Man behøver ikke at være Einstein for at kunne forstå princippet om lokalitet.
Det betyder slet og ret, at ting skal være tæt på hinanden - eller sende signaler til hinanden - for at påvirke hinanden.
Og da intet signal er hurtigere end lysets hastighed, tager det længere tid at påvirke noget, jo længere væk det er.
Princippet forekommer meget logisk og gælder i al klassisk fysik. Men så kommer kvantefysikken og vender op og ned på det hele.
Både selve teorien og de senere års eksperimenter har nemlig antydet, at ting umiddelbart kan påvirke hinanden, selvom de er lysår fra hinanden.
Det hele hænger sammen med et højst mærkværdigt kvantefysisk fænomen: Ting ser ikke ud til at få sine egenskaber, før det øjeblik vi observerer dem. I hvert fald ikke i kvantefysikkens verden.
Stemmer ikke med relativitetsteorien
Det er jo ikke sådan, at en kaffekop ikke er en kaffekop, før du ser på den.
De store ting rundt omkring os er nok det, de hele tiden er. Men ifølge kvantefysikkens teorier fungerer alt lidt anderledes på partikelniveau.
En enkelt partikel kan faktisk have alle mulige egenskaber på samme tid. Først når vi måler den, bestemmer den sig for, hvad den skal være.
Tag for eksempel den egenskab, som kaldes spin. En partikel kan have spin op eller spin ned.
Men før vi måler, har den i nogle tilfælde begge dele: Den har både spin op og spin ned. Først når vi ser efter, vælger den en af delene.
Det skaber problemer med resten af fysikken. Det kan nemlig fortolkes sådan, at visse signaler virkelig bevæger sig hurtigere end lyset, selvom det er strengt forbudt ifølge relativitetsteorien.
Det har noget at gøre med et af de mærkeligste fænomener inden for fysikken: Sammenfilterede partikler.
Partikler er filtret sammen, selvom de ikke er i kontakt
Sammenfilterede partikler er partikler, som er koblet sammen på en helt særlig måde.
De filtres så tæt sammen, at hver af partiklerne så at sige mister sin egen identitet. I stedet deler de egenskaber og kan beskrives som et par.
Selv når forskerne skiller sådanne partikler ad, forsætter de med at være en del af denne helhed. Og det skaber et mærkeligt fænomen, når man måler den ene partikel:
I det samme øjeblik, partiklen afgør, hvilken egenskab den skal have, bestemmer partikel nummer to sig for den modsatte egenskab.
Det sker altså, selvom de to partikler ikke længere er i kontakt med hinanden.
Den ene partikel ved, hvad den anden partikel gør
Et par sammenfiltrede partikler deler for eksempel spin op og spin ned mellem sig. Når de er blev skilt ad, har begge de adskilte partikler både spin op og spin ned.
Lige til nogen måler den ene.
I samme øjeblik, den ene partikel bestemmer sig for at have eksempelvis spin op - får den anden med det samme spin ned.
Partikel 2 ved, hvad partikel 1 har foretaget sig!
Og det giver altså problemer. Enten for princippet om lokalitet - eller for loven om, at ingenting kan bevæge sig hurtigere end lyset.
Har partiklerne en hemmelig aftale?
For hvad sker der, når vi sender de to sammenfiltrede partikler langt væk fra hinanden - måske endda flere lysår - og de fortsat bestemmer sig nøjagtig samtidigt?
Det må jo betyde, at partiklerne sender kommunikation til hinanden hurtigere end lysets hastighed.
Eller at de på en eller anden mystisk måde kan påvirke hinanden uden at være i umiddelbar kontakt med hinanden, eller uden at de sender signaler.
Nogle fysikere har imidlertid argumenteret for, at der findes en anden meget mere logisk forklaring.
Det er ikke sådan, at partiklerne vælger spin, idet en af dem bliver målt. De har i stedet på forhånd aftalt, hvem der skal blive hvad. I hemmelighed. Vips! Intet behov for kommunikation.
Svagheder i målingerne
Netop partiklernes eventuelle hemmelige aftale er der de sidste par år blevet foretaget mange forsøg af for at afgøre.
Og de har alle vist det samme: Partikel nummer 1 tager først beslutningen, når den bliver målt, og partikel nummer 2 får på en eller anden mystisk måde besked om, hvad den første har valgt.
Men målemetoderne har haft svagheder.
Enten har forskerne måtte bruge partikler, som ikke er så lette at måle. Ikke alle partiklerne bliver fanget, og det kan forstyrre resultatet.
Eller også har afstanden mellem partiklerne været så tilpas lille, at det er vanskeligt at garantere, at der ikke har forekommet signaler mellem dem i lysets normale hastighed.
Derfor har fysikerne ikke helt kunnet slå fast, at der faktisk findes en mærkelig fjernkontakt mellem sammenfiltrede - men adskilte - partikler.
Ny omhyggelig test
For nylig fik vi dog resultatet af et helt nyt eksperiment. Her har forskerne formået at fikse begge svaghederne fra tidligere forsøg.
Det er - ifølge en nyhedsartikel i Nature - den mest omhyggelige test af fænomenet nogensinde.
Resultaterne peger imod, at partiklerne ikke har en hemmelig aftale om, hvem der skal have hvilken egenskab. Den anden partikel får slet og ret at vide, hvad den første har valgt.
Bjørn Samser - fysiker ved Cicero og forfatter til bogen 'De hemmelige partikler' - er ikke overrasket over resultaterne.
»Jeg mener, at det længe har været godt etableret, og at det nærmest er unødvendigt at undersøge sagen flere gange,« udtaler han og fortsætter:
»Men det er jo vigtigt at vide, at vi har forstået naturen rigtigt, så det er fantastisk, at nogen har påtaget sig det ekstra arbejde at tjekke det endnu grundigere.«
Har vi tjekket grundigt nok?
Fysiker Arnt Inge Vistnes fra universitet i Oslo hører med til den gruppe forskere, som til gengæld mener, at beviserne endnu ikke er gode nok.
Han understreger, at han ikke har sat sig grundigt ind i de nye resultater, men mener, at det generelt er et problem, at mange forskere fortolker resultaterne på en bestemt måde inden for fysikken.
Han spørger: »Har vi tænkt alle forklaringsmodellerne nøje igennem - eller har vi låst os fast i et tankemønster?«
Vistnes mener, at vi fortsat ved for lidt til at forkaste lovene, som siger, at objekter skal være i nærheden af hinanden eller sende noget til hinanden for at påvirke hinanden, og at intet kan bevæge sig hurtigere end lyset.
Han påpeger desuden, at ingen foreløbig har en god forklaring på, hvordan de adskilte partikler kan forandre sig samtidig.
»Der kan dukke andre skøre fænomener op i fysikken«
Det er Samset enig i. Han fortæller:
»Ifølge teorierne må vi se på dem som ét objekt - selvom de er adskilte. Så selvom vi kun måler det ene sted, påvirker det begge to på samme tid, uden at der sendes et signal mellem dem.« Han fortsætter:
»Det er et spændende fænomen, som slet ikke udelukker, at der også kan dukke andre skøre fænomener op i fysikken.«
»Jo bedre instrumenter vi får, jo mere forstår vi, og så vil der komme bedre teorier om, hvordan verden fungerer,« afslutter Bjørn Samset.
© forskning.no Oversat af Stephanie Lammers-Clark
