Þróun heimsmyndar: Skammtafræðin ögrar skilningi á tíma og rúmi

Skammtafræðin hefur leitt af sér marga undarlega og djúpstæða eiginleika náttúrunnar sem stangast á við hefðbundna skynsemi. Einn af þeim er áhrif athugunar á niðurstöður mælinga. Þetta hugtak hefur lengi verið umfjöllunarefni vísindamanna og heimspekinga, þar sem það vekur spurningar um hlutverk meðvitundar og eðli raunveruleikans. Í þessum pistli verður farið yfir hvernig mælingar geta haft áhrif á niðurstöður í skammtafræði, hvernig þetta birtist í tilraunum, og hvaða heimspekilegar afleiðingar þetta hefur.

Ein af þekktustu tilraununum sem sýnir hvernig athugun hefur áhrif á niðurstöður er tvöfalda raufartilraunin. Í hefðbundinni útgáfu er ljósi eða rafeindum skotið í gegnum tvær raufar og skráðar á skjá að aftan. Ef engin mæling er gerð á því hvaða rauf eindin fór í gegnum, myndast bylgjumynstur sem bendir til þess að eindin hafi hegðað sér eins og bylgja og farið í gegnum báðar raufarnar samtímis. Ef mælitæki er hins vegar sett upp til að fylgjast með hvaða rauf eindin fer í gegnum, hverfur bylgjumynstrið og við sjáum agnamynstur – eins og eindin hefði aðeins farið í gegnum eina rauf í einu. Þetta bendir til þess að mælingin sjálf hafi áhrif á hegðun eindarinnar, sem virðist ákveða sig fyrir annaðhvort bylgju- eða agnahegðun eftir því hvort hún er mæld eða ekki.

Ein áhugaverð spurning í þessu sambandi er hvort hægt sé að kalla fram agnarhegðun bara með því að hafa mælitæki til staðar, jafnvel þó enginn skoði niðurstöðurnar. Rannsóknir benda til þess að það skipti ekki máli hvort mannleg meðvitund komi við sögu eða ekki – einungis það að mælitækið hafi skráð upplýsingar um eindina er nóg til að rjúfa bylgjueiginleika hennar. Í þeirri útgáfu tilraunarinnar sem nefnd hefur verið seinkuð valkostagreining "delayed choice quantum eraser" er mæling á ferli eindarinnar gerð eftir að hún hefur þegar farið í gegnum raufina. Ef mælingar eru framkvæmdar á þann hátt að hægt sé að ákvarða feril eindarinnar, hverfur bylgjumynstrið, en ef slíkar upplýsingar eru ekki tiltækar, heldur bylgjumynstrið áfram. Það virðist eins og eindirnar „viti“ hvort mælingin verði framkvæmd eða ekki og hegði sér í samræmi við það. Þetta gefur til kynna að hegðun þeirra sé óháð tíma, þar sem mæling virðist geta haft áhrif á það sem hefur gerst áður. 

Þetta þýðir að mælitækið sjálft, með því að skrá leið eindarinnar, veldur því að bylgjufall hennar „hrynur“ og agnamynstur birtist. Það er því ekki nauðsynlegt að nokkur skoði gögnin eftir á – skráningin ein og sér og tilvist mæligagnanna nægir til að framkalla breytinguna.

Tilraunir hafa verið framkvæmdar til að kanna hvort hægt sé að „afmá“ mælingaráhrifin með því að eyða upplýsingunum um leið eindarinnar eftir á. Þegar upplýsingarnar eru geymdar, birtist agnamynstur. Þegar upplýsingunum er eytt áður en hægt er að skoða þær, birtist bylgjumynstrið aftur. Þetta sýnir að aðgengi að upplýsingunum skiptir máli fyrir niðurstöðuna, ekki bara það hvort einhver manneskja athugar þær eða ekki.

Þetta er ótrúlega dularfull niðurstaða sem virðist benda til þess að mælingin sjálf skipti ekki öllu máli – heldur skiptir máli hvort upplýsingarnar séu raunverulega til staðar í raunheiminum eða ekki. Það er nánast eins og ögnin "viti" hvort upplýsingar um hegðun hennar séu aðgengilegar eða ekki. Á meðan upplýsingarnar eru tiltækar hefur hún hegðað sér eins og ögn - í fortíðinni - en þegar upplýsingunum er varanlega eytt hefur hún hegðað sér eins og bylgja - í fortíðinni. 

