Kvantmystik

Att sära på två partiklar innebär inte alltid att man skiljer dem från varandra.

Att sära på två partiklar innebär inte alltid att man skiljer dem från varandra.

Kvantfysikens värld fungerar inte alls som den normala värld vi känner till från vardagslivet och som är grunden för vårt ”sunda förnuft”. Att det enkla kriteriet att energi bara kan skyfflas över i vissa bestämda ­paket (kvanta) skulle orsaka sådana förändringar i världsbilden var inget som någon först förväntade sig.

Einstein brukar ofta citeras: ”Gud spelar inte tärning med universum”, och visst var han missnöjd med hur kvantfysiken fick en fundamental sannolikhet – eller slump om man så vill – inbyggd i sig. Men framförallt var han övertygad om att kvant­fysiken var ofullständig och måste kompletteras med något nytt.

1935 skrev han, tillsammans med ­medarbetarna Podolsky och Rosen, en ­artikel som verkade visa just detta. Idén var att en mätning på en av partiklarna av två kvantsammanflätade – alltså där partikelparet beskrivs av en och samma vågfunktion – inte omedelbart skulle kunna påverka den andra partikeln, eftersom det skulle strida mot Einsteins egen relativitetsteori där inget kan röra sig snabbare än ljuset. Information om den ena partikelns tillstånd skulle alltså inte kunna överföras till den andra utan ljushastighetens tidsfördröjning. Men kvantfysiken förutsäger att just detta kan ske.

EPR-artikeln, som den numera kallas, visade att kvantfysiken måste kompletteras för att kunna ge en godtagbar lokal och realistisk modell av verkligheten. ”Lokal” betyder att inget runtomkring kan påverkas snabbare än ljuset. ”Realistisk” betyder att verkligheten finns i ett visst tillstånd oavsett om vi tittar efter eller inte.

Länge var denna fråga enbart filosofisk, men 1964 bevisade John Bell ett teorem som i princip gjorde frågan öppen för experiment. Bells teorem är alltid uppfyllt för en lokalt realistisk modell, men kan brytas av kvantmekaniken för vissa inställningar på experimentet. Detta testades för första gången av Clauser & Freedman, och oberoende av Holt, 1972. Kvantmekanikens förutsägelser visade sig stämma, medan en lokalt realistisk modell inte kunde förklara resultaten.

Experimenten går enkelt uttryckt ut på att partiklarna i ett sammanflätat par skickas iväg åt ­varsitt håll. När den ena partikeln observeras ”­bestämmer” den sig för vilket tillstånd den ska ­befinna sig i – och det gör även den andra partikeln­; omedelbart, oavsett avstånd och beroende på vad den första partikeln bestämt sig för. En ”spöklik ­avståndsverkan” som Einstein uttryckte det.

Problemet är att det finns en massa kryphål i testerna, varav de viktigaste är lokalitetskryphålet och detektionskryphålet. Det första avser att mätapparaterna i de bägge ändarna kan ­kommunicera (och eventuellt i princip ”konspirera”) innan ­experimentet – men det täpptes till av Aspect och hans medarbetare 1982 genom att de slumpmässigt ­varierade vad som skulle mätas efter att partiklarna lämnat källan men innan de kommit fram.

Det andra kryphålet uppkommer om detekto­rerna registrerar för få (färre än två tredjedelar) av de sekundära partiklarna i paret. Idag kan man observera nästan 100 procent av de sekundära partiklarna, så det kryphålet är tilltäppt.

Men det skulle ta ända till 2015 innan bägge kryphålen kunde täppas till samtidigt. Det gjordes av tre oberoende experimentgrupper – Hanson/Zeilinger/Shalm, och deras ­respektive medarbetare.

Så det verkar som att ­Einstein hade fel: en lokalt realistisk värld verkar inte vara vad vi ­lever i. Eftersom det inte går att peka ut vilket kriterium som fallerar kan du själv välja värld:

• En värld som alltid finns oavsett om vi observerar den ­eller inte, men där allt (i ­princip) står i en mystisk ­omedelbar kontakt med allt annat.

• En värld som inte finns om vi inte observerar den, och där ljusets hastighet är den högsta.

Oavsett vad du väljer är det inget som rimmar med vårt normala sunda förnuft. Idag har man dock börjat nosa på att faktiskt använda dessa märkligheter för att uppnå vad som kallas kvantinformationsrevolutionen: kvantkryptografi, kvantkommunikation, kvantdatorer, kvantteleportering, kvantbiologi, etc.

Men inget experiment kan någonsin vara helt fritt från kryphål. Ett som aldrig går att täta är ”fri vilja-kryphålet”. Om allt vi gör är till 100 procent bestämt i förväg så har vi ingen frihet att välja vad vi mäter i experim­enten, och naturen kan ”lura” oss trots att världen kanske är lokalt realistisk.

Men en sådan superdeterministisk värld känns ärligt talat lite tråkig … trots att inget i de nu kända natur­lagarna innehåller någon term för fri vilja. Hur den uppstår, om den nu alls gör det, är ett mysterium. 

Material från
Allt om Vetenskap nr 5 - 2016

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter