Søgning efter fejl i kvanteverdenen

Teorien om kvantemekanik understøttes godt af eksperimenter. Nu, imidlertid, et tankeeksperiment af ETH -fysikere giver uventede modsætninger. Disse fund rejser nogle grundlæggende spørgsmål - og de er polariserende eksperter.

Der er sandsynligvis ingen anden videnskabelig teori, der understøttes lige så godt som kvantemekanik. I næsten 100 år nu, det er gentagne gange blevet bekræftet med meget præcise forsøg, men fysikere er stadig ikke helt glade. Selvom kvantemekanik beskriver begivenheder på det mikroskopiske niveau meget præcist, den kommer op imod sine grænser med større objekter - især objekter, for hvilke tyngdekraften spiller en rolle. Kvantemekanik kan ikke beskrive planternes adfærd, for eksempel, som fortsat er domænet for teorien om generel relativitet. Denne teori, på tur, ikke kan beskrive små processer korrekt. Mange fysikere drømmer derfor om at kombinere kvantemekanik med relativitet til at danne et sammenhængende verdensbillede.

Mod større genstande

Selvom begge teorier beskriver de fysiske processer i deres domæner meget præcist, de adskiller sig meget. Hvordan kan de kombineres? En mulighed er at udføre kvantefysikeksperimenter med stadig større objekter i håb om, at der i sidste ende vil blive vist uoverensstemmelser, der peger på mulige løsninger. Men fysikere skal arbejde inden for snævre begrænsninger. Det berømte dobbeltspalteeksperiment, for eksempel, som kan bruges til at vise, at faste partikler samtidigt opfører sig som bølger, kan ikke udføres med dagligdags genstande.

Tankeeksperimenter, på den anden side, kan bruges til at overskride grænserne for den makroskopiske verden. Renato Renner, professor i teoretisk fysik, og hans tidligere doktorand Daniela Frauchiger har gennemført et sådant tankeeksperiment i en publikation i Naturkommunikation . Groft sagt, i deres tankeeksperiment, de to overvejer en hypotetisk fysiker, der undersøger et kvantemekanisk objekt og derefter bruger kvantemekanik til at beregne, hvad denne fysiker vil observere. Ifølge vores nuværende verdensbillede, denne indirekte observation skal give det samme resultat som direkte observation, alligevel viser parrets beregninger, at dette ikke er tilfældet. Forudsigelsen om, hvad fysikeren vil observere, er præcis det modsatte af, hvad der ville blive målt direkte, skabe en paradoksal situation.

Ingen enkle løsninger

Selvom tankeeksperimentet først nu officielt offentliggøres i et videnskabeligt tidsskrift, det er allerede blevet et diskussionsemne blandt eksperter. Da udgivelsesprocessen gentagne gange blev forsinket, andre publikationer behandler allerede resultaterne - i sig selv en paradoksal situation, Renner noterer.

Den mest almindelige indledende reaktion fra hans kolleger på området er at stille spørgsmålstegn ved beregningerne, Renner siger, men indtil videre, ingen har formået at modbevise dem. En anmelder indrømmede, at han i mellemtiden havde gjort fem forsøg på at finde en fejl i beregningerne - uden held. Andre kolleger fremlagde konkrete forklaringer på, hvordan paradokset kan løses. Ved nærmere eftersyn, selvom, de viste sig altid at være ad hoc -løsninger, der faktisk ikke løser problemet.

Forvirrende konklusioner

Renner finder det bemærkelsesværdigt, at spørgsmålet åbenbart polariserer mennesker. Han blev overrasket over at konstatere, at nogle af hans kolleger reagerede meget følelsesmæssigt på hans fund - sandsynligvis på grund af det faktum, at de to indlysende konklusioner fra Renner og Frauchiger's fund er lige så forvirrende. Den ene forklaring er, at kvantemekanik tilsyneladende ikke er, som man tidligere troede, universelt anvendelig og kan derfor ikke anvendes på store objekter. Men hvordan er det muligt for en teori at være inkonsekvent, når den gentagne gange er blevet så klart bekræftet af eksperimenter? Den anden forklaring er, at fysik, ligesom politik, lider af mangel på klare fakta, og at der er andre muligheder end det, vi anser for at være sandt.

Renner har vanskeligheder med begge disse fortolkninger. Han tror snarere på, at paradokset vil blive løst på en anden måde:”Når vi ser tilbage på historien, i øjeblikke som dette, løsningen kom ofte fra en uventet retning, "forklarer han. Teorien om generel relativitet, for eksempel, som løste modsætninger i Newtons fysik, er baseret på erkendelsen af, at tidsbegrebet, som det almindeligt blev forstået dengang, var forkert.

"Vores opgave er nu at undersøge, om vores tankeeksperiment antager ting, der ikke burde antages i den form, "Siger Renner." Og hvem ved, måske bliver vi endda nødt til at revidere vores koncept om rum og tid endnu en gang. "For Renner, det ville helt sikkert være en tiltalende mulighed:"Det er først, når vi grundlæggende gentænker eksisterende teorier, at vi får dybere indsigt i, hvordan naturen virkelig fungerer."