiinsa.
Kun Wigner ja ystävä vertaa muistiinpanoja myöhemmin, ystävä vaatii näkevänsä lopulliset tulokset jokaiselle kolikonheitolle. Wigner on kuitenkin eri mieltä aina kun hän havaitsi ystävän ja kolikon superpositiossa.
Tämä antaa ymmärtää. Ystävän havaitsemaa todellisuutta ei voida sovittaa ulkopuoliseen todellisuuteen. Alun perin Wigner ei pitänyt tätä suurta paradoksia, hän väitti, että olisi järjetöntä kuvata tietoista tarkkailijaa kvanttiobjektiksi. Myöhemmin hän kuitenkin poikkesi tästä näkemyksestä, ja kvantimekaniikan virallisten oppikirjojen mukaan kuvaus on täysin pätevä.
Koe
Skenaario on pitkään ollut mielenkiintoinen ajatuskokeilu. Mutta heijastaako se todellisuutta? Tieteellisesti tässä on edistytty vain vähän viime aikoihin saakka, kun Časlav Brukner Wienin yliopistossa osoitti, että tietyillä oletuksilla Wignerin ajatusta voidaan käyttää todistamaan muodollisesti, että kvantimekaniikan mittaukset ovat havaitsijoiden subjektiivisia.
Brukner ehdotti tapaa testata tätä käsitettä kääntämällä Wignerin ystäväskenaario kehysiksi, jonka fyysikko John Bell perustettiin ensin vuonna 1964. Brukner harkitsi kahta Writeerien ja ystävien paria, kahdessa erillisessä laatikossa, suorittaen mittauksia jaetussa tilassa - sisällä ja niiden laatikon ulkopuolella. Tulokset voidaan tiivistää siten, että lopulta niitä voidaan käyttää ns. "Bell-epätasa-arvon" arviointiin. Jos tätä epätasa-arvoa loukataan, tarkkailijoilla voi olla vaihtoehtoisia tosiseikkoja.
Olemme nyt suorittaneet tämän testin ensimmäistä kertaa kokeellisesti Heriot-Watt-yliopistossa Edinburghissa pienimuotoisella kvanttitietokoneella, joka koostuu kolmesta parista takertuneita fotoneja. Ensimmäinen fotonipari edustaa kolikoita, ja kahta muuta käytetään kolikon heittämiseen - mittaamalla fotonien polarisaatio - vastaavassa laatikossa. Kahden ruudun ulkopuolella molemmille puolille jää kaksi fotonia, jotka voidaan myös mitata.
Huolimatta huipputeknologian kvantitekniikan käytöstä, kesti viikkoa riittävän tiedon kerääminen vain kuudesta fotonista riittävästi tilastotietoja. Mutta lopulta onnistuimme osoittamaan, että kvanttimekaniikka saattaa todellakin olla ristiriidassa objektiivisten tosiasioiden olettamuksen kanssa - rikkomme eriarvoisuutta.
Teoria perustuu kuitenkin muutamiin oletuksiin. Näihin kuuluu, että valonopeuden ylittävät signaalit eivät vaikuta mittaustuloksiin ja että tarkkailijat voivat vapaasti valita mittaukset. Näin voi olla tai ei.
Toinen tärkeä kysymys on, voidaanko yksittäisiä fotoneja pitää tarkkailijoina. Bruknerin teoriaehdotuksessa tarkkailijoiden ei tarvitse olla tietoisia, heidän on vain kyettävä selvittämään tosiasiat mittaustuloksen muodossa. Eloton detektori olisi siis kelvollinen tarkkailija. Ja oppikirjan kvanttimekaniikka ei anna meille mitään syytä uskoa, että ilmaisinta, joka voi olla niin pieni kuin muutama atomi, ei pitäisi kuvata kvanttiobjektiksi aivan kuin fotoni. Voi myös olla mahdollista, että tavanomaista kvanttimekaniikkaa ei sovelleta suurilla mittakaavoilla, mutta testaus on erillinen ongelma.
Tämän vuoksi tämä kokeilu osoittaa, että ainakin paikallisten kvantimekaniikan mallien osalta meidän on mietittävä objektiivisuuden käsitystämme uudelleen. Tosiasiat, jotka koemme makroskooppisessa maailmassamme, näyttävät pysyvän turvallisina, mutta herää tärkeä kysymys siitä, kuinka kvantimekaniikan olemassa olevat tulkinnat voivat mukauttaa subjektiivisia tosiasioita.
Jotkut fyysikot näkevät nämä uudet kehitykset tukevina tulkintoina, jotka sallivat useamman kuin yhden lopputuloksen havainnoinnissa, esimerkiksi rinnakkaisten universumien olemassaolon, joissa jokainen tulos tapahtuu. Toiset näkevät sen pakottavana todistuksena sisäisesti tarkkailijariippuvaisille teorioille, kuten Quantum Bayesianismille, joissa agentin toimet ja kokemukset ovat teorian keskeisiä huolenaiheita. Mutta toiset pitävät tätä vahvana osoittimena, että ehkä kvanttimekaniikka hajoaa tiettyjen monimutkaisuusasteikkojen yläpuolelle.
Selvästi nämä ovat kaikki syvästi filosofisia kysymyksiä todellisuuden perustavasta luonteesta. Olipa vastaus mikä tahansa, odottaa mielenkiintoinen tulevaisuus.
