En fysiker är endast en atoms sätt att betrakta sig själv

Jag ber så mycket om ursäkt, har helt glömt bort att hålla er uppdaterade om nya happenings inom kvantfysiken. Ni kan ju omöjligt överleva på enbart Grant-nyheter och kaninbilder. ;)

Well, här är best of majnumret av New Scientist (denna artikel): forskarna är nu på allvar beredda att överge idén om att man kan få en objektiv bild av verkligheten!

Som ni lärde er i mitt tidigare kvantuminlägg gäller Newtons fysiklagar endast på makronivå, går man ner på atomnivå händer mystiska saker som man hittills inte kunnat förklara. Hur kan atomer och dess partiklar förflytta sig genom väggar (tunneling) och befinna sig på flera ställen samtidigt (superposition) utan att makroobjekt som består av dessa atomer uppvisar samma egenskaper? Varför kan en katts beståndsdelar gå rakt genom ett berg samt både röra sig och stå stilla samtidigt medan summan av dessa beståndsdelar, den fysiska katten, inte klarar av samma sak.

År 2001 började några forskare utveckla en ny modell som är tänkt att eliminera dessa kvantumparadoxer.

De lyckades genom att placera verkligheten in i observatören i stället för att låta observatören stå vid sidan av verkligheten och betrakta den utifrån. Dittills hade man nämligen ansett att ett fysikaliskt systems vågfunktion (”kartan” över alla dess möjliga positioner) var objektiv realitet. En observatör fick den att kollapsa till en av de möjliga utgångarna och utfallet beräknades i enlighet med den frekventistiska tolkningen av sannolikheter.

På svenska: om man singlar slant övergår möjligheterna krona/klave till att vara definitivt krona eller definitivt klave så fort man observerar det landade myntet – man har alltså ”kollapsat” flera potentiella resultat till att vara endast ett. En frekventistisk tolkning av sannolikheter innebär i detta exempel följande: om man singlar en slant oändligt många gånger så blir det krona i 50% av fallen och klave i 50% av fallen.

På sunt förnuft: det skulle vara totalt korkat att delta i ett lottospel efter att ha fått veta att samma person har vunnit det varje vecka i tio års tid. Trots att en strikt frekventist kunde argumentera att resultatet av tidigare dragningar inte har någon effekt på framtida resultat skulle ingen i praktiken ignorera de tidigare veckornas resultat. I stället skulle sunda förnuftet säga att vi borde handla utifrån de bästa tillgängliga bevisen.

Och då säger vi hej och välkommen till bayesiansk statistik! Den som hävdar att empiriska observationer förändrar vår kunskap om ett osäkert/okänt fenomen och att sannolikheter inte är objektiva, utan subjektiva.

Den nya modellen, som heter kvantum Bayesianism (QBism), kommer med följande påstående: vågfunktioner representerar inte några objektiva sanningar om saker i den riktiga världen. Vågfunktioner är endast subjektiva redskap som observatören använder för att organisera sin osäkerhet om en mätning innan den utförs. Observatören använder alltså sin ”karta över möjligheter” för att kalkylera fram sina personliga övertygelsebaserade sannolikheter om vilka egenskaper kvantsystemet kommer att uppvisa. En annan observatör, som utgår ifrån en vågfunktion baserad på annan kunskap, kan komma till en helt annan slutsats om samma kvantsystem. Ett kvantsystem kan ha lika många vågfunktioner som det finns observatörer. Och det är inte förrän observatörerna har kommunicerat med varandra och modifierat sina personliga vågfunktioner för att inkludera den nya informationen de gett varandra, som det uppstår en enig världsbild mellan dem. Börjar det låta bekant? ;)

Att observatören har inverkan på kvantsystemet han observerar är inget nytt men enligt tidigare tolkningar fick man, genom att kollapsa en vågfunktion, saker att hända i den riktiga världen. Enligt QBism är observationen endast en skapelse av en personlig upplevelse. Vad som skapas är alltså inte en ny verklighet utan en ny upplevelse för observatören. En mätning (observation) avslöjar inte hur saker ”är” och får inte saker att hända i den riktiga världen (om det ens kan existera en sådan utan en observatör…) – en mätning får saker att hända i vårt medvetande. Så här heter det på ”qbistiska”:

A measurement does not, as the term unfortunately suggests, reveal a pre-existing state of affairs. It is an action on the world by an agent that results in the creation of an outcome — a new experience for that agent.

En vågfunktion är endast en beskrivning av observatörens övertygelser. Kartan över olika möjligheter finns alltså i vårt medvetande och är endast ett flytande redskap vi använder för att tolka vår omgivning.

QBismen eliminerar elegant absurda påståenden som den klassiska kvantmekaniken tampas med, t. ex. den om att katter både är levande och döda. Ni som har glömt det klassiska tankeexperimentet om Shrödingers katt ska nu få en update. Vad? Varför just en katt, undrar ni? Här är orsaken:

Haha, sorry. Anyway, en katt placeras i en sluten låda. I lådan placeras även en bit radioaktivt ämne med 50 % sannolikhet att sönderfalla inom en timme, samt en geigermätare kopplad till en hammare som krossar en flaska cyanid om sönderfall registreras, varvid katten skulle dö.

Enligt det klassiskt kvantmekaniska synsättet (Köpenhamnstolkningen) beskriver vågfunktionen kvantsystemet, dvs. katten. Innan en observatör tittar in i lådan befinner kvantsystemet sig i superposition av både ”levande” och ”död”. Observationen kollapsar kvantsystemet (katten) till ett av dessa lägen.

Enligt QBismen beskriver vågfunktionen observatörens mentala tillstånd. Det är den som befinner sig i superposition. Det är alltså inte katten som är ”osäker”, det är observatören som är det. Katten är antingen död eller levande, och observatören bestämmer vilket.

QBisterna Caves, Fuchs och Schack och frekventisten Mermin ägnade ett helt decennium åt att argumentera det här innan den sistnämnde insåg att han också är en QBist och kom ut ur skåpet. Tillsammans med de två andra publicerade han nyligen denna slutsats som avslutas med följande ord:

We bring QBism to the reader’s attention because it corrects a profound misconception in our general view of science, which led us into major confusion in the 20th century. Now that we are well into the 21st and we all agree that quantum mechanics works spectacularly well for every practical purpose, surely it is time to expand our ancient view of the nature of science, to dispel the murkiness that has obscured the foundations of the theory for too long.

Hehe, nu ska vi se hur länge det tar för dem att komma på den logiska fortsättningen av sin egen idé: ”wow, jag har ju möjlighet att förändra mina övertygelser (alltså vågfunktionen) och därmed kollapsa kvantsystemen fördelaktigt för mig!”. Ni som inte orkar vänta på deras kommande rapporter om det här kan läsa attraktionslagen.info redan idag… ;) Eller bara följa rådet som den allra klipskaste forskaren gett utan att fatta hur vetenskapligt det egentligen är: