Redigerer Poppers kvantemekaniske eksperiment

Vitenskapsfilosofen '''[[Karl Popper]]''' (1902–1994) har ved flere anledninger foreslått et '''[[eksperiment]]''' for å teste en utbredt tolkning av '''[[kvantemekanikk]]en'''. I&nbsp;likhet med de bedre kjente tankeeksperimentene av [[Erwin Schrödinger]] («[[Schrödingers katt]]»<ref>Schrödinger ([[#s35|1935]]</ref>) og [[Albert Einstein|Einstein]], [[Boris Podolsky|Podolsky]] & [[Nathan Rosen|Rosen]] («[[EPR-argumentet]]»<ref name="ReferenceA">Einstein, Podolsky & Rosen ([[#epr|1935]])</ref>) er Poppers eksperiment et forsøk på å føre kvantemekanikkens [[subjektivisme|subjektivistiske]] tolkning ([[København-tolkninga]]) [[ad absurdum]].

Popper aksepterte fullt ut [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon]]<ref>Heisenberg ([[#h27|1927]]; [[#h30|1930]])</ref> (usikkerhetsprinsippet), men ''tolket'' den annerledes enn relasjonens oppdager – nemlig som en [[statistikk|statistisk]] [[naturlov]], ikke som et utsagn om menneskelig kunnskap.<ref>Popper ([[#p34b|1934b]], avsnitt 73–76)</ref> Eksperimentet var altså ikke ment som en test av ''kvantemekanikken'' eller av ''uskarphetsrelasjonen'', men av deres ''tolkning''. Popper så på eksperimentet som en ''[[kritisk test]]'', som vil si at et testresultat i tråd med Poppers forutsigelse ville innebære [[falsifikasjon]]en («motbeviset») av kvantemekanikkens København-tolkning.

Eksperimentet ble gjennomført i [[1999]], og resultatet var i tråd med Poppers forutsigelse. Det er imidlertid uenighet om eksperimentet virkelig representerer en kritisk test, dvs. en falsifikasjon av København-tolkninga.

== Bakgrunn ==
[[Kvantemekanikk]]en en veldig suksessrik [[teori]] i den forstand at den gir en [[matematikk|matematisk]] elegant og koherent beskrivelse av den subatomare virkeligheten og at den kan gjøre presise forutsigelser av utfallet til mange [[fysikk|fysiske]] og [[kjemi]]ske [[eksperiment]]er. Samtidig er kvantemekanikken uforenlig med både «sunn fornuft» og [[klassisk fysikk]]. Dette innebærer at kvantemekanikkens utsagn kan ''tolkes'' på ulike måter: De ulike tolkningene tar utgangspunkt i de samme matematiske ''[[formalisme (matematikk)|formalismene]]'', men tillegger dem ulike fysiske ''betydninger''.

En av de første og mest utbredte tolkningene er [[København-tolkninga]], som i all hovedsak baserer seg på [[Niels Bohr]]s og [[Werner Heisenberg]]s oppfatninger. Ifølge København-tolkninga anses f.eks. posisjonen til partikler for å være udefinerte inntil de blir målt; og samme kvanteobjekt anses for å kunne være både partikkel og bølge, avhengig av hva observatøren velger å måle ved objektet.

