Alternative fakta spreder sig som en virus i hele samfundet. Nu ser det ud til, at de endda har inficeret videnskaben - i det mindste kvanteområdet. Dette kan virke modsat intuitivt. Den videnskabelige metode er trods alt baseret på pålidelige forestillinger om observation, måling og gentagelighed. Et faktum, som fastlagt ved en måling, bør være objektivt, således at alle observatører kan være enige i det.
Men i et papir, der for nylig er offentliggjort i Science Advances, viser vi, at i mikroverdenen af atomer og partikler, der styres af de mærkelige regler i kvantemekanikken, har to forskellige observatører ret til deres egne fakta. Med andre ord, i henhold til vores bedste teori om selve naturens byggesten, kan fakta faktisk være subjektive.
Observatører er magtfulde spillere i kvanteverdenen. I henhold til teorien kan partikler være flere steder eller tilstande på én gang - dette kaldes en superposition. Men underligt er dette kun tilfældet, når de ikke overholdes. Det andet du observerer et kvantesystem, det vælger en bestemt placering eller tilstand - bryder superpositionen. Det faktum, at naturen opfører sig på denne måde, er blevet bevist flere gange i laboratoriet - for eksempel i det berømte dobbeltslidseksperiment.
I 1961 foreslog fysiker Eugene Wigner et provokerende tankeeksperiment. Han stillede spørgsmålstegn ved, hvad der ville ske, når man anvender kvantemekanik til en observatør, der selv bliver observeret. Forestil dig, at en ven af Wigner kaster en kvantemønter - som ligger i en superposition af både hoveder og haler - inde i et lukket laboratorium. Hver gang venen kaster mønten, observerer de et bestemt resultat. Vi kan sige, at Wigners ven konstaterer en kendsgerning: resultatet af møntkastet er bestemt hoved eller hale.
Wigner har ikke adgang til dette faktum udefra, og ifølge kvantemekanik skal han beskrive venen og mønten for at være i en superposition af alle mulige resultater af eksperimentet. Det er fordi de er "sammenfiltret" - uhyggeligt forbundet, så hvis du manipulerer den ene, manipulerer du også den anden. Wigner kan nu i princippet verificere denne superposition ved hjælp af et såkaldt "interferenseksperiment" - en type kvantemåling, der giver dig mulighed for at afsløre superpositionen i et helt system, der bekræfter, at to objekter er sammenfiltret.
Når Wigner og venen sammenligner noter senere, vil venen insistere på, at de så konkrete resultater for hver møntkast. Wigner vil imidlertid være uenig, hver gang han observerede ven og mønt i en superposition.
Dette præsenterer et conundrum. Den virkelighed, som venen opfatter, kan ikke forenes med virkeligheden på ydersiden. Wigner betragtede oprindeligt ikke så meget som et paradoks, han hævdede, at det ville være absurd at beskrive en bevidst observatør som et kvanteobjekt. Senere afviste han imidlertid fra dette synspunkt, og ifølge formelle lærebøger om kvantemekanik er beskrivelsen fuldstændig gyldig.
Eksperimentet
Scenariet har længe været et interessant tankeeksperiment. Men afspejler det virkeligheden? Videnskabeligt har der været meget få fremskridt med dette, indtil for nylig, da Časlav Brukner ved universitetet i Wien viste, at Wiggers idé under visse antagelser kan bruges til formelt at bevise, at målinger i kvantemekanik er subjektiv for observatører.
Brukner foreslog en måde at teste denne opfattelse ved at oversætte Wigners vensscenario til en ramme, der først blev oprettet af fysikeren John Bell i 1964. Brukner overvejede to par Wigners og venner, i to separate kasser, og udførte målinger i en delt tilstand - inde og uden for deres respektive kasse. Resultaterne kan opsummeres for i sidste ende at blive brugt til at evaluere en såkaldt "Bell-ulighed". Hvis denne ulighed overtrædes, kunne observatører have alternative kendsgerninger.
Vi har nu for første gang udført denne test eksperimentelt på Heriot-Watt University i Edinburgh på en lille kvantecomputer, der består af tre par sammenfiltrede fotoner. Det første fotonpar repræsenterer mønterne, og de to andre bruges til at udføre møntkastet - måling af fotonernes polarisering - i deres respektive kasse. Uden for de to kasser forbliver der to fotoner på hver side, der også kan måles.
På trods af brug af avanceret kvanteteknologi tog det uger at indsamle tilstrækkelige data fra kun seks fotoner til at generere nok statistikker. Men til sidst lykkedes det os at vise, at kvantemekanik faktisk kunne være uforenelig med antagelsen af objektive fakta - vi krænkede uligheden.
Teorien er dog baseret på et par antagelser. Disse inkluderer, at måleresultaterne ikke er påvirket af signaler, der kører over lyshastigheden, og at observatører frit kan vælge, hvilke målinger de skal foretage. Det er måske ikke tilfældet.
Et andet vigtigt spørgsmål er, om enkeltfotoner kan betragtes som observatører. I Brugners teoriforslag behøver observatører ikke være bevidste, de skal blot være i stand til at etablere fakta i form af et måleresultat. En livløs detektor ville derfor være en gyldig observatør. Og kvantemekanik i lærebogen giver os ingen grund til at tro, at en detektor, der kan laves så lille som et par atomer, ikke skal beskrives som et kvanteobjekt ligesom en foton. Det kan også være muligt, at standard kvantemekanik ikke finder anvendelse i store længder, men testning er et separat problem.
Dette eksperiment viser derfor, at vi i det mindste for lokale modeller for kvantemekanik skal genoverveje vores opfattelse af objektivitet. De kendsgerninger, vi oplever i vores makroskopiske verden, ser ud til at forblive sikre, men et stort spørgsmål opstår om, hvordan eksisterende fortolkninger af kvantemekanikken kan rumme subjektive fakta.
Nogle fysikere ser disse nye udviklinger som en styrkelse af fortolkninger, der tillader mere end et resultat at opstå for en observation, for eksempel eksistensen af parallelle universer, hvor hvert resultat sker. Andre ser det som overbevisende bevis for iboende observatørafhængige teorier såsom Quantum Bayesianism, hvor en agents handlinger og oplevelser er centrale bekymringer for teorien. Men endnu andre tager dette som en stærk pointer for, at kvantemekanikken måske vil bryde ned over visse kompleksitetsskalaer.
Dette er klart alt sammen dybt filosofiske spørgsmål om den grundlæggende natur af virkeligheden. Uanset hvilket svar der venter en interessant fremtid.
