Danske Niels Bohr og tysk-sveitsiske Albert Einstein fotografert sammen en gang på slutten av 1920-tallet. Bohrs kvantefysiske teorier var harde å svelge for Einstein. (Foto: Science Photo Library/NTB scanpix)
Danske Niels Bohr og tysk-sveitsiske Albert Einstein fotografert sammen en gang på slutten av 1920-tallet. Bohrs kvantefysiske teorier var harde å svelge for Einstein. (Foto: Science Photo Library/NTB scanpix)

Bli med på verdensomspennende kvantefysisk eksperiment

Hvis du tror du har fri vilje, kan du nå hjelpe fysikere på vei mot enda sikrere kunnskap om hvordan de aller minste partiklene oppfører seg. Et spørsmål Niels Bohr og Albert Einstein aldri ble enige om.

Published

De fleste vil være enige i følgende to påstander:

  • Verden eksisterer uavhengig av om noen observerer den.
  • Ting som skal påvirke hverandre, må enten være nær hverandre eller sende signaler til hverandre.

Det er bare ett problem, nemlig kvantefysikken. Når vi har å gjøre med de aller bitteminste partiklene, er det nemlig fullt mulig å bryte begge prinsippene.

Noe kan eksistere først idet det blir observert. Og partikler ser ut til å kunne påvirke hverandre selv om de flyr med lysets hastighet i hver sin retning. Altså så fort at det er umulig for et eventuelt signal å holde følge.

Du kan lese mer om dette her: Nye beviser for at verden ikke virker som den burde

– Det er snakk om partikkelpar som er sammenfiltret; en kvantemekanisk tilstand hvor de har et nærere forhold til hverandre enn det vi er vant til i klassisk fysikk, forklarer professor Jon Magne Leinaas ved Universitetet i Oslo.

Oppspinn eller nedspinn

Slike sammenfiltrede par av partikler lages i et laboratorium. De har hver sine egenskaper. De spinner for eksempel i hver sin retning. Idet du observerer at den ene partikkelen spinner opp, vil du samtidig kunne observere at den andre spinner ned. Den ene observasjonen ser ut til å styre den andre selv om de suser hver sin vei i lysets hastighet.

Det ser faktisk ut til at de har kontakt med hverandre over store avstander.

Denne teorien er ikke ny, men den blir sikrere og sikrere for hvert nye eksperiment forskerne gjennomfører. Og det er her du kommer inn i bildet. Nå vil de ha med deg for å bli enda sikrere på at verden, i hvert fall kvanteverden, ikke er slik vi intuitivt tror.

– Siden dette er et brudd med vårt grunnleggende syn på naturen, må man gjøre det enda mer sikkert med enda mer omfattende eksperimenter, sier Leinaas til forskning.no.

Bohr eller Einstein

Diskusjonene går helt tilbake til Niels Bohr og Albert Einstein på 1920- og 1930-tallet. Og om du synes teoriene er vanskelig å forstå, kan du trøste deg med at også Einstein var skeptisk da Bohr antydet at de bittebittebittesmå partiklene kunne ha slike egenskaper.

Problemet til Bohr og Einstein var at de ikke hadde muligheten til å teste hypotesene i eksperimenter. Og da blir det vanskelig å si hvem som har rett.

I 1965 klarte den nordirske fysikeren John Stewart Bell å formulere hva som skal til for å måle om kvantefysikken hadde rett i å være på kant med både klassisk fysikk og vår intuisjon. Han fant ut hva som skal til for å være sikker på at det ikke finnes skjulte variabler, altså noe forskerne ennå ikke hadde oppdaget, som kunne forklare oppførselen til de sammenfiltrede partiklene.

Det er en slik test du kan være med på 30. november.

En kunstnerisk fraemstilling av såkalt kvantesammenfiltring. To partikler ser ut til å være knyttet sammen på tvers av tid og rom. Endringer i av en av partiklene, for eksempel en observasjon eller en måling, vil påvirke den andre uavhengig av avstanden mellom dem. (Foto: Science Photo Library/NTB scanpix)
En kunstnerisk fraemstilling av såkalt kvantesammenfiltring. To partikler ser ut til å være knyttet sammen på tvers av tid og rom. Endringer i av en av partiklene, for eksempel en observasjon eller en måling, vil påvirke den andre uavhengig av avstanden mellom dem. (Foto: Science Photo Library/NTB scanpix)

Tetter smutthull

I 1983 gjennomførte Alain Aspect det første eksperimentet etter Bells prinsipper. Men det fantes smutthull – muligheter for at naturen hadde skjulte metoder for å la de to partiklene påvirke hverandre.