Ýmsar kenningar hafa verið settar fram um hvað valdi þessu. Ein nálgun telur að mæling sjálf ákvarði ástand eindarinnar, á meðan aðrar kenningar benda til þess að hrun bylgjufallsins sé raunverulegt eðlisfræðilegt ferli sem geti verið háð þáttum eins og þyngdarafli. Sumir telja að meðvitund gegni lykilhlutverki í mælingum og að raunveruleikinn mótist af athugun okkar. Önnur nálgun forðast hugmyndina um hrun bylgjufallsins með því að leggja til að allar mögulegar útkomur gerist samtímis í mismunandi veruleikum.

Þessar niðurstöður vekja heimspekilegar spurningar um eðli raunveruleikans. Ef það hvernig við mælum hefur bein áhrif á það sem við mælum, hvað þýðir það þá um eðli tilverunnar? Er raunveruleikinn „óskilgreindur“ þar til mæling er gerð? Eða er það einfaldlega svo að mælitæki hafa áhrif á það sem þau mæla, rétt eins og þegar við setjum hitamæli í vatn og hann breytir aðeins hitastiginu með nærveru sinni?

Margar þessara spurninga eru enn umdeildar og hafa hvorki fengið endanlegt svar frá eðlisfræðingum né heimspekingum. Skammtafræðin heldur áfram að ögra skilningi okkar á náttúrunni, en með tilraunum eins og tvöföldu raufartilrauninni er ljóst að mælingar spila lykilhlutverk í því hvernig raunveruleikinn virðist birtast okkur.

Skammtafræðin ögrar því skilningi okkar á raunveruleikanum á a.m.k. tvennan hátt. Annars vegar sýnir skammtaflækja/fasaflétta (quantum entanglement) að tengsl milli agna geti verið óháð fjarlægð, sem brýtur gegn hefðbundnum hugmyndum um rúm (rými). Hins vegar sýnir tvöfalda raufartilraunin, sérstaklega í útgáfum með seinkaðri valkostagreiningu (delayed choice quantum eraser), að mæling í nútíð getur ákvarðað hvernig eind hefur hegðað sér í fortíð. Þetta bendir til þess að atburðir í skammtaheiminum séu ekki endilega bundnir við línulegt orsakasamhengi í tíma.

Saman gefa þessir eiginleikar til kynna að bæði rými og tími séu ekki eins skýrt afmörkuð og við höfum vanist í klassískri eðlisfræði. Þeir varpa fram stórum spurningum um hvort raunveruleikinn sé fastmótaður áður en mæling er gerð, eða hvort hann sé einhvers konar opið kerfi þar sem upplýsingar og athuganir hafa áhrif á það sem við köllum fortíð.

 

Athugasemdir

[Ingólfur Sigurðsson, 16.3.2025 kl. 02:54]

Ég verð að bæta hér við atriðum sem ég hef verið að skoða sjálfur. Mér finnst þetta mjög áhugaverður leyndardómur og þetta er eitt af mínum stóru áhugamálum, eins og margt sem er óupplýst. 

Ég vona að ég sé ekki að verða þreytandi með því að fjalla hér um forn trúarbrögð, vegna þess að ég lít ekki á þau sem trúarbrögð heldur forna þekkingu. Það eru sem betur fer margir sammála mér um það að áður fyrr hafi ekki verið litið á trúarbrögð sem slík, heldur sem vísindi, og þannig er Ásatrúin tilraun til að útskýra efnisheiminn, jörð, loft, sól og fleira.

En eitt af stóru leyndardómunum í lífinu eru trúarbrögðin sem eiga sér ekki goðsagnir því þeim var eytt. Þannig er drúízkan.

Áhugi minn á Gaulverjum og drúíðum byrjaði ekki með Ástríksbókunum heldur þegar ég eignaðist bókina Druids eftir Ward Rutherford rúmlega tvítugur. Þar kemur fram í einum kaflanum að Gaulverjar trúðu því að sálin færi yfir í aðra stjörnu og í nýjan líkama þar, eða nákvæmlega eins og Nýalssinnar og dr. Helgi Pjeturss lýstu, sem ég hafði kynnzt hjá Ingvari frænda.

Þetta fannst mér benda til þess að drúíðar hefðu náð meiri þekkingu en nokkrir aðrir, og Sesar bar mikla virðingu fyrir þeim en óttaðist vald þeirra um leið.

En málið er þetta, svo ég komi inná hvarf eindanna sem þú fjallar um í þessum pistli, sem mér fannst mjög áhugaverður.

