En av de mest förbryllande aspekterna av kvantmekaniken är att små subatomära partiklar inte verkar "välja" ett tillstånd förrän en utomstående observatör mäter det. Mätningen omvandlar alla vaga möjligheter till vad som skulle kunna hända till ett bestämt, konkret resultat. Även om kvantmekanikens matematik ger regler för hur denna process fungerar, förklarar den matematiken inte riktigt vad det innebär i praktiska termer.
En idé är att medvetandet — en medvetenhet om vårt eget jag och den påverkan vi har på vår omgivning — spelar en nyckelroll i mätningen och att det är vår upplevelse av universum som omvandlar det från att bara vara inbillat till verkligt verkligt.
Men om så är fallet, är det då möjligt att mänskligt medvetande skulle kunna förklara en del av kvantmekanikens konstigheter?
Kvantmätning
Kvantmekaniken är de regler som styr zoo av subatomära partiklar som utgör universum. Kvantmekaniken säger oss att vi lever i en grundläggande icke-deterministisk värld. Med andra ord, åtminstone när det gäller de små partiklarnas värld, är det omöjligt, oavsett hur skickliga forskarna är i sin experimentella utformning eller hur perfekt de känner till experimentets utgångsförhållanden, att med säkerhet förutsäga resultatet av något experiment. Vet du vilken kraft som verkar på en proton? Det finns ingen bestämd plats där den säkert kommer att befinna sig om några sekunder — endast en uppsättning sannolikheter för var den skulle kunna befinna sig.
Som tur är finns denna indeterminism endast i den subatomära världen; i den makroskopiska världen fungerar allting enligt fysikens deterministiska lagar (och nej, vi är inte riktigt säkra på varför denna uppdelning sker, men det är ett problem för en annan dag).
När fysiker utför ett experiment på kvantsystem (t.ex. när de försöker mäta energinivåerna hos en elektron i en atom) är de aldrig helt säkra på vilket svar de kommer att få. I stället förutsäger kvantmekanikens ekvationer sannolikheterna för dessa energinivåer. När forskarna väl genomför experimentet får de dock ett av dessa resultat, och helt plötsligt blir universum deterministiskt igen; när forskarna vet vilken energinivå elektronen har, till exempel, vet de exakt vad den kommer att göra, eftersom dess "vågfunktion" kollapsar och partikeln väljer en viss energinivå.
Denna omsvängning från indeterminism till determinism är helt märklig, och det finns ingen annan teori inom fysiken som fungerar på samma sätt. Vad är det som gör mätningen så speciell? Otaliga kvantinteraktioner sker hela tiden i universum. Upplever dessa interaktioner samma slags vändning även när ingen tittar?
Medvetandets roll
Enligt standardtolkningen av kvantmekaniken, den så kallade Köpenhamnstolkningen, ska man ignorera allt detta och bara fokusera på att få resultat. Enligt den åsikten är den subatomära världen i grunden outgrundlig och människor bör inte försöka utveckla sammanhängande bilder av vad som pågår. Istället bör forskarna skatta sig lyckliga över att de åtminstone kan göra förutsägelser med hjälp av kvantmekanikens ekvationer.
Men för många människor är det inte tillfredsställande. Det verkar som om det finns något otroligt speciellt med mätningsprocessen som bara förekommer i kvantteorin. Detta speciella blir ännu mer slående när man jämför mätning med, låt oss säga, bokstavligen vilken annan interaktion som helst.
I ett avlägset gasmoln, djupt inne i den interstellära rymdens vidder, finns det till exempel ingen i närheten, ingen tittar på. Om två atomer i detta gasmoln stöter på varandra är detta en kvantinteraktion, så kvantmekanikens regler bör gälla. Men det finns ingen "mätning" och inget resultat — det är bara en av triljoner slumpmässiga interaktioner som sker varje dag, utan att observeras av människor. Och därför säger kvantmekanikens regler att interaktionen förblir indeterministisk.
Men om samma två atomer stöter ihop i ett laboratorium kan forskarna mäta och registrera vad som hänt. Eftersom en mätning har ägt rum, säger samma regler i kvantmekaniken att obestämdheten vändes och blev deterministisk — det var det som gjorde det möjligt för mig att skriva ner ett konkret resultat.
Vad är det som skiljer dessa två fall åt? Båda handlar om subatomära partiklar som interagerar med andra subatomära partiklar. Och varje steg i mätprocessen involverar subatomära partiklar på någon nivå, så det borde inte finnas någon möjlighet att undkomma de vanliga kvantreglerna som säger att resultatet ska vara obestämt.
Vissa teoretiker, som den banbrytande kvantfysikern Eugene Wigner (öppnas i ny flik) , påpekar att den enda skillnaden mellan dessa två scenarier är att det ena inbegriper en medveten, tänkande observatör och det andra inte gör det. Det som inom kvantmekaniken kallas "kollaps" (övergången från indeterministiska sannolikheter till ett konkret resultat) är alltså beroende av medvetande.
Drömmar om universum
Eftersom medvetandet är så viktigt för oss människor tenderar vi att tro att det är något speciellt med det. När allt kommer omkring är djur de enda kända medvetna varelser som finns i universum. Och ett sätt att tolka kvantmekanikens regler är att följa ovanstående logik till sin yttersta gräns: Det vi kallar en mätning är i själva verket en medveten aktörs ingripande i en kedja av annars vardagliga subatomära interaktioner.
Detta tankesätt kräver att medvetandet är annorlunda än all annan fysik i universum. Annars skulle forskare kunna hävda (och gör det) att medvetandet i sig självt bara är summan av olika subatomära interaktioner. Om så är fallet finns det ingen slutpunkt i mätkedjan. Och om så är fallet är det som forskarna gör i laboratoriet verkligen inte annorlunda än det som händer i slumpmässiga gasmoln.
Även om det inte är en strikt fysisk teori har begreppet medvetande som annorlunda och skilt från det materiella universum en lång tradition inom filosofi och teologi.
Tills någon kan komma på ett sätt att testa detta koncept om medvetande som skilt från resten av de fysiska lagarna i ett vetenskapligt experiment, måste det dock förbli inom filosofins och spekulationens område.
Detta är en del av en pågående serie som beskriver möjliga tolkningar av kvantmekaniken.
