Kan to versjoner av virkeligheten eksistere samtidig? Fysikere sier at de kan - på kvantnivå, altså.
Forskere gjennomførte nylig eksperimenter for å svare på et tiår gammelt teoretisk fysikkspørsmål om duellere realiteter. Dette vanskelige tankeeksperimentet foreslo at to individer som observerte det samme fotonet, kunne komme til forskjellige konklusjoner om fotonens tilstand - og likevel ville begge observasjonene deres være korrekte.
For første gang har forskere kopiert forholdene som er beskrevet i tankeeksperimentet. Resultatene deres, publisert 13. februar i preprint-tidsskriftet arXiv, bekreftet at selv når observatører beskrev forskjellige tilstander i samme foton, kan de to motstridende realitetene begge være sanne.
"Du kan bekrefte dem begge," sa studieforfatter Martin Ringbauer, en postdoktorisk forsker ved Institutt for eksperimentell fysikk ved University of Innsbrück i Østerrike, til Live Science.
Wiggers venn
Denne forvirrende ideen var hjernen til Eugene Wigner, vinneren av Nobelprisen for fysikk i 1963. I 1961 hadde Wigner introdusert et tankeeksperiment som ble kjent som "Wigners venn." Det begynner med et foton - en lyspartikkel. Når en observatør i et isolert laboratorium måler fotonet, finner de at partikkelens polarisering - aksen den spinner på - er enten vertikal eller horisontal.
Før fotonet måles, viser fotonet imidlertid begge polarisasjoner på en gang, som diktert av kvantemekanikkens lover; den eksisterer i en "superposisjon" av to mulige stater.
Når personen på laboratoriet måler fotonet, antar partikkelen en fast polarisering. Men for noen utenfor det lukkede laboratoriet som ikke vet resultatet av målingene, er det ikke-målte fotonet fortsatt i en superposisjonstilstand.
Den utenforstående observasjonen - deres virkelighet - avviker derfor fra virkeligheten til personen i laboratoriet som målte fotonet. Likevel er ingen av de motstridende observasjonene antatt å være feil, ifølge kvantemekanikken.
Endrede stater
I flere tiår var Wigners tankebøyende forslag bare et interessant tankeeksperiment. Men de siste årene gjorde viktige fremskritt innen fysikk endelig eksperter i stand til å sette Wigners forslag på prøve, sa Ringbauer.
"Det var nødvendig med teoretiske fremskritt for å formulere problemet på en måte som er testbar. Deretter trengte den eksperimentelle siden utviklingen i kontrollen av kvantesystemer for å implementere noe sånt," forklarte han.
Ringbauer og kollegene testet Wigners originale ide med et enda strengere eksperiment som doblet scenariet. De utpekte to "laboratorier" der eksperimentene skulle finne sted og introduserte to par sammenfiltrede fotoner, noe som betyr at skjebnene deres var knyttet sammen, slik at det å vite tilstanden til den ene automatisk forteller deg tilstanden til den andre. (Fotonene i oppsettet var ekte. Fire "personer" i scenariet - "Alice", "Bob" og en "venn" av hver - var ikke ekte, men representerte i stedet observatører av eksperimentet).
De to vennene til Alice og Bob, som var "inne" i hver av laboratoriene, målte hver sitt foton i et sammenfiltret par. Dette brøt sammenfiltringen og kollapset superposisjonen, noe som betyr at fotonet de målte eksisterte i en klar polariseringstilstand. De registrerte resultatene i kvantehukommelse - kopiert i polarisasjonen av det andre fotonet.
Alice og Bob, som var "utenfor" de lukkede laboratoriene, ble deretter presentert for to valg for å gjennomføre sine egne observasjoner. De kunne måle vennenes resultater som ble lagret i kvanteminne, og derved komme til de samme konklusjonene om de polariserte fotonene.
Men de kunne også gjennomføre sitt eget eksperiment mellom de sammenfiltrede fotonene. I dette eksperimentet, kjent som et interferenseksperiment, hvis fotonene fungerer som bølger og fremdeles eksisterer i en superposisjon av tilstander, ville Alice og Bob se et karakteristisk mønster av lyse og mørke frynser, der toppene og dalene til lysbølgene legger til opp eller avbryt hverandre. Hvis partiklene har "valgt" sin tilstand, vil du se et annet mønster enn om de ikke hadde gjort det. Wigner hadde tidligere foreslått at dette ville avsløre at fotonene fortsatt var i en sammenfiltret tilstand.
Forfatterne av den nye studien fant at selv i deres doble scenario holdt resultatene beskrevet av Wigner. Alice og Bob kunne komme til konklusjoner om fotonene som var riktige og beviselige, og som likevel skilte seg fra observasjonene fra vennene deres - som også var korrekte og beviselige, ifølge studien.
Kvantemekanikk beskriver hvordan verden fungerer i en så liten skala at fysikkens normale regler ikke lenger gjelder; over mange tiår har eksperter som studerer feltet tilbudt en rekke tolkninger av hva det betyr, sa Ringbauer.
Imidlertid, hvis målinger i seg selv ikke er absolutte - som disse nye funn antyder - som utfordrer selve betydningen av kvantemekanikk.
"Det virker som om, i motsetning til klassisk fysikk, måleresultater ikke kan betraktes som absolutt sannhet, men må forstås relativt til observatøren som utførte målingen," sa Ringbauer.
"Historiene vi forteller om kvantemekanikk, må tilpasse seg det," sa han.
