Alternativa fakta sprider sig som ett virus i samhället. Nu verkar det som om de till och med har infekterat vetenskapen - åtminstone kvantvärlden. Detta kan verka kontraintuitivt. Den vetenskapliga metoden bygger trots allt på tillförlitliga observationsföreställningar, mätning och repeterbarhet. Ett faktum, som fastställts genom en mätning, bör vara objektiv, så att alla observatörer kan hålla med om det.

Men i en tidning som nyligen publicerades i Vetenskapliga framsteg , vi visar att i mikrovärlden av atomer och partiklar som styrs av kvantmekanikens konstiga regler, två olika observatörer har rätt till sina egna fakta. Med andra ord, enligt vår bästa teori om naturens byggstenar, fakta kan faktiskt vara subjektiva.

Observatörer är kraftfulla aktörer i kvantvärlden. Enligt teorin, partiklar kan finnas på flera ställen eller tillstånd samtidigt - detta kallas en superposition. Men märkligt, detta är bara fallet när de inte observeras. Den andra du observerar ett kvantsystem, den väljer en specifik plats eller tillstånd – bryter överlagringen. Det faktum att naturen beter sig så har bevisats flera gånger i labbet – till exempel, i det berömda dubbelslitsexperimentet (se video).

1961, fysikern Eugene Wigner föreslog ett provocerande tankeexperiment. Han ifrågasatte vad som skulle hända när man tillämpar kvantmekanik på en observatör som själv observeras. Föreställ dig att en vän till Wigner kastar ett kvantmynt – som är i en överlagring av både huvuden och svansar – i ett stängt laboratorium. Varje gång kompisen kastar myntet, de observerar ett bestämt resultat. Vi kan säga att Wigners vän slår fast ett faktum:resultatet av myntkastningen är definitivt huvud eller svans.

Wigner har inte tillgång till detta faktum utifrån, och enligt kvantmekaniken, måste beskriva vännen och myntet för att vara i en överlagring av alla möjliga resultat av experimentet. Det beror på att de är "intrasslade" - skrämmande anslutna så att om du manipulerar det ena manipulerar du också det andra. Wigner kan nu i princip verifiera denna superposition med hjälp av ett så kallat "interferensexperiment" - en typ av kvantmätning som låter dig reda ut superpositionen av ett helt system, bekräftar att två föremål är intrasslade.

När Wigner och vännen jämför anteckningar senare, vännen kommer att insistera på att de såg definitiva resultat för varje myntkast. Wigner, dock, kommer inte att hålla med när han observerade vän och mynt i en superposition.

Detta utgör en gåta. Den verklighet som vännen uppfattar kan inte förenas med verkligheten på utsidan. Wigner ansåg ursprungligen inte så mycket som en paradox, han hävdade att det skulle vara absurt att beskriva en medveten observatör som ett kvantobjekt. Dock, han avvek senare från denna uppfattning, och enligt formella läroböcker om kvantmekanik, beskrivningen är helt giltig.

Experimentet

Scenariot har länge förblivit ett intressant tankeexperiment. Men speglar det verkligheten? Vetenskapligt, det har gjorts små framsteg på detta tills helt nyligen, när Časlav Brukner vid universitetet i Wien visade att, under vissa antaganden, Wigners idé kan användas för att formellt bevisa att mätningar i kvantmekanik är subjektiva för observatörer.

Brukner föreslog ett sätt att testa denna uppfattning genom att översätta Wigners vänscenariot till ett ramverk som först etablerades av fysikern John Bell 1964. Brukner ansåg två par Wigners och vänner, i två separata lådor, utföra mätningar på ett delat tillstånd – i och utanför deras respektive box. Resultaten kan summeras för att i slutändan användas för att utvärdera en så kallad "Bell ojämlikhet". Om denna ojämlikhet kränks, observatörer kan ha alternativa fakta.

Vi har nu för första gången utfört detta test experimentellt vid Heriot-Watt University i Edinburgh på en småskalig kvantdator som består av tre par intrasslade fotoner. Det första fotonparet representerar mynten, och de andra två används för att utföra myntkastningen – mäta fotonernas polarisation – inuti deras respektive box. Utanför de två lådorna, två fotoner kvar på varje sida som också kan mätas.

Trots användning av toppmodern kvantteknik, det tog veckor att samla in tillräckligt med data från bara sex fotoner för att generera tillräckligt med statistik. Men till sist, vi lyckades visa att kvantmekanik verkligen kan vara oförenlig med antagandet om objektiva fakta - vi kränkte ojämlikheten!

Teorin, dock, bygger på några antaganden. Dessa inkluderar att mätresultaten inte påverkas av signaler som färdas över ljushastigheten och att observatörer är fria att välja vilka mätningar som ska göras. Så kan eller kanske inte är fallet.

En annan viktig fråga är om enstaka fotoner kan anses vara observatörer. I Brukners teoriförslag, observatörer behöver inte vara medvetna, de måste bara kunna fastställa fakta i form av ett mätresultat. En livlös detektor skulle därför vara en giltig observatör. Och lärobokens kvantmekanik ger oss ingen anledning att tro att en detektor, som kan göras så små som några få atomer, ska inte beskrivas som ett kvantobjekt precis som en foton. Det kan också vara möjligt att standard kvantmekanik inte gäller vid stora längdskalor, men att testa det är ett separat problem.

Detta experiment visar därför att åtminstone för lokala modeller av kvantmekanik, vi måste ompröva vår uppfattning om objektivitet. De fakta vi upplever i vår makroskopiska värld verkar förbli säkra, men en stor fråga uppstår om hur existerande tolkningar av kvantmekaniken kan rymma subjektiva fakta.

Vissa fysiker ser dessa nya utvecklingar som stödjande tolkningar som gör att mer än ett resultat kan inträffa för en observation, till exempel förekomsten av parallella universum där varje utfall inträffar. Andra ser det som övertygande bevis för i sig observatörsberoende teorier som Quantum Bayesianism, där en agents handlingar och erfarenheter är centrala frågor i teorin. Men ytterligare andra tar detta som en stark pekare på att kvantmekaniken kanske kommer att bryta ner över vissa komplexitetsskalor.

Det är uppenbart att dessa alla är djupt filosofiska frågor om verklighetens grundläggande natur. Oavsett svar, en intressant framtid väntar.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.