Onderzoekers hebben een sleutelmechanisme gedemonstreerd dat verklaart hoe de vage, probabilistische aard van de kwantumwereld plaats maakt voor de heldere, consistente realiteit die we ervaren. De studie bevestigt dat overeenkomst over de objectieve werkelijkheid geen perfecte metingen vereist, maar op natuurlijke wijze zelfs voortkomt uit onvolmaakte waarnemingen – wat de theorie van het kwantumdarwinisme ondersteunt.
De puzzel van de klassieke werkelijkheid
Op kwantumniveau bestaan deeltjes in een superpositie van toestanden totdat ze worden gemeten. Alledaagse objecten lijken echter definitief, zonder kwantumwaasheid. Decennia lang hebben natuurkundigen geprobeerd deze overgang van kwantumonzekerheid naar klassieke zekerheid te verklaren.
De belangrijkste verklaring, voorgesteld door Wojciech Zurek in 2000, is het kwantumdarwinisme. Dit idee suggereert dat bepaalde kwantumtoestanden meer ‘geschikt’ zijn om te overleven in de omgeving – wat betekent dat ze zichzelf effectiever repliceren door interacties met hun omgeving. Waarnemers nemen deze dominante toestanden vervolgens waar als objectieve realiteit. Als meerdere waarnemers onafhankelijk dezelfde gerepliceerde toestand waarnemen, zijn ze het eens over wat ‘echt’ is.
Onvolmaakte observaties leiden nog steeds tot overeenstemming
Een nieuwe studie door Steve Campbell van University College Dublin en collega’s heeft nu aangetoond dat zelfs ruwe metingen tot objectieve overeenstemming kunnen leiden. Het team herschikte het probleem als een kwestie van kwantumdetectie: hoeveel informatie over de eigenschappen van een object (zoals de lichtfrequentie) moet worden verzameld om tot een definitieve conclusie te komen.
Met behulp van een metriek genaamd ‘quantum Fisher information’ (QFI), berekenden ze hoe efficiënt verschillende meetschema’s een objectieve eigenschap konden bepalen. Verrassend genoeg onthulden de resultaten dat waarnemers die onnauwkeurige metingen deden, nog steeds tot dezelfde conclusies konden komen, op voorwaarde van voldoende gegevens.
“Een onnozele meting kan net zo goed presteren als een veel geavanceerdere meting”, zegt Gabriel Landi van de Universiteit van Rochester. “Dat is één manier om de opkomst van classiciteit te zien: wanneer de fragmenten groot genoeg worden, beginnen waarnemers het zelfs met eenvoudige metingen eens te worden.”
Implicaties en toekomstig onderzoek
Dit onderzoek overbrugt het theoretische kwantumdarwinisme met praktische kwantumexperimenten, waardoor het gemakkelijker wordt om het in reële systemen te testen. Diego Wisniacki van de Universiteit van Buenos Aires merkt op dat QFI – een kernconcept in de kwantuminformatietheorie – nog niet eerder is toegepast op het kwantumdarwinisme, wat mogelijk nieuwe experimentele wegen opent.
G. Massimo Palma van de Universiteit van Palermo voegt eraan toe dat dit weliswaar een belangrijke stap is, maar dat er complexere systemen moeten worden gemodelleerd om de theorie verder te consolideren. Landi en zijn team plannen al experimenten met qubits met gevangen ionen om de tijdschaal voor de opkomst van objectiviteit te vergelijken met bekende kwantumeigenschappen van de qubits.
In wezen laat deze studie zien dat de opkomst van de klassieke werkelijkheid niet gaat over perfecte observatie, maar over de enorme hoeveelheid omgevingsinteracties die selecteren op stabiele, repliceerbare kwantumtoestanden. De bevindingen versterken het idee dat onze gedeelde ervaring van een objectieve wereld geen fundamentele eigenschap van de natuur is, maar een opkomend fenomeen.
