Shutterstock
Tenk deg å åpne helgeavisen og se gjennom puslespillene for Sudoku. Du tilbringer morgenen din med å jobbe gjennom dette logiske puslespillet, bare for å innse at det i de siste firkantene ikke er noen konsekvent måte å fullføre det på.
"Jeg må ha gjort en feil," tror du. Så du prøver på nytt, denne gangen, fra hjørnet, klarte du ikke å fullføre og jobbe tilbake den andre veien. Men det samme skjer igjen. Du er nede på de siste kvadratene og finner ut at det ikke er noen konsekvent løsning.
Å utarbeide den grunnleggende naturen til virkeligheten i henhold til kvantemekanikken er litt som en umulig Sudoku. Uansett hvor vi begynner med kvanteteori, havner vi alltid i et råd som tvinger oss til å tenke nytt over hvordan verden fundamentalt fungerer. (Dette er det som gjør kvantemekanikken så morsom.)
La meg ta deg med på en kort tur, gjennom øynene til en filosof, i verden i henhold til kvantemekanikken.
1. Uhyggelig handling-på-avstand
Så vidt vi vet er lysets hastighet (rundt 300 millioner meter per sekund) universets ultimate fartsgrense. Albert Einstein hånte berømt utsiktene til fysiske systemer som påvirker hverandre raskere enn et lyssignal kunne bevege seg mellom dem.
Tilbake på 1940-tallet kalte Einstein dette for “uhyggelig action-på-avstand”. Da kvantemekanikken tidligere hadde vist seg å forutsi slike uhyggelige fremskritt, hevdet han at teorien ennå ikke måtte være ferdig, og noe bedre teori ville fortelle den sanne historien.
Vi vet i dag at det er veldig usannsynlig at det finnes noen slik bedre teori. Og hvis vi tror at verden består av veldefinerte, uavhengige biter av "ting", så må vår verden være en der det er tillatt å skumle handling-på-en-avstand mellom disse tingene.
2. Løsne grepet om virkeligheten
"Hva om verden ikke er laget av veldefinerte, uavhengige" ting "?" Jeg hører deg si. "Så kan vi unngå denne uhyggelige handlingen?"
Ja vi kan. Og mange i kvantefysikkmiljøet tenker også på denne måten. Men dette ville ikke være noen trøst for Einstein.
Einstein hadde en langvarig debatt med sin venn Niels Bohr, en dansk fysiker, om nettopp dette spørsmålet. Bohr argumenterte for at vi virkelig burde gi opp ideen om at verdens ting er godt definert, slik at vi kan unngå uhyggelig handling på avstand. Etter Bohrs syn har verden ikke bestemte egenskaper med mindre vi ser på det. Når vi ikke ser, tenkte Bohr, at verden som vi kjenner den ikke er der.
Men Einstein insisterte på at verden må være laget av noe om vi ser på det eller ikke, ellers kunne vi ikke snakke med hverandre om verden, og det gjør også vitenskap. Men Einstein kunne ikke ha både en veldefinert, uavhengig verden og ingen uhyggelig handling-på-avstand ... eller kunne han?
3. Tilbake til fremtiden
Bohr-Einstein-debatten er rimelig kjent billett i kvantemekanikkens historie. Mindre kjent er det tåkehjørnet i dette kvantelogiske puslespillet der vi kan redde både en veldefinert, uavhengig verden og ingen uhyggelig handling. Men vi må bli rare på andre måter.
Hvis du gjør et eksperiment for å måle et kvantesystem i laboratoriet, på en eller annen måte kan påvirke hvordan systemet var før du målingen, så kunne Einstein ha kaken sin og spise den også. Denne hypotesen kalles “retrocausality”, Fordi effekten av å gjøre eksperimentet måtte reise bakover i tid.
Hvis du synes dette er rart, er du ikke alene. Dette er ikke et veldig vanlig syn i kvantefysikkmiljøet, men det har sine støttespillere. Hvis du står overfor å måtte akseptere uhyggelig handling-på-avstand, eller ingen verden-som-vi-vet-den når vi ikke ser ut, virker ikke retrocausality tross alt et så rart alternativ.
4. Ingen utsikt fra Olympus
Tenk deg at Zevs satt på toppen av Olympus og undersøkte verden. Tenk deg at han var i stand til å se alt som har skjedd, og vil skje, overalt og for alle tider. Kall dette ”Guds blikk” av verden. Det er naturlig å tenke at det må være en slik verden er, selv om den bare kan bli kjent av en allsynende Gud.
Nylig forskning i kvantemekanikk antyder et Guds blikk på verden er umulig, selv ikke i prinsippet. I visse rare kvantescenarier kan forskjellige forskere se nøye på systemene i laboratoriene sine og gjøre grundige opptak av det de ser - men de er uenige om hva som skjedde når de kommer til å sammenligne notater. Og det kan godt være at det ikke er absolutt faktum om hvem som er riktig - ikke engang Zeus kunne vite det!
Så neste gang du møter en umulig Sudoku, kan du være trygg på at du er i godt selskap. Hele kvantefysikkfellesskapet, og kanskje til og med Zeus selv, vet nøyaktig hvordan du har det.
om forfatteren
Peter Evans, ARC Discovery Early Career Research Fellow, Universitetet i Queensland
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
books_science