Siden har det kommet nye og bedre eksperimenter for å fjerne alle mulige feilkilder ved målingene. For hvert framskritt får naturen et smutthull mindre den kan gjemme seg bak.

– Eksperimentene de senere år går ut på å eliminere muligheten for påvirkning utenfra, så det er utelukket at det er noe signal som har gått fra den ene til den andre, slår Leinaas fast.

For å få til dette er det viktig at målingene foregår helt tilfeldig og med minst mulig tidsforskjell. Slik unngår man at målingen på den ene partikkelen påvirker målingen på partikkelen den tidligere var sammenfiltret med.

– Som Bell sa er det viktig at disse målingene er fullstendig fri og uavhengige, sier Leinaas.

Og det er her du kommer inn.

I tidligere eksperimenter er det nemlig datamaskiner som har stått for tilfeldighetene gjennom såkalte vilkårlige tallgeneratorer. Nå er det din tur.

Hva er det så du har som en datamaskin ikke har?

Fri vilje

– Rent filosofisk så kan det være slik at de antatt «tilfeldige tallene» genereres på en måte som er forutbestemt rekkefølge som ble avgjort en gang for alle i forbindelse med Big Bang, sier professor Jan-Åke Larsson ved Linköpings universitet.

Han er involvert i onsdagens store kvantefysikk-happening.

– Men vi mennesker har en fri vilje. De fleste av oss tror i hvert fall det, sier han i en pressemelding.

Og det er det de nå skal utnytte.

0 eller 1?

Fysikere fra hele verden inviterer deg nå til en verdensomspennende Bell-test. De trenger minst 30 000 deltakere til et slags dataspill. Gjennom ditt bidrag, som består av en selvvalgt sekvens med 0-er og 1-tall, skal de sikre tilfeldighetene i målingene.

– Hver gang du trykker på en knapp, 0 eller 1, sendes et signal til en sentral server, sier en av initiativtagerne, Carlos Abellan, som doktorgradsstudent ved Institute of Photonic Sciences (ICFO) i Barcelona.

På denne serveren samles signalene inn og sorteres etter tidspunkt for ankomst før de sendes videre til laboratoriene. Din frie vilje og din uforutsigbarhet sørger for at tilfeldighetene råder i de totalt 13 eksperimentene.

Slik så det blant annet ut inne i spillet der forskerne ville ha deg til å taste inn 0-er og 1-tall. (Foto: (Skjermdump: Fra The Big Bell Test))
Slik så det blant annet ut inne i spillet der forskerne ville ha deg til å taste inn 0-er og 1-tall. (Foto: (Skjermdump: Fra The Big Bell Test))

– Ved å gjennomføre disse uforutsigbare målingene kan vi lære en masse ting om dem, og derfor om den underliggende mekanismen av universet, sier Abellan i en e-post til forskning.no.

Målet er først og fremst å gjøre det enda mer sikkert at det ikke er noen påvirkning fra omgivelsene på selve måleapparatene.

– De utnytter det at mennesker har et fritt valg. Hvis noen gjør et valg, så kan ikke det være noen sammenheng med det valget som de andre gjør, sier UiO-professor Jon Magne Leinaas. Han deltar ikke i eksperimentene selv.

Spektakulært

– Det er en litt ukonvensjonell måte å få disse valgene til å bli helt uavhengig av hverandre, sier han om fysikernes invitasjon til verdens befolkning.

For det kan jo tolkes som et forsøk på å få oppmerksomhet rundt noe folk vanligvis ikke er så opptatt av.

– De gjør det til noe mer spektakulært siden de involverer så mange mennesker og så mange steder. De gjør det til en felles innsats for å få det enda mer sikkert.

Leinaas tror de vil lykkes i å gjøre det vilkårlige valget mellom hvilke målinger som skal gjøres, enda mer uavhengig av hverandre.

Men han tror ikke eksperimentet vil avsløre store hemmeligheter ved naturen som vi ikke visste om fra før.

– Her er det snakk om å tette små smutthull ved å utnytte menneskets frie valg, sier han. – Menneskets frie vilje garanterer at det ikke er noen sammenheng mellom det man måler på de to stedene.

Og det er fristende å dra i gang den diskusjonen: Er det så sikkert at vi gjør frie valg? Men det har vi ikke plass til her.

Om vi ikke har fri vilje, vil det fortsatt være et smutthull, en mikroskopisk mulighet for at naturen har en hemmelighet på lur, en måte å sende signaler fortere enn lyset fra en partikkel til en annen.