Fyrst taldi ég að guðinn Esus væri sífellt að höggva lífsins tré, samkvæmt þeim upplýsingum sem um hann er vitað. Síðar komst ég að þeirri skoðun að Esus væri lífsins tré sjálft. Enn fremur, Taranos er faðirinn, þrumuguðinn, Teutates sonurinn og Esus hinn heilagi andi. Enn fremur, Taranos er nútíðin, eða Verðandi, örlaganornin. Teutates er fortíðin, Urður. Esus er framtíðin, Skuld, "what should be", should sama orð og skyldi eða skal.

Þetta vissu drúíðar til forna. Til þess að skapa eina framtíð varð að höggva greinar af lífsins tré, eða velja framtíð en "eyða" öðrum með valinu, og það er það sem Teutates gerir, hann heggur greinar af Esusi, sem er lífsins tré og margt fleira.

Ég er orðinn eiginlega algjörlega sannfærður um það að drúíðar vissu um þessa hluti með einhverjum hætti. Þeirra gríðarlega flókna goðafræði er þarna með þessa þrjá guði sem eitt aðalatriðið.

Svo ég komi inná skammtafræðina, þá hef ég einnig kynnt mér þetta og sumir halda því fram að fortíð, nútíð og framtíð séu til í einu, að það sem gerist í nútíðinni einmitt núna hafi ekki aðeins áhrif á framtíðina heldur fortíðina líka.

Þetta eru mjög áhugaverðar rannsóknir. Það virðist vera sem við séum stöðugt að skapa veruleikann, eða okkar tegund eða útgáfu af honum með skynfærum okkar og meðvitund. 

Það kemur inná augað eina í trúarbrögðunum, Balor í gelískum fræðum, til dæmis.

Enn fremur er það orðin staðföst trú mín, því vísindaleg vissa er það ekki, heldur það sem ég held, að upplýsingar eyðist ekki í alheiminum heldur séu einhversstaðar til, þótt við deyjum og allt eyðist á jörðinni.

Ég er ekki sáttur við kenningar um að við séum ekki til eða lifum í sýndarveruleika. Ég held að þetta hljóti að vera flóknara en svo.

Við erum farin að skilja meira, en aðeins brot samt enn.

Ýmislegt í þessum pistli vissi ég ekki.

Það sem ég held um að afmá upplýsingar snúist um skipti yfir í annan takmarkaðan hliðaralheim, að þetta sé ekki spurning um að eyða upplýsingunum, heldur að hafna þeim og að þær séu þá annarsstaðar til notkunar fyrir aðra.

Þetta gæti snúizt um fiðrildaáhrifin svokölluðu, sem segja til um að hversu lítil breyting sem verður hér og nú þá hafi hún áhrif út fyrir sig á framtíð, jafnvel fortíð.

Þetta gæti jafnvel stutt kenninguna um tímaferðalag.

Þakka þér fyrir frábæran pistil sem vakti vissulega áhuga minn.

[Ragnar Geir Brynjólfsson, 16.3.2025 kl. 07:16]

Takk fyrir innlitið Ingólfur og ítarlegt og áhugavert innlegg! Það er greinilegt að þú hefur kafað djúpt í þessi efni og tengir þau saman á frumlegan og athyglisverðan hátt. Það sem þú nefnir um fortíð, nútíð og framtíð í samhengi við skammtaflækju og meðvitund er líka áhugavert í ljósi þess hvernig skynjun okkar mótar skilning okkar á veruleikanum. Ég tek undir með þér að við erum enn að reyna að átta okkur á þessum dýpstu leyndardómum tilverunnar.

[Guðmundur Ásgeirsson, 16.3.2025 kl. 14:13]

In a video game, does only what the player sees exist?

[Ragnar Geir Brynjólfsson, 16.3.2025 kl. 15:06]

Takk fyrir innlitið og athugasemdina Guðmundur! Þetta er góð spurning. Í tölvuleik er vissulega hægt að segja að heimurinn utan sjónsviðs leikmanns sé ekki virkur í sama skilningi og það sem er sýnilegt. Hann er til sem möguleiki, en ekki sem upplifaður veruleiki fyrr en hann verður kallaður fram. Það minnir á spurninguna um hvort veruleikinn sjálfur sé eitthvað sem "gerist" aðeins í samspili við skynjun okkar, eða hvort hann sé alltaf þarna óháð því hvort við upplifum hann. Þessi hugmynd kemur víða fram, bæði í skammtafræði og í heimspekilegum vangaveltum um eðli tilverunnar.