Popper var dypt uenig i København-tolkninga, spesielt i det han anså som dens anti-[[realisme (erkjennelsesteori)|realistiske]] ([[instrumentalisme|instrumentalistiske]]/[[subjektivisme|subjektivistiske]]) og anti-[[rasjonalisme|rasjonalistiske]] ([[positivisme|positivistiske]]/[[logisk empirisme|empiristiske]]) implikasjoner. Popper tvilte altså vel å merke ikke på kvantemekanikken som sådan, men forfekta en realistisk og [[indeterminisme|indeterministisk]] tolkning av kvantemekanikken.<ref>Popper inntok med sine realistiske og indeterministiske interpretasjon en særstilling blant kvantemekaniske tolkninger, siden f.eks. Einstein, Schrödinger og de Broglie forfekta [[realisme (erkjennelsesteori)|realistiske]], men [[determinisme|deterministiske]] tolkninger; mens f.eks. Bohr, Heisenberg og von Neumann forfekta indeterministiske, men ikke-realistiske tolkninger.</ref> Han prøvde å vise at nøkkelen lå i å forstå [[sannsynlighet]]er ikke som subjektive ([[bayesiansk sannsynlighet|bayesianske]]) mål på kunnskap, men som ''objektive [[propensitet]]er'': «hvis vi tolker kvanteteorien som en teori om fysiske propensiteter, så kan vi løse alle de problemene som lå til grunn for København-tolkningas fremvekst.»<ref>Popper ([[#p82a|1982a]], innledning til kap. 1)</ref> På denne bakgrunn foreslo Popper en egen tolkning av kvantemekanikken:
* Han godtok f.eks. Heisenbergs ''matematiske beskrivelse'' av [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon|uskarphetsrelasjonen]] («Heisenberg-''formelen''», som han kalte den), men var uenig i Heisenbergs ''interpretasjon'' av denne formelen som en «ubestemthetsrelasjon».<ref>Popper ([[#p34b|1934b]], avsnitt 75)</ref> Istedenfor mente han at hver enkelt partikkel ''har'' en nøyaktig definert og målbar posisjon (bane) og [[bevegelsesmengde]].<ref>Popper ([[#p67|1967]], avsnitt&nbsp;4, tese&nbsp;7)</ref>. Heisenberg-formelen angir bare spredninga som partikler blir utsatt for ved måling, slik at ''forutsigelsen'' av partiklenes egenskaper ''etter'' en måling kun er mulig som et statistisk utsagn.
* Popper avviste [[bølge–partikkel-dualiteten]] som en [[kategorifeil]]. Ifølge ham er en partikkel alltid en partikkel, men noen av partikkelens ''egenskaper'' kan beskrives gjennom en [[bølgefunksjonen|bølgefunksjon]]<ref>eller, mer nøyaktig, gjennom [[bølgefunksjonen]]s ''[[absoluttverdi|absolutt]]-[[kvadrat (aritmetikk)|kvadrat]]'' '''|''ψ''|²''' (Popper, [[#p82a|1982a]], §&nbsp;11)</ref>. Å&nbsp;påstå at partikkel og bølge er samme sak, er som å påstå at en terning og en sannsynlighet på 1/6 er samme sak.<ref>Popper ([[#p67|1967]], avsnitt&nbsp;4, tese&nbsp;4)</ref>
* Popper kritiserte [[bølgefunksjonens kollaps]] for å være en enkel misforståelse, som ikke har noe med kvantemekanikk, men med statistikk å gjøre.<ref>Popper ([[#p67|1967]], avsnitt&nbsp;4, tese&nbsp;9)</ref> Å&nbsp;påstå at en bølgefunksjon kollapser når en observatør gjør en måling, er som å påstå at en terning som vi har kasta i blinde, får sekstallet på oversida først når vi ser etter.<ref>Popper ([[#p57|1957]]) bruker mynt og krone som eksempel</ref> (Og å påstå at en slik effekt er ikke-[[lokalitet (fysikk)|lokal]], er som å påstå at informasjonen om at terningens ettall har havna nederst, forplanter seg med overlyshastiget fra terningens over- til underside i det øyeblikket vi ser etter.)

