Du trenger ikke være Einstein for å henge med på prinsippet om lokalitet.
Det betyr rett og slett til at ting må være nær hverandre – eller sende signaler til hverandre – for å påvirke hverandre. Siden ingen signaler kan gå fortere enn lyset, tar det lenger tid å påvirke noe, jo lenger unna det ligger.
Prinsippet føles dypt logisk, og gjelder i all klassisk fysikk.
Men så kommer kvantemekanikken, da, og lager tull. Både teorien i seg selv og senere års eksperimenter har nemlig antydet at ting kan påvirke hverandre umiddelbart, selv om de ligger lysår unna hverandre.
Det hele henger sammen med et ytterst underlig fenomen i kvantefysikken:
Ting ser ikke ut til å få egenskapene sine før det øyeblikket vi observerer dem.
Stemmer ikke med relativitetsteorien
Ja, altså, ting og ting, fru Blom.
Det er ikke slik at kaffekoppen ikke er noen kaffekopp før du ser på den. De store tingene rundt oss er nok det de er, hele tida. Men på partikkelnivå fungerer alt litt annerledes, sier kvantefysikkens teorier.
En enkelt partikkel kan faktisk ha alle mulige egenskaper samtidig. Først når vi måler den, bestemmer den seg for hva den skal være.
Ta for eksempel egenskapen som kalles spinn. En partikkel kan ha spinn opp eller spinn ned. Men før vi har målt, har den i noen tilfeller begge deler: Den har både spinn opp og spinn ned. Først når vi ser etter, velger den en av delene.
Men dette skaper en smule trøbbel med resten av fysikken. Det kan nemlig tolkes som at noen signaler virkelig kan gå fortere enn lyset, selv om dette er strengt forbudt ifølge relativitetsteorien.
Dette har å gjøre med ett av de merkeligste fenomenene i fysikken:
Sammenfiltrede partikler.
Vet hva den andre partikkelen gjør
Sammenfiltrede partikler er partikler som er koblet sammen på en helt spesiell måte. De filtres sammen så tett at hver av partiklene så og si mister sin egen identitet. I stedet deler de egenskapene sine, og kan bare beskrives som et par.
Selv når forskerne river slike partikler fra hverandre, fortsetter de å være en del av dette hele. Og det gir et merkelig fenomen når du måler den ene partikkelen:
I det samme øyeblikket som denne partikkelen avgjør hvilken egenskap den skal ha, bestemmer nemlig partikkel nummer to seg for motsatt egenskap. Dette skjer altså selv om de to partiklene ikke lenger er i kontakt med hverandre.
Et par av sammenfiltrede partikler deler for eksempel et spinn opp og et spinn ned imellom seg. Når de blir revet fra hverandre, har begge de adskilte partiklene både spinn opp og spinn ned.
Helt til noen måler den ene.
I samme øyeblikk som denne partikkelen bestemmer seg, for eksempel for å ha spinn opp, får den andre partikkelen umiddelbart spinn ned.
Partikkel to vet altså hva partikkel en har foretatt seg!
Og dette betyr altså trøbbel.
Enten for prinsippet om lokalitet. Eller for loven om at ingenting kan bevege seg fortere enn lyset.
Hemmelig avtale?
For hva skjer når vi sender de to sammenfiltrede partiklene langt fra hverandre, kanskje flere lysår, og de fortsatt bestemmer seg nøyaktig samtidig?
Det må jo det bety at partiklene sender informasjon til hverandre fortere enn lysets hastighet?
Eller at de på en eller annen mystisk måte kan påvirke hverandre uten å være borti hverandre eller sende signaler?
Noen fysikere har imidlertid argumentert for at det finnes en annen, mye mer logisk forklaring på saken:
Det er ikke slik at partiklene velger spinn idet en av dem blir målt. De har i stedet avtalt hvem som skal bli hva på forhånd. I hemmelighet. Vips! Ingen behov for kommunikasjon.
Svakheter i målingene
I de senere åra er det gjort mange forsøk for å avgjøre nettopp dette. Og alle har gått i favør av at verden er slik den ikke burde: Partikkel én gjør beslutningen først når den blir målt, og partikkel to får på en eller annen mystisk måte vite hva den første har valgt.
Men målemetodene har hatt svakheter.
Enten har forskerne måttet bruke partikler som ikke er så lette å måle. Ikke alle partiklene blir fanget opp, og det kan ha forstyrret resultatet.
Eller så har avstanden mellom partiklene vært såpass liten at det er vanskelig å garantere at det ikke har gått signaler mellom dem i vanlig lyshastighet.
Dermed har fysikerne ikke helt kunnet slå fast at det faktisk finnes en merkelig fjernkontakt mellom sammenfiltrede, men adskilte partikler.
Ny, tøff test
Men nylig kom resultatene fra et helt nytt eksperiment. Her har forskerne klarte å fikse begge svakhetene fra tidligere forsøk samtidig.
Dette er den tøffeste testen av fenomenet noensinne, ifølge en nyhetsartikkel i Nature.
Og resultatet peker altså fortsatt mot at partiklene ikke har noen hemmelig avtale om hvem som skal ha hvilken egenskap.
Den andre partikkelen får rett og slett vite hva den første har valgt.
Bjørn Samset, fysiker ved Cicero og forfatter av boka De hemmelige partiklene, er ikke overrasket over resultatene.
– Jeg mener dette har vært godt etablert lenge, og at det nærmest er søkt å undersøke saken flere ganger, sier han.
– Men det er viktig å vite at vi har forstått naturen riktig, så det er fantastisk at noen tar seg den ekstra jobben med å sjekke det enda grundigere.
Har vi sjekket nøye nok?
Fysiker Arnt Inge Vistnes ved Universitetet i Oslo, på sin side, hører med til en mindre gruppe forskere som mener bevisene fortsatt ikke er gode nok.
Han understreker at han ikke har satt seg grundig inn i de nye resultatene, men mener det er et generelt problemet at mange forskere tolker resultatene innen fysikken på en bestemt måte.
– Har vi tenkt nøye nok igjennom alle andre forklaringsmodeller, eller har vi låst oss i ett tankemønster? spør han.
Vistnes synes vi fortsatt vet for lite til å forkaste lovene som sier at ting må være i nærheten av hverandre eller sende noe til hverandre for å kunne påvirke hverandre, og at ingenting kan gå fortere enn lyset.
Han påpeker dessuten at ingen foreløpig har noen gode forklaringer på hvordan de adskilte partiklene kan endre seg samtidig.
Det er Samset enig i.
– Ifølge teoriene må vi se på dem som én gjenstand, selv om de er adskilte. Så selv om vi måler bare det ene stedet, påvirker det begge to samtidig, uten at det sendes noen signaler mellom dem.
– Det er et spennende fenomen, sier Samset, som slett ikke utelukker at det også kan dukke opp andre, sprø fenomener i fysikken.
– Men jo bedre instrumenter vi får, jo mer forstår vi, og etter hvert vil det komme bedre teorier om hvordan verden virker.
Referanse:
B. Hensen m.fl., Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres, Nature, 29. oktober 2015, doi:10.1038/nature15759. Sammendrag.
