De Hongaarse natuurkundige en Nobelprijswinaar Eugene Wigner (afb: WikiMedia Commons)

Kwantummechanica lijkt welhaast alles te weerspreken wat wij, simpele mensen als werkelijkheid, als waarheid aanvaarden. Een voorwerp staat hier of daar en niet op beide plaatsen tegelijk. De Nobelprijswinnende natuurkundige Eugene Wigner bedacht zestig jaar geleden een bepaalde situatie. Hij stelde zich een vriend voor die, opgesloten in een lab, een meting deed aan een deeltje, terwijl hijzelf buiten stond. In de kwantummechanica kunnen deeltjes zich tegelijkertijd in verschillende toestanden bevinden, de superpositie, maar door diens meting is dat deeltje nog maar in een positie en verdwijnt de superpositie. Voor Wigner daar buiten blijft die superpositie bestaan. Die verdwijnt voor hem als hij dat deeltje gaat meten. Erger nog hij ziet zijn vriend in een superpositie. Wat blijft er over van  Meten is weten? Hoe exact is wetenschap? Onderzoeksters in Taiwan en Australië schijnen nu aangetoond te hebben dat Wigners paradox werkelijkheid is.

De onderzoeksters hebben Wigners gedachte-experiment omgezet in een wiskundig stelling. Ze hebben die stelling proefondervindelijk bewezen met fotonen en iets wat mensen moet voorstellen. Waar Wigner geloofde dat kwantummechanica niet meer klopt voor grote systemen zoals mensen, geloven de huidige onderzoekers dat iets heel fundamenteels flinterdun is: objectiviteit. Dat zou betekenen dat er niet zoiets bestaat als een absolute waarheid. Iets dat net zo waar is voor jou als voor een ander.
“Het is een beetje verwarrend” zegt Nora Tischler van de Griffithuniversiteit. “Op metingen is de wetenschap gebaseerd. Iets wat niet absoluut is, is moeilijk voor te stellen.”

Wigners gedachte-experiment is de laatste jaren weer in de belangstelling geraakt. In 2015 testte Časlav Brukner van de universiteit van Wenen het intuïtieve gedeelte van de paradox. De vriend in het lab in het lab had het deeltje ergens gezien en Wigner wist dat nog niet. In het jargon van de kwantumtheorie heet het dat het resultaat van de vriend een verborgen variabele is.
Vervolgens verwierp Brukner die conclusie met een eigen gedachte-experiment waarmee hij de verstrengeling in het geding bracht om die verborgen variabele ‘zichtbaar’ te maken. Hij bedacht twee Wigner/vriend-paren met elk een te meten deeltje. De twee Wigners vergeleken hun aantekeningen. Het proces herhaalt zich. Als de vrienden definitieve resultaten kregen dan zou, mag je verwachten, de correlaties tussen die van de Wigners gering zijn, maar die waren juist sterk. “Je loopt tegen tegenstellingen aan”, zegt Brukner. Dit en ook andere (gedachte)experimenten leidden tot een stroom aan artikelen en discussies.

Fout

In 2018 wees Richard Healy, een natuurkundig filosoof van de universiteit van Arizona, er op dat in Brukners gedachte-experiment een fout zit, die Tischler en de haren nu zouden hebben opgelost. In hun scenario gaan ze uit van vier aannames. Een is dat de resultaten die de vrienden krijgen echt zijn. Ze nemen ook aan dat de kwantummechanica universeel is en zowel geldt voor waarnemers als voor deeltjes. De waarnemers zijn niet bevooroordeeld en natuurkunde is lokaal, vrij van alles behalve de meest beperkte vorm van ‘spookachtige actie’ op afstand (verstrengeling).
Hun analysee toont dat de tegenstellingen in Wigners paradox overeind blijven. Hun labtafelexperiment met verstrengelde fotonen onderschrijft de paradox. Een foton volgde een route die bepaald werd door hun polarisatie; het equivalent van de waarnemingen van de vrienden. Vervolgens kwam het foton en een opstelling die de rol van de Wigners moet voorstellen.
De onderzoeksters moesten constateren dat de waarnemingen van de vrienden en de Wigners ongelijk waren. Meer nog, ze varieerden precies zoals de deeltjes verstrengeld waren hetgeen zou aantonen dat de ongelijkheid ook onder andere voorwaarden dan in Brukners scenario overeind blijft. Tischler: “Dat betekent dat we hier iets nieuws hebben.”

Dat kan aan de aannames liggen. Weinig natuurkundigen zullen het ‘superdeterminisme’ (de ‘vooroordelen’) de ‘schuld’ geven. Sommige zien lokaliteit als zwakke stee. “Er zijn feiten voor de ene waarnemer en feiten voor een andere en die hoeven niet overeen te stemmen”, zegt onderzoeker Howard Wiseman. Voor vele wetenschappers zal dat schokkend zijn. “Vanuit een klassiek perspectief wordt wat iedereen ziet als objectief beschouwd, onafhankelijk van wat iemand anders ziet”, zegt Olimpia Lombardi natuurkundig filosoof van de universiteit van Beunos Aires.
Dan hebben we nog het idee van kwantummechanica en grote systemen. Die zou onderuit gehaald kunnen worden door kwantummechanica op steeds grotere systemen toe te passen. Veel natuurkundigen kunnen en zullen dit verhaal af doen als gekeutel van wijsgeren, maar volgens onderzoeker Eric Cavalcanti zal die houding steeds onhoudbaarder zijn. Ik zei het al: de kwantummechanica bakt het steeds bruiner.

Bron: Science