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:

“Tell your son to stop trying to fill your head with science — for to fill your heart with love is enough!”
Richard Feynman, nobelpristagare i fysik

Hur blir man quantum chic i stället för quantum clueless?

:: Hej Irina! Jag hittade nyligen till din blogg och måste säga att jag är hooked! Du är fantastisk på att förklara och få in många synvinklar på saker och ting som ar med LOA att göra. Undrar om du har något tips på vart kvantfysik kan studeras närmare? Några egna erfarenheter kanske? Varma kramar!

Tack & varma hugs tillbaka! :) Kvantfysik är verkligen fascinerande, speciellt när man ser parallellerna till läran om attraktionslagen. Båda handlar ju om exakt samma sak: om hur energi beter sig och om vad vår realitet egentligen är för något. Jag har inte försökt sätta mig in i den matematiska delen av kvantfysiken men gillar att läsa om principerna samt följa med nyheterna. De sistnämnda är som en spännande följetong, forskarna gör hela tiden nya upptäckter men ju fler frågor man besvarar desto fler nya mysterier dyker det upp.

Ett av de senaste jubelropen orsakades av att man äntligen identifierat den tidigare endast hypotetiska Higgsbosonen som behövs för att standardmodellen ska stämma. Bosonen förklarar hur allting i universum får en massa och brukar även kallas “gudspartikeln”.

Standardmodellen = en beskrivning av alla kända elementarpartiklar och deras växelverkan med varandra. Elementarpartikel = en partikel som i sin tur inte är uppbyggd av andra partiklar… ett relativt begrepp med tanke på att forskare ständigt upptäcker att inget är så litet att det inte kan sönderdelas i ännu mindre delar. Tiden när atomen troddes vara odelbar är över för länge sen, och protoner och neutroner också. Vi är nere på kvarknivå nu… fast en pimeson är faktiskt uppbyggd av två kvarkar, så bli inte för hemmastadda där. ;)

Den rådande standardmodellen låter inte heller någon vila på lagrarna. Den ger en mycket tillfredsställande beskrivning av universum… om man bara kunde ignorera gravitationskraften. Haha yes, att kvantpartiklar inte visar minsta respekt för den klassiska fysikens lagar är definitivt en issue (läs mer här). Därför är forskarnas våta dröm fortfarande att finna en “teori om allt”, en modell som inbegriper både elektromagnetisk, svag och stark växelverkan samt gravitation.

Men för att återgå till din fråga, kvantfysik kan med fördel studeras i högskola / på universitet – vilket jag som vanligt inte gjorde. Jag råkade få syn på en spännande artikel i Scientific America, och förstod först ingenting alls förutom att de försökte förklara attraktionslagen på ett krångligare sätt än nödvändigt. Men sen gick jag plötsligt igång på den torrsexiga terminologin och beslöt att sätta mig in i ämnet lite bättre. Läste mig in på bastermerna med hjälp av Wikipedia och Quantum Physics For Dummies (när man inte ens vet vad en foton är, då får man börja längst ner i botten) och upptäckte därefter att YouTube innehåller en massa trevliga klipp där olika begrepp och fenomen förklaras av proffsen själva. Nuförtiden brukar jag också hålla ett öga på Science Daily och läsa senaste nytt i tidningar typ New Scientist.

Det här sättet att “studera” kvantfysik är bara att skumma på ytan men tillfredsställer ändå min nyfikenhet (som kanske eller kanske inte växer sig större i framtiden). Och med mina nuvarande kunskaper skulle en riktig kvantforskare bara anse mig vara 99% clueless i ämnet, vilket är mer än vad 99% av befolkningen kan skryta med. Plus att jag även kan innehållet i senaste Harper’s Bazaar. ;)

Så är du också intresserade av ämnet, låt inget avskräcka dig. Det är inte krångligare än man gör det för sig. Börja på en nivå som känns kul och bekväm & happy researching framåt!