== Poppers ulike forslag til eksperiment ==
[[Fil:Popper-experiment-2.png|thumb|Skisse av Poppers kvantemekaniske eksperiment (i versjonen fra 1982). Popper forutsa at spredninga av sammenfiltra partikler ville være større bak den smale spalten A enn bak den større spalten B. {{byline|Tabish Qureshi}}]]
Popper publiserte sitt første kvantemekaniske tankeeksperiment i [[1934]],<ref>Popper ([[#p34a|1934a]]; [[#p34b|1934b]], avsnitt 77)</ref> men dette forslaget ble kritisert av [[Carl Friedrich von Weizsäcker|Weizsäcker]]<ref>v. Weizsäcker ([[#w34|1934]])</ref>, [[Werner Heisenberg|Heisenberg]]<ref>i form av et brev som nevnes i Poppers ([[#p59|1959]]) avsnitt 77 (første fotnote)</ref> og [[Albert Einstein|Einstein]]<ref>i form av et brev (datert 11. september 1935), som er gjengitt som faksimile i Poppers ([[#p59|1959]]) appendiks *xii</ref> for å være prinsipielt umulig. Popper innså feilen og trakk tilbake forslaget, men opprettholdt sin kritikk av København-tolkninga.<ref>Popper ([[#p59|1959]], app. *xi; jf. [[#p67|1967]]; [[#p71|1971]]; [[#p72|1972]], kap.&nbsp;8, §&nbsp;3; [[#p74|1974]], s.&nbsp;1137–1139; [[#p76|1976]], kap.&nbsp;18)</ref> Blant annet uttrykte han sin støtte til [[Einstein-Podolsky-Rosen-argumentet|argumentet som Einstein publiserte]] i [[1935]]<ref name="ReferenceA"/> og som «har slående likheter» med Poppers forslag.<ref>Jammer ([[#j74|1974]], s. 178); men alt tyder på at Einstein, Podolsky og Rosen utvikla argumentet sitt i 1935 uavhengig av Poppers argument i 1934 (jf. [[W.W. Bartley]]s fotnote&nbsp;20 til Popper, [[#p82a|1982a]], «Preface»)</ref>

Popper foreslo nye versjoner av eksperimentet i [[1981]] og [[1982]].<ref>Én versjon ble beskrevet av Garuccio, Popper & Vigier ([[#gpv|1981]]); en annen versjon av Popper ([[#p82a|1982a]], forordets avsnitt IX; [[#p82b|1982b]])</ref>. Senere fremhevet han ved flere anledninger betydninga av å få gjennomført et slikt eksperiment.<ref>Popper ([[#p85|1985]]; [[#p87|1987]]); Combourieu ([[#c92|1992]])</ref> I&nbsp;Poppers levetid ble det nye eksperimentforslaget kritisert ved et par anledninger,<ref>Bedford & Selleri ([[#bs85|1985]]); Sudbery ([[#s85|1985]]); Collett & Loudon ([[#cl87|1987]])</ref> men uten at det fikk Popper til å skifte mening.<ref>Popper ([[#p87|1987]])</ref>

Eksperimentet kan kort beskrives slik: Par av partikler (Popper foreslår [[positron]]er) som har interagert med hverandre, sendes ut i motsatt retning fra kilden. To skjermer A og B med spalter står i samme avstand på motsatte sider av kilden, og partikler som passerer gjennom spaltene registreres av sett av [[geigerteller]]e. Når begge spaltene gjøres smalere, øker spredninga av partiklene bak de to skjermene i tråd med [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon]] (smalere spalter gjør bestemmelsen av posisjonen mer presis, altså blir bestemmelsen av [[bevegelsesmengde]]n mindre presis). Spørsmålet er hva som skjer når spalten i bare én av skjermene (A) gjøres smalere. Siden partikelparene har interagert før de ble sendt ut, er de «[[kvantesammenfiltring|sammenfiltra]]», og en forbedra posisjonsbestemmelse av den ene partikkelen i et par øker derfor også vår kunnskap om posisjonen til den andre partikkelen.
* Ifølge (Poppers forståelse av) København-tolkninga er den mindre presise bestemmelsen av bevegelsesmengden et resultat av vår ''kunnskap'' om partikkelen. Siden kunnskapen har økt, vil spredninga av partiklene også bak skjerm B øke, ''som om'' spalten i skjerm B også hadde blitt gjort smalere (men til tross for at den ikke ''har'' blitt gjort smalere).
* Ifølge Poppers hypotese er den mindre presise bestemmelsen av bevegelsesmengden et resultat av de ''statistiske egenskapene'' til et utvalg med partikler. Derfor øker partikkelspredninga bare bak skjerm&nbsp;A, mens partikkelspredninga bak skjerm B er upåvirka av hva som skjer med skjerm&nbsp;A.

