Kan der findes to versioner af virkeligheden på samme tid? Fysikere siger, at de kan - på kvantniveau, det vil sige.
Forskere for nylig udførte eksperimenter for at besvare et årtier gammelt teoretisk fysikspørgsmål om duellering af realiteter. Dette vanskelige tankeeksperiment foreslog, at to personer, der observerede den samme foton, kunne nå frem til forskellige konklusioner om fotonens tilstand - og alligevel ville begge deres observationer være korrekte.
For første gang har forskere replikeret forhold, der er beskrevet i tankeeksperimentet. Deres resultater, der blev offentliggjort 13. februar i preprint-tidsskriftet arXiv, bekræftede, at selv når observatører beskrev forskellige tilstande i den samme foton, kunne de to modstridende realiteter begge være sande.
"Du kan verificere dem begge," fortalte medforfatter Martin Ringbauer, en postdoktorisk forsker ved Institut for Eksperimentel Fysik ved University of Innsbrück i Østrig, til Live Science.
Wiggers ven
Denne forvirrende idé var hjernerammen til Eugene Wigner, vinder af Nobelprisen for fysik i 1963. I 1961 havde Wigner introduceret et tankeeksperiment, der blev kendt som "Wigners ven." Det begynder med en foton - en lyspartikel. Når en observatør i et isoleret laboratorium måler fotonen, finder de, at partiklens polarisering - den akse, hvorpå den drejer sig - enten er lodret eller vandret.
Før fotonet måles, viser fotonet imidlertid begge polariseringer på én gang, som dikteret af kvantemekanikkens love; det findes i en "superposition" af to mulige tilstande.
Når personen i laboratoriet måler fotonen, antager partiklen en fast polarisering. Men for nogen uden for det lukkede laboratorium, der ikke kender resultatet af målingerne, er den ikke-målte foton stadig i superposition.
Denne outsider's observation - deres virkelighed - afviger derfor fra virkeligheden for den person i laboratoriet, der målte fotonen. Ikke desto mindre menes ingen af disse modstridende observationer at være forkerte ifølge kvantemekanikken.
Ændrede stater
I årtier var Wigners tankebøjende forslag bare et interessant tankeeksperiment. Men i de senere år har vigtige fremskridt inden for fysik endelig gjort det muligt for eksperter at sætte Wigners forslag på prøve, sagde Ringbauer.
"Der var behov for teoretiske fremskridt for at formulere problemet på en måde, der kan testes. Derefter havde den eksperimentelle side brug for udviklinger med kontrol af kvantesystemer for at implementere noget lignende," forklarede han.
Ringbauer og hans kolleger testede Wigners originale idé med et endnu mere strengt eksperiment, der fordoblet scenariet. De udpegede to "laboratorier", hvor eksperimenterne ville finde sted og introducerede to par sammenfiltrede fotoner, hvilket betyder, at deres skæbne var knyttet sammen, så det at kende tilstanden til den ene automatisk fortæller dig tilstanden for den anden. (Fotonerne i opsætningen var ægte. Fire "personer" i scenariet - "Alice", "Bob" og en "ven" af hver - var ikke ægte, men repræsenterede i stedet observatører af eksperimentet).
De to venner af Alice og Bob, som var placeret "inde" i hver af laboratorierne, målte hver en foton i et sammenfiltret par. Dette brød sammenfiltringen og kollapsede superpositionen, hvilket betyder, at den foton, de målte, eksisterede i en bestemt polarisationstilstand. De registrerede resultaterne i kvantehukommelse - kopieret i polarisationen af den anden foton.
Alice og Bob, der var "udenfor" de lukkede laboratorier, blev derefter præsenteret for to valg til at gennemføre deres egne observationer. De kunne måle deres venners resultater, der blev gemt i kvantehukommelse, og derved nå frem til de samme konklusioner om de polariserede fotoner.
Men de kunne også gennemføre deres eget eksperiment mellem de sammenfiltrede fotoner. I dette eksperiment, kendt som et interferenseksperiment, hvis fotonerne fungerer som bølger og stadig eksisterer i en superposition af tilstande, så ville Alice og Bob se et karakteristisk mønster af lyse og mørke frynser, hvor lysbølgernes toppe og dale tilføjer op eller annullere hinanden. Hvis partiklerne har "valgt" deres tilstand, vil du se et andet mønster end hvis de ikke havde gjort det. Wigner havde tidligere foreslået, at dette ville afsløre, at fotonerne stadig var i en sammenfiltret tilstand.
Forfatterne af den nye undersøgelse fandt, at selv i deres fordoblede scenarie holdt resultaterne beskrevet af Wigner. Alice og Bob kunne nå frem til konklusioner om de fotoner, der var korrekte og beviselige, og som alligevel adskiller sig fra observationer fra deres venner - som også var korrekte og beviselige, ifølge undersøgelsen.
Kvantemekanik beskriver, hvordan verden fungerer i en så lille skala, at fysikens normale regler ikke længere gælder; gennem mange årtier har eksperter, der studerer området tilbudt adskillige fortolkninger af, hvad det betyder, sagde Ringbauer.
Hvis målinger i sig selv ikke er absolutte - som disse nye fund antyder - udfordrer det meget betydningen af kvantemekanik.
"Det ser ud til, at i modsætning til klassisk fysik, måleresultater ikke kan betragtes som absolut sandhed, men skal forstås i forhold til den observatør, der udførte målingen," sagde Ringbauer.
”De historier, vi fortæller om kvantemekanik, er nødt til at tilpasse sig det,” sagde han.
