Del 1 av dette innlegget er her: https://www.5g-skolen.com/post/the-division-bell-klangen-av-bevissthet
I 1935 angrep Albert Einstein og to medarbeidere kvanteteorien og skapte med det store avisoverskrifter. Det måtte være en fatal feil helt i kjernen av den nye fysikken som var i stand til å beskrive verden mer nøyaktige enn klassisk fysikk. Til sin store forbløffelse hadde de funnet ut at partikler adskilt med kilometer så ut til å være i stand til å samhandle øyeblikkelig med hverandre. Albert Einstein kalte det "skummel handling på avstand". Andre merkelige oppdagelser var at subatomære partikler kan eksistere i en sky av mulige tilstander som kalles en superposisjon før de måles – den kontraintuitive naturen som er mest kjent beskrevet som tankeeksperimentet Schrödingers katt, som samtidig er død og levende. Lys oppfører seg som både en partikkel og en bølge. Dette er ting jeg har hått nærmere inn på i andre innlegg om kvantefysikk.
Selv om han hadde bidratt til å legge grunnlaget for kvanteteorien, følte Einstein at det måtte mangle noe. Naturen kan da ikke være basert på ren tilfeldighet?
Det vet vi nå at det er. Det er noe av den viktigste lærdommen fra det siste århundret med fysikk, ettersom kvanteteori hittil har bestått alle tester som har blitt utført. På de minste, subatomære skalaene er virkeligheten så merkelig at det strider i mot vår intuitive logikk.
I dag hevder mange filosofer at fysikk (og dermed universet) er både deterministisk og ikke-deterministisk, avhengig av virkelighetsnivået som vurderes. Dette synet løser det mye omdiskuterte dilemmaet mellom determinisme og fri vilje. Selv om alt som partikler gjør er forhåndsbestemt, kan valgene vi tar (i rollen som observatører) være helt åpne fordi lavnivålovene som styrer partikler ikke er de samme som høynivålovene som styrer menneskelig bevissthet. Vi har altså en innflytelse på universet.
Det som fortsatt er en gåte, er hvorfor kvanteteori er så merkelig. Fysikere har derfor lansert en ny hypotese kalt "nesten kvanteteori", som er enda mer bisarr enn kvanteteori. Det som er interessant, er at forskerne snart kan sette opp eksperimenter som kan teste hypotesen. Hvis hypotesen består, vil det starte en nytt kapittel for fysikken i mikrokosmos.
Er vi med på å skaper vi rom-tid?
Slike ideer ble til for 30 år siden, da forskere lurte på om det var ett enkelt grunnprinsipp i hjertet av kvanteteorien. Man sammenlikner kvanteteorien med Einsteins teori om spesiell relativitet. I sistnevnte er det grunnleggende prinsipp at ingenting kan reise raskere enn lys. Hvis kvanteteori på samme måte kan utledes fra ett enkelt prinsipp, en slags kvanteessens, ville den ikke bare vært en stor oppdagelse, men en blikk inn i hvor all rarheten egentlig kommer fra.
I 1994 arbeidet Sandu Popescu og Daniel Rohrlich med dette. De kom opp med en potensiell teori om fysikk som matematisk formaliserte bare to enkle prinsipper:
For det første kan ingen signaler gå raskere enn lysets hastighet.
Ikke-lokalitet gjelder i virkeligheten.
Det viste seg at ideen deres, kjent som PR-bokser, tillot mye sterkere korrelasjoner enn vi observerer. En Bell-test ville gi det riktige svaret 100 prosent av tiden.
John Stewart Bells teorem fra 1964 tilsier at hvis naturen faktisk opererer i samsvar med en teori om lokale skjulte variabler, vil resultatene av en Bell-test begrenses på en spesiell, kvantifiserbar måte. Dette startet med at Bell oppdaget at en kollega hadde en vane med å bruke en forskjellig farget sokk på hver fot. Dette betydde at så snart du så at en av Bertlmanns sokker var rosa, for eksempel, så visste du at den andre ikke ville være rosa.
Bell syntes dette hørtes mistenkelig ut som sammenfiltring (entanglement). Det fikk ham til å lure på om sammenfiltring var så rart som det virket. Sokkeanekdoten kan lett nok forklares med Bertlmanns valg mens han kledde seg. Kan korrespondansen mellom sammenfiltrede partikler være på samme måte forhåndsbestemt – og dermed forklart av hverdagslig, ikke-kvantefysikk?