== Gjennomføring av eksperimentet ==
[[Fil:Kimshih-result.png|thumb|Resultatet av Kim og Shihs gjennomføring av eksperimentet. Spredninga var større for partikler som passerte spalten (blå) enn for deres sammenfiltra søsterpartikler som ikke gjorde det (rød). {{byline|Yoon-Ho Kim og Yanhua Shih}}]]
[[1999]] (fem år etter Poppers død) utførte [[Yoon-Ho Kim]] og [[Yanhua Shih]] eksperimentet i praksis.<ref>Kim & Shih ([[#ks99|1999]]); det er snakk om en modifisert versjon av eksperimentoppsettet beskrevet av Popper ([[#p82a|1982a]])</ref> Funnene deres er i tråd med Poppers forutsigelse: Spredninga bak skjerm A øker, den bak skjerm B gjør det ikke.

Med forfatternes ord:
:«Det er forbausende å se at de eksperimentelle resultatene er i overensstemmelse med Poppers forutsigelse. Gjennom [[kvantesammenfiltring]] kan man få rede på nøyaktig kunnskap om posisjonen til et [[foton]], og ville derfor ifølge den vanlige [[København-tolkninga]] av [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon|usikkerhetsrelasjonene]] forvente en større usikkerhet i [fotonets] [[bevegelsesmengde]]. Målinga viser imidlertid at bevegelsesmengden ikke erfarer noen tilsvarende økning i usikkerheten.»<ref>Kim & Shih ([[#ks99|1999]], s. 1850)</ref>

== Tolkning av resultatet ==
Gjennomføringa av eksperimentet har ført til fornya interesse for Poppers syn på kvantemekanikken og til en debatt om eksperimentets (og dermed kvantemekanikkens) tolkning.<ref>Iredale ([[#i5|2005]])</ref> Det er enighet om at funnene er i overensstemmelse med Poppers forutsigelse. Uenigheten dreier seg om funnene dermed virkelig representerer en tilbakevisning av København-tolkninga. Flere stemmer hevder nettopp dette,<ref>Hunter ([[#h2|2002]]); Unnikrishnan ([[#u2|2002]])</ref> mens andre forskere anser København-tolkninga for å være forenlig med eksperimentets utfall.<ref>Ghirardi, Marinatto & de Stefano ([[#gms|2007]]); Qureshi ([[#q12|2012]])</ref>

