Shutterstock

Föreställ dig att öppna helgens tidning och titta igenom pusselsidorna för Sudoku. Du tillbringar din morgon med att arbeta igenom detta logiska pussel, bara för att inse att de sista rutorna inte har något konsekvent sätt att avsluta det.

"Jag måste ha gjort ett misstag", tror du. Så du försöker igen, den här gången från hörnet kunde du inte avsluta och arbeta tillbaka åt andra hållet. Men samma sak händer igen. Du är nere på de sista kvadraterna och finner att det inte finns någon konsekvent lösning.

Att utarbeta verklighetens grundläggande natur enligt kvantmekanik är lite som en omöjlig Sudoku. Oavsett var vi börjar med kvantteori, hamnar vi alltid i ett ramverk som tvingar oss att ompröva hur världen i grunden fungerar. (Det här är vad som gör kvantmekanik så kul.)

Låt mig ta dig med på en kort turné genom en filosofs ögon i världen enligt kvantmekanik.

1. Spöklik action-på-avstånd

Så vitt vi vet är ljusets hastighet (cirka 300 miljoner meter per sekund) universums ultimata hastighetsgräns. Albert Einstein spottade berömt utsikterna till fysiska system som påverkar varandra snabbare än en ljussignal kunde resa mellan dem.

Tillbaka på 1940-talet kallade Einstein detta för ”spöklik action-på-avstånd”. När kvantmekanik tidigare verkade förutse sådana spöklika framsteg hävdade han att teorin ännu inte måste vara klar, och någon bättre teori skulle berätta den sanna historien.

Vi vet idag att det är mycket osannolikt att det finns någon sådan bättre teori. Och om vi tror att världen består av väldefinierade, oberoende bitar av "grejer", så måste vår värld vara en där spöklik handling-på-ett-avstånd mellan dessa saker är tillåten.

2. Lossa vårt grepp om verkligheten

"Vad händer om världen inte är gjord av väldefinierade, oberoende bitar av" grejer "?" Jag hör dig säga. "Kan vi då undvika den här spöklika åtgärden?"

Ja det kan vi. Och många i kvantfysikgemenskapen tänker också på det här sättet. Men detta skulle inte vara någon tröst för Einstein.

Einstein hade en långvarig debatt med sin vän Niels Bohr, en dansk fysiker, om just denna fråga. Bohr hävdade att vi verkligen borde ge upp idén om att världens saker är väl definierade, så att vi kan undvika spöklika handlingar på avstånd. Enligt Bohrs uppfattning har världen inga bestämda egenskaper om vi inte tittar på det. När vi inte letar, tänkte Bohr, världen som vi känner den är inte riktigt där.

Men Einstein insisterade på att världen måste göras av något oavsett om vi tittar på det eller inte, annars kunde vi inte prata med varandra om världen, och det gör också vetenskapen. Men Einstein kunde inte ha både en väldefinierad, oberoende värld och ingen spöklik handling på avstånd ... eller kunde han?

3. Tillbaka till framtiden

Bohr-Einstein-debatten är rimligt bekant i kvantmekanikens historia. Mindre känt är det dimmiga hörnet av detta kvantlogikpussel där vi kan rädda både en väldefinierad, oberoende värld och ingen spökaktig handling. Men vi måste bli konstiga på andra sätt.

Om ett experiment för att mäta ett kvantsystem i labbet på något sätt kan påverka hur systemet var innan mätningen, då skulle Einstein få sin tårta och äta den också. Denna hypotes kallas ”retrocausality”, Eftersom effekterna av att göra experimentet måste resa bakåt i tiden.

Om du tycker att det här är konstigt är du inte ensam. Detta är inte en mycket vanlig syn i kvantfysikgemenskapen, men den har sina anhängare. Om du står inför att behöva acceptera spooky action-at-a-distance, eller ingen värld-som-vi-vet-det när vi inte ser, verkar retrocausality trots allt inte vara ett konstigt alternativ.

4. Ingen utsikt från Olympus

Föreställ dig Zeus uppe på berget Olympus och undersöka världen. Tänk dig att han kunde se allt som har hänt, och kommer att hända, överallt och för alla tider. Kalla detta ”Guds blick” av världen. Det är naturligt att tänka att det måste finnas något sätt världen är, även om den bara kan kännas av en allsågande Gud.

Nyliga undersökningar i kvantmekanik föreslår att Guds syn på världen är omöjlig, inte ens i princip. I vissa konstiga kvantscenarier kan olika forskare titta noggrant på systemen i sina laboratorier och göra grundliga inspelningar av vad de ser - men de kommer inte att vara överens om vad som hände när de kom för att jämföra anteckningar. Och det kan mycket väl inte finnas något absolut faktum om vem som är korrekt - inte ens Zeus kunde veta!

Så nästa gång du stöter på en omöjlig Sudoku, kan du vara säker på att du är i gott sällskap. Hela kvantfysikgemenskapen, och kanske till och med Zeus själv, vet exakt hur du mår.

Om författaren

Peter Evans, forskare vid ARC Discovery Early Career, University of Queensland

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

books_science