De theorie van de kwantummechanica wordt goed ondersteund door experimenten. Nutsvoorzieningen, echter, een gedachte-experiment van ETH-natuurkundigen levert onverwachte tegenstrijdigheden op. Deze bevindingen roepen enkele fundamentele vragen op - en het zijn polariserende experts.

Er is waarschijnlijk geen andere wetenschappelijke theorie die zo goed wordt ondersteund als de kwantummechanica. Al bijna 100 jaar, het is herhaaldelijk bevestigd met zeer nauwkeurige experimenten, toch zijn natuurkundigen nog steeds niet helemaal gelukkig. Hoewel de kwantummechanica gebeurtenissen op microscopisch niveau zeer nauwkeurig beschrijft, het loopt tegen zijn grenzen aan bij grotere objecten, vooral objecten waarbij de zwaartekracht een rol speelt. Kwantummechanica kan het gedrag van planeten niet beschrijven, bijvoorbeeld, dat blijft het domein van de algemene relativiteitstheorie. deze theorie, beurtelings, kan kleinschalige processen niet correct beschrijven. Veel natuurkundigen dromen er dan ook van om kwantummechanica te combineren met relativiteit tot een samenhangend wereldbeeld.

Naar grotere objecten

Hoewel beide theorieën de fysieke processen in hun domein zeer nauwkeurig beschrijven, ze verschillen enorm. Hoe kunnen ze worden gecombineerd? Een mogelijkheid is om kwantumfysica-experimenten uit te voeren met steeds grotere objecten in de hoop dat er uiteindelijk discrepanties ontstaan ​​die wijzen op mogelijke oplossingen. Maar natuurkundigen moeten binnen strikte beperkingen werken. Het beroemde dubbelspletenexperiment, bijvoorbeeld, waarmee kan worden aangetoond dat vaste deeltjes zich tegelijkertijd als golven gedragen, kan niet worden uitgevoerd met alledaagse voorwerpen.

gedachte-experimenten, anderzijds, kan worden gebruikt om de grenzen van de macroscopische wereld te overstijgen. Renato Renner, hoogleraar theoretische natuurkunde, en zijn voormalige promovendus Daniela Frauchiger hebben zo'n gedachte-experiment uitgevoerd in een publicatie in Natuurcommunicatie . Grofweg gesproken, in hun gedachte-experiment, de twee beschouwen een hypothetische fysicus die een kwantummechanisch object onderzoekt en vervolgens de kwantummechanica gebruiken om te berekenen wat die fysicus zal waarnemen. Volgens ons huidige wereldbeeld, deze indirecte waarneming zou hetzelfde resultaat moeten opleveren als directe waarneming, toch blijkt uit de berekeningen van het paar dat dit niet het geval is. De voorspelling van wat de natuurkundige zal waarnemen is precies het tegenovergestelde van wat direct zou worden gemeten, een paradoxale situatie creëren.

Geen simpele oplossingen

Hoewel het gedachte-experiment nu pas officieel wordt gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift, het is al een onderwerp van discussie onder experts geworden. Omdat het publicatieproces herhaaldelijk werd vertraagd, andere publicaties gaan al in op de bevindingen - zelf een paradoxale situatie, Renner merkt op.

De meest voorkomende eerste reactie van zijn collega's in het veld is om de berekeningen in twijfel te trekken, Renner zegt, maar tot nu toe, niemand is erin geslaagd om ze te weerleggen. Een recensent gaf toe dat hij inmiddels vijf pogingen had gedaan om een ​​fout in de berekeningen te vinden - zonder succes. Andere collega's gaven concrete verklaringen over hoe de paradox kan worden opgelost. Bij nader inzien, Hoewel, het bleken altijd ad-hocoplossingen die het probleem niet echt oplossen.

Verbijsterende conclusies

Renner vindt het opmerkelijk dat de kwestie mensen kennelijk polariseert. Het verbaasde hem dat sommige van zijn collega's zeer emotioneel reageerden op zijn bevindingen - waarschijnlijk vanwege het feit dat de twee voor de hand liggende conclusies uit de bevindingen van Renner en Frauchiger even verbijsterend zijn. De enige verklaring is dat kwantummechanica blijkbaar niet, zoals eerder werd gedacht, universeel toepasbaar en dus niet toepasbaar op grote objecten. Maar hoe kan een theorie inconsistent zijn als ze herhaaldelijk zo duidelijk is bevestigd door experimenten? De andere verklaring is dat natuurkunde, zoals politiek, lijdt aan een gebrek aan duidelijke feiten, en dat er andere mogelijkheden zijn dan wat wij als waar beschouwen.

Renner heeft moeite met beide interpretaties. Hij gelooft eerder dat de paradox op een andere manier zal worden opgelost:"Als we terugkijken op de geschiedenis, op momenten als deze, de oplossing kwam vaak uit een onverwachte richting, " legt hij uit. De theorie van de algemene relativiteitstheorie, bijvoorbeeld, die tegenstrijdigheden in de Newtoniaanse fysica oploste, is gebaseerd op het besef dat het concept van tijd, zoals dat toen algemeen werd begrepen, verkeerd was.

"Onze taak is nu om te onderzoeken of ons gedachte-experiment dingen veronderstelt die niet in die vorm zouden moeten worden aangenomen, " zegt Renner. "En wie weet, misschien zullen we zelfs ons concept van ruimte en tijd opnieuw moeten herzien." Voor Renner, dat zou zeker een aantrekkelijke optie zijn:"Pas als we bestaande theorieën fundamenteel heroverwegen, krijgen we diepere inzichten in hoe de natuur echt werkt."