Du kjenner kanskje til den følelsen — du forteller noen om kvantefysikk for første gang, og de ser ut som om de lurer på om du har lest for mange sci-fi-bøker.
Ja, det hender meg også.
Men sannheten er at kvantemekanikk er skikkelig rart. Virkelig rart. Og det faktum at disse merkelige kvanteeffektene bare... forsvinner... i vår verden, er et av de største mysteriene i fysikken.
Katten som startet alt
La meg minne deg om den stakkars Schrödingers katt. Du husker kanskje hovedpoenget — den østerrikske fysikeren Erwin Schrödinger laget et tankeeksperiment der en katt i en lukket boks er både levende og død samtidig, helt til vi åpner boksen og sjekker.
Det er en forenkling (Schrödinger mente det egentlig som kritikk av visse tolkninger av kvantemekanikken), men ideen fanger noe sant om hvordan kvantesystemer fungerer. Partikler kan eksistere i kombinasjoner av tilstander som kalles «superposisjoner» — litt som at en mynt kan være både kron og mynt mens den spinner i luften, bare enda rarere.
Men her er det store spørsmålet: hvis atomer og partikler kan være i disse merkelige superposisjonene, hvorfor kan ikke katter det? Hvorfor kan ikke vi det? Hvorfor forsvinner alt det kvante-rare når vi går opp til den virkelige verden vi opplever hver dag?
Når kvantemagi bleir borte
Fysikere har et ord for denne fadeingen: dekoherens. Det er prosessen der kvanteeffekter gradvis blir vasket bort når systemer samhandler med omgivelsene. Men her er den ubehagelige sannheten — ingen forstår egentlig hele historien om hvorfor og hvordan dette skjer.
Én idé som har versert i tiår handler om tyngdekraften selv. Tenkningen går slik: kanskje skaper Einsteins generelle relativitetsteori — hans beskrivelse av hvordan tyngdekraften fungerer — små, uunngåelige vippinger i romtiden. Disse små fluctuationene kan gradvis riste kvantesuperposisjoner til de faller fra hverandre.
Det er egentlig en ganske intuitiv idé. Tyngdekraften er overalt, ikke sant? Den påvirker alt. Så kanskje det er den skyldige for at kvantemerkeligheter forsvinner i vår skala.
Eksperimentet
Vel, et forskerteam har nettopp kjørt et eksperiment for å teste denne idéen. Og hvor gjorde de det? Dypt under bakken. Veldig dypt.
INFN Gran Sasso nasjonale laboratorium i Italia ligger under omtrent 1,4 kilometer med berg. Det er omtrent der du må være hvis du vil slippe unna mesteparten av strålingen som bombarderer oss fra verdensrommet hvert sekund. Det er et av de roligste stedene på jorda for følsomme fysikkeksperimenter.
Forskerne brukte en detektor bygget rundt en bit germaniumkristall — omtrent på størrelse med en kaffekopp. De skjermet den med lag av kobber og bly, og skapte et lite fysikk-fristed.
Idéen bak eksperimentet var smart: hvis romtiden virkelig har disse små fluctuationene som forutsagt, ville de få elektrisk ladede partikler til å vingle rundt og sende ut svak elektromagnetisk stråling. Den strålingen burde være mulig å oppdage — bare veldig, veldig svak.
Så de observerte. Og ventet. De samlet data i 62 dager i strekk, og tok nøye hensyn til all forventet bakgrunnsstråling.
Hva fant de?
Ingenting.
Ingenting kan bety noe
Nå vet jeg hva du tenker. «De fant ingenting? Det er skuffende.»
Men vent litt — dette er faktisk viktig. Når du driver med fundamental fysikk, er det like viktig å utelukke gale idéer som å finne nye. Tenk på det som å feilsøke kode, bortsett fra at koden er universet og vi prøver å finne ut hvilke matematiske instruksjoner det følger.
Ved å finne ingen signaler, har teamet effektivt utelukket én av de eldste og mest naturlige modellene for tyngdekraft-indusert dekoherens. Károlyházy-modellen — fremmet på 1960-tallet — har nettopp blitt betydelig innskrenket av eksperimentelle data.
«Hver kvante-tyngdekraft-tilnærming ender opp med å forutsi eksistensen av en minimal lengde knyttet til usikkerheten i måling av romtid,» forklarte Kristian Piscicchia, en av forskerne bak prosjektet. Dette eksperimentet er med på å snevre inn hvilke av disse tilnærmingene som faktisk kan beskrive virkeligheten.
Hva betyr dette?
Her er min tanke: fysikk er mest spennende når den fjerner muligheter. Vi famler ikke bare i mørket — vi skjærer metodisk bort de gale stiene. Og det bringer oss nærmere det riktige svaret, selv når vi ikke har funnet det ennå.
Mysteriet om hvorfor kvanteeffekter forsvinner i vår makroskopiske verden er fortsatt uløst. Men vi vet nå at én spesiell versjon av tyngdekraft-basert forklaring ikke er den rette. Letejobben fortsetter, men det er en smalere leting nå.
Som Catalina Curceanu, en av hovedforskerne, sa det: «Dette fraværet av et signal er i seg selv et viktig vitenskapelig resultat.»
Jeg kunne ikke være mer enig. Vitenskap handler ikke alltid om å finne nye ting — noen ganger handler det om trygt å si «nei, ikke denne gangen.» Og det er akkurat det som skjedde her.
Så neste gang noen spør deg om Schrödingers katt, kan du fortelle dem: vi finner sakte, men sikkert ut hvorfor den katten alltid er enten levende eller død, aldri begge deler. Og vi gjør det ved å utelukke gale forklaringer, ett eksperiment om gangen.
Ganske kult, ikke sant?