== Noter og referanser ==
<references />

== Kilder ==
* {{Kilde artikkel
| ref=bs85
| forfatter=D. Bedford og F. Selleri
| utgivelsesår=1985
| tittel=On Popper’s New EPR-experiment
| publikasjon=Lettere al nuovo cimento della Società Italiana di Fisica
| bind=42
| side=325–328
| doi=10.1007/BF02747046}}
* {{Kilde artikkel
| ref=cl87
| forfatter=M.J. Collett og R. Loudon
| utgivelsesår=1987
| tittel=Analysis of a Proposed Crucial Test of Quantum Mechanics
| publikasjon=Nature
| bind=326
| side=671–672
| doi=10.1038/326671a0}}
* {{Kilde artikkel
| ref=c92
| forfatter=M.-C. Combourieu
| utgivelsesår=1992
| tittel=Karl R. Popper, 1992: About the EPR Controversy
| publikasjon=Foundations of Physics
| bind=22
| side=1303–1323
| doi=10.1007/BF01889715}}
* {{Kilde artikkel
| ref=epr
| forfatter=A. Einstein, B. Podolsky og N. Rosen
| utgivelsesår=1935
| tittel=Can Quantum-mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?
| publikasjon=Physical Review
| bind=47
| side=777–780
| doi=10.1103/PhysRev.47.777}}
* {{Kilde artikkel
| ref=gpv
| forfatter=A. Garuccio, K.R. Popper og J.-P. Vigier
| utgivelsesår=1981
| tittel=Possible Direct Physical Detection of de Broglie Waves
| publikasjon=Physics Letters A
| bind=86
| side=397–400
| doi=10.1016/0375-9601(81)90346-7}}
* {{Kilde artikkel
| ref=gpv
| forfatter=G. Ghirardi, L. Marinatto og F. de Stefano
| utgivelsesår=2007
| tittel=Critical Analysis of Popper's Experiment
| publikasjon=Physical Review A
| bind=75
| side=042107
| doi=10.1103/PhysRevA.75.042107
| arxiv=quant-ph/0702242}}
* {{Kilde artikkel
| ref=h27
| forfatter=W. Heisenberg
| utgivelsesår=1927
| tittel=Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik
| publikasjon=Zeitschrift für Physik
| bind=43
| side=172–198
| doi=10.1007/BF01397280}}
* {{Kilde bok
| ref=h30
| forfatter=W. Heisenberg
| utgivelsesår=1930
| tittel=Die physikalischen Prinzipien der Quantentheorie
| utgivelsessted=Leipzig
| forlag=Hirzel}}
* {{Kilde artikkel
| ref=h2
| forfatter=G. Hunter
| utgivelsesår=2002
| tittel=Realism in the Realized Popper’s Experiment
| publikasjon=American Institute of Physics Conference Proceedings
| bind=646
| side=243–248
| doi=10.1063/1.1524580
| arxiv=quant-ph/0507011}}
* {{Kilde artikkel
| ref=i5
| forfatter=M. Iredale
| utgivelsesår=2005
| tittel=Did Popper Falsify Copenhagen?
| publikasjon=Philosophers’ Magazine
| bind=32
| side=27–28
| doi=10.5840/tpm2005328}}
* {{Kilde bok
| ref=j74
| forfatter=M. Jammer
| utgivelsesår=1974
| tittel=The Philosophy of Quantum Mechanics
| utgivelsessted=New York
| forlag=Wiley}}
* {{Kilde artikkel
| ref=ks99
| forfatter=Y.-H. Kim og Y. Shih
| utgivelsesår=1999
| tittel=Experimental Realization of Popper's Experiment: Violation of the Uncertainty Principle?
| publikasjon=Foundations of Physics
| bind=29
| side=1849–1861
| doi=10.1023/A:1018890316979
| arxiv=quant-ph/9905039}}
* {{Kilde artikkel
| ref=p34a
| forfatter=K. Popper
| utgivelsesår=1934
| tittel=Zur Kritik der Ungenauigkeitsrelationen
| publikasjon=Naturwissenschaften
| bind=22
| side=807–808
| doi=10.1007/BF01496543}}
* {{Kilde bok
| ref=p34b
| forfatter=K. Popper
| utgivelsesår=1934
| tittel=[[Logik der Forschung|Logik der Forschung. Zur Erkenntnistheorie der modernen Naturwissenschaft]]
| utgivelsessted=Wien
| forlag=Springer}}
* {{Kilde bok
| ref=p57
| forfatter=K.R. Popper
| redaktør=S. Körner
| utgivelsesår=1957
| artikkel=The Propensity Interpretation of the Calculus of Probability, and the Quantum Theory
| tittel=Observation and Interpretation
| utgivelsessted=London
| forlag=Butterworths
| side=65–70}}
* {{Kilde bok
| ref=p59
| forfatter=K.R. Popper
| utgivelsesår=1959
