Teorin om kvantmekanik stöds väl av experiment. Nu, dock, ett tankeexperiment av ETH -fysiker ger oväntade motsättningar. Dessa fynd väcker några grundläggande frågor - och de är polariserande experter.

Det finns sannolikt ingen annan vetenskaplig teori som stöds lika bra som kvantmekanik. I nästan 100 år nu, det har upprepade gånger bekräftats med mycket exakta experiment, men fysiker är fortfarande inte helt nöjda. Även om kvantmekanik beskriver händelser på mikroskopisk nivå mycket exakt, den kommer emot sina gränser med större föremål - särskilt föremål som tyngdkraften spelar en roll för. Kvantmekanik kan inte beskriva planeters beteende, till exempel, som förblir domänen för teorin om allmän relativitet. Denna teori, i tur och ordning, kan inte korrekt beskriva småskaliga processer. Många fysiker dröm därför att kombinera kvantmekaniken med relativitets att bilda en koherent världsbild.

Mot större föremål

Även om båda teorierna beskriver de fysiska processerna inom deras domäner mycket exakt, de skiljer sig mycket åt. Hur kan de kombineras? En möjlighet är att utföra kvant fysikaliska experiment med allt större föremål i hopp om att avvikelser så småningom kommer att visas som pekar på möjliga lösningar. Men fysiker måste arbeta inom snäva begränsningar. Det berömda dubbelspaltsexperimentet, till exempel, som kan användas för att visa att fasta partiklar samtidigt beter sig som vågor, kan inte utföras med vardagliga föremål.

Tankeexperiment, å andra sidan, kan användas för att överskrida gränserna för den makroskopiska världen. Renato Renner, professor i teoretisk fysik, och hans tidigare doktorand Daniela Frauchiger har genomfört ett sådant tankeexperiment i en publikation i Naturkommunikation . På ett ungefär, i deras tankeexperiment, de två överväger en hypotetisk fysiker som undersöker ett kvantmekaniskt objekt och använder sedan kvantmekanik för att beräkna vad den fysikern kommer att observera. Enligt vår nuvarande världsbild, denna indirekta observation bör ge samma resultat som direkt observation, ändå visar parets beräkningar att så inte är fallet. Förutsägelsen om vad fysikern kommer att observera är exakt motsatsen till vad som skulle mätas direkt, skapa en paradoxal situation.

Inga enkla lösningar

Även om tankeexperimentet först nu officiellt publiceras i en vetenskaplig tidskrift, det har redan blivit ett diskussionsämne bland experter. Eftersom publiceringsprocessen upprepade gånger försenades, andra publikationer tar redan upp fynden - i sig en paradoxal situation, Renner noterar.

Den vanligaste initiala reaktionen från hans kollegor på området är att ifrågasätta beräkningarna, Renner säger, men hittills, ingen har lyckats motbevisa dem. En granskare medgav att han under tiden hade gjort fem försök att hitta ett fel i beräkningarna - utan framgång. Andra kollegor presenterade konkreta förklaringar till hur paradoxen kan lösas. Vid närmare granskning, fastän, de visade sig alltid vara ad hoc -lösningar som faktiskt inte löser problemet.

Förvirrande slutsatser

Renner tycker att det är anmärkningsvärt att frågan uppenbarligen polariserar människor. Han blev förvånad över att notera att några av hans kollegor reagerade mycket känslomässigt på hans fynd - troligen på grund av att de två uppenbara slutsatserna från Renner och Frauchigers resultat är lika förvirrande. Den ena förklaringen är att kvantmekanik tydligen inte är, som man tidigare trodde, universellt tillämplig och kan därför inte appliceras på stora föremål. Men hur är det möjligt att en teori är inkonsekvent när den upprepade gånger har blivit så tydligt bekräftad av experiment? Den andra förklaringen är att fysik, som politik, lider av brist på tydliga fakta, och att det finns andra möjligheter än vad vi anser vara sant.

Renner har svårigheter med båda dessa tolkningar. Han tror snarare att paradoxen kommer att lösas på något annat sätt:"När vi ser tillbaka på historien, vid sådana här stunder, lösningen kom ofta från en oväntad håll, "förklarar han. Theory of General Relativity, till exempel, som löste motsättningar i Newtons fysik, bygger på insikten att begreppet tid som det vanligen förstod då var fel.

"Vårt jobb nu är att undersöka om vårt tankeexperiment antar saker som inte borde antas i den formen, "Säger Renner." Och vem vet, kanske vi till och med måste revidera vårt begrepp om rum och tid igen. "För Renner, det skulle definitivt vara ett tilltalande alternativ:"Det är först när vi i grunden omprövar befintliga teorier som vi får djupare insikter om hur naturen verkligen fungerar."