Alternatieve feiten verspreiden zich als een virus over de samenleving. Nu lijkt het erop dat ze zelfs de wetenschap hebben besmet - in ieder geval het kwantumrijk. Dit lijkt misschien contra-intuïtief. 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 ermee eens kunnen zijn.

Maar in een onlangs gepubliceerd artikel in wetenschappelijke vooruitgang , laten we zien dat in de microwereld van atomen en deeltjes die wordt beheerst door de vreemde regels van de kwantummechanica, twee verschillende waarnemers hebben recht op hun eigen feiten. Met andere woorden, volgens onze beste theorie van de bouwstenen van de natuur zelf, feiten kunnen zelfs subjectief zijn.

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

1961, natuurkundige Eugene Wigner stelde een provocerend gedachte-experiment voor. Hij vroeg zich af wat er zou gebeuren als de kwantummechanica zou worden toegepast op een waarnemer die zelf wordt geobserveerd. Stel je voor dat een vriend van Wigner een kwantummunt gooit - die zich in een superpositie van zowel kop als munt bevindt - in een gesloten laboratorium. Elke keer dat de vriend de munt opgooit, ze observeren een bepaald resultaat. We kunnen zeggen dat de vriend van Wigner een feit vaststelt:het resultaat van de toss is beslist kop of munt.

Wigner heeft geen toegang tot dit feit van buitenaf, en volgens de kwantummechanica, moet de vriend en de munt beschrijven om in een superpositie van alle mogelijke uitkomsten van het experiment te staan. Dat komt omdat ze "verstrikt" zijn - spookachtig verbonden, zodat als je de ene manipuleert, je ook de andere manipuleert. Wigner kan deze superpositie nu in principe verifiëren met een zogenaamd "interferentie-experiment" - een soort kwantummeting waarmee je de superpositie van een heel systeem kunt ontrafelen. bevestigen dat twee objecten verstrengeld zijn.

Als Wigner en de vriend later aantekeningen vergelijken, de vriend zal erop staan ​​​​dat ze duidelijke resultaten zagen voor elke toss. Wigner, echter, zal het oneens zijn wanneer hij vriend en munt in een superpositie zag.

Dit levert een raadsel op. De werkelijkheid die door de vriend wordt waargenomen, kan niet worden verzoend met de werkelijkheid aan de buitenkant. Wigner vond dit aanvankelijk niet zo'n paradox, hij voerde aan dat het absurd zou zijn om een ​​bewuste waarnemer te beschrijven als een kwantumobject. Echter, hij vertrok later van deze visie, en 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 werkelijkheid? wetenschappelijk, tot voor kort was er weinig vooruitgang op dit gebied, toen Časlav Brukner van de Universiteit van Wenen aantoonde dat, onder bepaalde veronderstellingen, Het idee van Wigner kan worden gebruikt om formeel te bewijzen dat metingen in de kwantummechanica subjectief zijn voor waarnemers.

Brukner stelde een manier voor om dit idee te testen door het Wigner's friend-scenario te vertalen naar een raamwerk dat voor het eerst werd opgesteld door de natuurkundige John Bell in 1964. Brukner beschouwde twee paar Wigners en vrienden, in twee aparte dozen, metingen uitvoeren op een gedeelde staat - binnen en buiten hun respectieve doos. De resultaten kunnen worden samengevat om uiteindelijk te worden gebruikt om een ​​zogenaamde "Bell-ongelijkheid" te evalueren. Als deze ongelijkheid wordt geschonden, waarnemers kunnen 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 fotonenpaar vertegenwoordigt de munten, en de andere twee worden gebruikt om het opgooien van munten uit te voeren - het meten van de polarisatie van de fotonen - in hun respectieve doos. Buiten de twee vakken, aan elke kant blijven twee fotonen over die ook kunnen worden gemeten.

Ondanks het gebruik van state-of-the-art kwantumtechnologie, het kostte weken om voldoende gegevens te verzamelen van slechts zes fotonen om voldoende statistieken te genereren. Maar uiteindelijk, we zijn erin geslaagd aan te tonen dat de kwantummechanica inderdaad onverenigbaar zou kunnen zijn met de aanname van objectieve feiten - we hebben de ongelijkheid geschonden!

De theorie, echter, is gebaseerd op een aantal aannames. Deze omvatten dat de meetresultaten niet worden beïnvloed door signalen die zich boven de lichtsnelheid verplaatsen en dat waarnemers vrij zijn om te kiezen welke metingen ze willen doen. Dat kan wel of niet het geval zijn.

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

Dit experiment laat dus zien dat, tenminste voor lokale modellen van kwantummechanica, we moeten onze notie van objectiviteit heroverwegen. De feiten die we ervaren in onze macroscopische wereld lijken veilig te blijven, maar er rijst een grote vraag over hoe bestaande interpretaties van de kwantummechanica subjectieve feiten kunnen accommoderen.

Sommige natuurkundigen zien deze nieuwe ontwikkelingen als ondersteunende interpretaties die het mogelijk maken dat er meer dan één uitkomst is voor een waarneming, bijvoorbeeld het bestaan ​​van parallelle universums waarin elke uitkomst plaatsvindt. Anderen zien het als overtuigend bewijs voor intrinsiek waarnemerafhankelijke 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 aanwijzing dat de kwantummechanica misschien zal breken boven bepaalde complexiteitsschalen.

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

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