| tittel=[[The Logic of Scientific Discovery]]
| utgivelsessted=London
| forlag=Hutchinson}}
* {{Kilde bok
| ref=p67
| forfatter=K.R. Popper
| redaktør=M. Bunge
| utgivelsesår=1967
| artikkel=Quantum Mechanics without ‘The Observer’
| tittel=Quantum Theory and Reality
| utgivelsessted=Berlin
| forlag=Springer
| side=7–44
| doi=10.1007/978-3-642-88026-1_2
| kommentar=En oppdatert versjon av denne artikkelen er trykt som Poppers ([[#p82a|1982a]]) introduksjon}}
* {{Kilde bok
| ref=p71
| forfatter=K. Popper
| redaktør=W. Yourgrau og A. van der Merwe
| utgivelsesår=1971
| artikkel=Particle Annihilation and the Argument of Einstein, Podolsky, and Rosen
| tittel=Perspectives in Quantum Theory
| utgivelsessted=Cambridge
| forlag=MIT Press
| side=182–198}}
* {{Kilde bok
| ref=p72
| forfatter=K.R. Popper
| utgivelsesår=1972
| tittel=[[Objective Knowledge|Objective Knowledge: An Evolutionary Approach]]
| utgivelsessted=Oxford
| forlag=Clarendon}}
* {{Kilde bok
| ref=p74
| forfatter=K.R. Popper
| redaktør=A. Schilpp
| utgivelsesår=1974
| artikkel=Replies to my Critics
| tittel=The Philosophy of Karl Popper
| utgivelsessted=La Salle
| forlag=Open Court
| side=959–1197}}
* {{Kilde bok
| ref=p76
| forfatter=K.R. Popper
| utgivelsesår=1976
| tittel=[[Unended Quest|Unended Quest: An Intellectual Autobiography]]
| utgivelsessted=La Salle
| forlag=Open Court}}
* {{Kilde bok
| ref=p82a
| forfatter=K.R. Popper
| utgivelsesår=1982
| tittel=[[Quantum Theory and the Schism in Physics]]
| utgivelsessted=London
| forlag=Hutchinson}}
* {{Kilde bok
| ref=p82b
| forfatter=K.R. Popper
| redaktør=K.M. Meyer-Abich
| utgivelsesår=1982
| artikkel=Proposal for a Simplified New Variant of the Experiment of Einstein, Podolsky and Rosen
| tittel=Physik, Philosophie und Politik
| utgivelsessted=München
| forlag=Hanser
| side=310–313}}
* {{Kilde bok
| ref=p85
| forfatter=K. Popper
| redaktør=G. Tarozzi og A. van der Merwe
| utgivelsesår=1985
| artikkel=Realism in Quantum Mechanics and a New Version of the EPR Experiment
| tittel=Open Questions in Quantum Physics
| utgivelsessted=Dordrecht
| forlag=Reidel
| side=3–25
| doi=10.1007/978-94-009-5245-4_1}}
* {{Kilde artikkel
| ref=p87
| forfatter=K. Popper
| utgivelsesår=1987
| tittel=Popper versus Copenhagen
| publikasjon=Nature
| bind=328
| side=675
| doi=10.1038/328675a07}}
* {{Kilde artikkel
| ref=q12
| forfatter=T. Qureshi
| utgivelsesår=2012
| tittel=Analysis of Popper's Experiment and Its Realization
| publikasjon=Progress of Theoretical Physics
| bind=127
| side=645–656
| doi=10.1143/PTP.127.645
| arxiv=quant-ph/0505158}}
* {{Kilde artikkel
| ref=s35
| forfatter=E. Schrödinger
| utgivelsesår=1935
| tittel=Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik
| publikasjon=Naturwissenschaften
| bind=23
| side=807–812
| doi=10.1007/BF01491891}}
* {{Kilde artikkel
| ref=s85
| forfatter=A. Sudbery
| utgivelsesår=1985
| tittel=Popper's Variant of the EPR Experiment Does not Test the Copenhagen Interpretation
| publikasjon=Philosophy of Science
| bind=52
| side=470–476
| doi=10.1086/289261}}
* {{Kilde artikkel
| ref=u2
| forfatter=C.S. Unnikrishnan
| utgivelsesår=2002
| tittel=Proof of Absence of Spooky Action at a Distance in Quantum Correlations
| publikasjon=Pramana
| bind=59
| side=295–301
| doi=10.1007/s12043-002-0120-6}}<!-- sjekk om hans andre 2002-artikkel passer bedre! ¤ -->
* {{Kilde artikkel
| ref=w34
| forfatter=[C.F.] v. Weizsäcker
| utgivelsesår=1934
| tittel=Zur Kritik der Ungenauigkeitsrelationen
| publikasjon=Naturwissenschaften
| bind=22
| side=808
| doi=10.1007/BF01496543}}

{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Kvantemekanikk]]
[[Kategori:Karl Popper]]