Bells test innebærer å sammenfiltre to partikler og sende dem langt fra hverandre, til laboratorier hvor de kan måles på to forskjellige måter. Hver lab gjør én måling, uten å vite hvilken den andre laboratoriet har valgt, og bruker den til å forutsi ting om resultatet av den andre laboratoriets måling. Tenk på det som kvanteversjonen av å se på den rosa sokken og forutsi at den andre sokken ikke er rosa. De gjør dette mange ganger og teller opp antall riktige spådommer. Bell viste at hvis sammenfiltring kan forklares med hverdagslig, ikke-kvantefysikk, ville du få det riktige svaret i en Bell-test ikke mer enn 75 prosent av tiden. Når testen utføres på kvantesammenfiltrede partikler, dukker det riktige svaret opp 85 prosent av tiden.
Hvis et Bell-eksperiment utføres og resultatene ikke er begrenset på denne måten, kan de antatte lokale skjulte variablene ikke eksistere. Slike resultater vil støtte posisjonen om at det ikke er noen måte å forklare fenomenene i kvantemekanikken, i form av en mer grunnleggende beskrivelse av naturen som er mer i tråd med reglene for klassisk fysikk.
Det virker åpenbart feil med 100% riktig utfall på Bell-testen, men PR-bokser startet fra rimelige forutsetninger, så hvorfor var det feil? Miguel Navascués bestemte seg i 2009 for å omformulere reglene for kvanteteori, denne gangen med utgangspunkt i prinsippet om at ingenting reiser raskere enn lys og et nytt prinsipp kalt makroskopisk lokalitet. Sistnevnte sier at når vi beveger oss fra partikkelstore objekter til den større, makroskopiske verden, dukker reglene for klassisk fysikk opp og ikke-lokalitet forsvinner.
En Bell-test under disse forutsetningene viste at de riktige svarene for sammenfiltrede partikler må forekomme mindre enn 100 prosent av tiden. Det antydet at PR-bokser hadde gått av sporet fordi det utelot prinsippet om makroskopisk lokalitet. Det var nå en følelse av at denne typen forskning kan bringe oss nærmere å finne essensen av kvanteteori.
I 2009 forsøkte Marcin Pawłowski omformuleringstrikset igjen, denne gangen med utgangspunkt i et enkelt prinsipp kalt informasjonskausalitet. Dette sier at når to personer utveksler informasjon, kan den ene ikke motta mer enn den andre sendt. Dette viste seg å være avgjørende. En Bell-test utført under den resulterende formuleringen ville gi de riktige svarene 85 prosent av tiden, det maksimale nøyaktighetsnivået observert i ekte eksperimenter.
Det er viktig at vi finner ut om "nesten kvanteteori" kan bevises. Men det blir ikke lett. Den spår at partikler i visse situasjoner kan ha sterkere korrelasjoner enn vi noen gang har observert. Men per definisjon vil partikkelsystemene som er involvert, være vanskeligere å kontrollere og jobbe med. En måte å sette det på prøve kan være å gjennomføre en versjon av Bell-testen med tre partikler i stedet for to.
Det eneste problemet er at vi ennå ikke vet hva slags partikler som vil være best for slike tester. Kjente partikler som elektroner og fotoner vil sannsynligvis ikke avsløre mye. Men Navascués sier at det er systemer av kvantepartikler som vi alltid har kjempet for å kontrollere - partikler som kaoner, som er sammensatt av kvarker bundet sammen på en uvanlig måte. Han tror disse kan skjule post-kvantefysikk...
Du vil kanskje spørre om dette har noe betydning for makroverden? Kappløpet er i gang for å bygge kvante-internett, en unhackable online verden. Et sted å lete etter dette, er inne i kvantedatamaskiner. Her samhandler mange partikler på måter vi ikke alltid kan forstå. Forskerne lurer på om dersom de bygger større kvantedatamaskinene så vil man bryte en terskel. Plutselig oppfører partiklene seg ikke som de burde. Dette vil være et tegn på "nesten kvanteteori". Navascués er enig i at det å se på systemer der et stort antall partikler samhandler kan være fruktbar jord. Han planlegger en serie eksperimenter i Kina for å utforske hvordan de kan designe større kvantedatamaskiner og teste dem.
Hvis nesten kvanteteori viser seg å være sann, vil det få store implikasjoner. Evnen til å vikle inn partikler underbygger kvanteberegning og kvantekryptografi. Quantum computing lover en revolusjon ved å tilby en helt ny måte å gjøre beregninger på. Kvantekryptografi tilbyr en pålitelig måte å sikre kommunikasjon på og kan danne grunnlaget for et kvanteinternett. Hvis "nesten kvanteteori" stemmer, og vi kan styre sammenfiltring av partikler, så starter et nytt kapittel av vår teknologiske utvikling.
Comments