Den fria viljan testad med stjärnljus

Är allt förutbestämt eller finns det en fri vilja? Ett besynnerligt experiment som nyligen utförts ger skäl att luta lite mer år det senare.

Men låt oss ta det från början. Det har i dagarna gått 90 år sedan den vårvinter då det på allvar stod klart hur gåtfull kvantmekaniken egentligen är. Det var under ett av Werner Heisenbergs många besök hos Niels Bohr i Köpenhamn som allt började falla på plats. Vad Heisenberg insåg under en promenad i parken bakom institutet där han arbetade var att det måste finnas en inbyggd osäkerhet hos naturen vilken leder vidare till en absolut slump och en omöjlighet att ens i princip förutsäga framtiden. Året efter upptäckten, i en taxi i Berlin tillsammans med den 16-årige Carl Friedrich von Weizsäcker, senare välkänd fysiker och filosof, förklarade Heisenberg att han visat att Kant hade fel. Det är inte a priori självklart att det måste finnas orsakssammanhang. Kvantmekaniken antyder att det finns ett glapp i naturen, ett nödvändigt utrymme för en absolut slump.

Idag, 90 år senare, har nya experiment förstärkt bilden. Det handlar om fenomenet sammanflätning. Det här är inga lätta saker, men vi gör ett försök:

En källa skickar iväg par av fotoner, dvs ljuspartiklar. Det ena paret efter det andra. De två fotonerna  i ett par rör sig åt olika håll och når så småningom var sin avlägsen mätstation. Vid respektive mätstation väljer en observatör att mäta hur respektive foton är polariserad. Hen håller upp ett polaroidglas av samma slag som i ett par polaroidglasögon och noterar om fotonen slipper igenom eller ej. Hen noterar också hur glaset är vridet. I enlighet med kvantmekaniken kommer resultaten att vara slumpmässiga. Chansen att en foton slipper igenom eller ej är 50%. Men om fotonerna skapas i vad man kallar ett intrasslat tillstånd händer något märkligt. Mätserierna vid de två detektorerna är var och en för sig slumpmässig, men när man jämför dem upptäcker man märkliga korrelationer. Om den ena slipper igenom är sannolikheten för att den andra också skall göra det bestämd av den relativa vinkeln mellan polaroidglasen vid de två olika mätstationerna.

Detta är inte i sig konstigt. Fotonerna skapades ju tillsammans. Men när man granskar resultatet i detalj visar det sig att de faktiska korrelationerna är sådana att de inte kan uppstå utan att fotonen vid den ena mätstationen vet hur observatören vid DEN ANDRA mätstationen väljer att vrida på sitt polaroidglas! Detta alldeles oavsett det faktum att observatören bestämmer sig i allra sista sekunden och att ingen signal ens med ljusfarten skulle kunna hinna fram med den nödvändiga informationen.

Jättekonstigt, men just så konstig är världen. Skälet till att det inte leder till några paradoxer är kvantmekanikens absoluta och omutliga slump. Den förhindrar ansvarslöst missbruk av intrasslingen som annars skulle kunna leda till förödande tidsreseparadoxer. Heisenberg- Kant, 1-0.

Men det finns ett kryphål i argumentet. Vem har sagt att vi verkligen har en fri vilja? Kanske det redan är bestämt på förhand hur den ene eller andre observatören kommer att vrida sitt glas och att inga signaler därför behöver skickas? Allt är redan fixat i förväg!

För att på bästa möjliga sätt utesluta den lite oroväckande möjligheten använder man i praktiska experiment kvantmekaniska slumpgeneratorer för att bestämma hur glasen skall vridas. Men är man konspiratoriskt lagd är inte ens detta betryggande. De två slumpgeneratorerna kanske har påverkats av en gemensam händelse i det förflutna och är inte alls oberoende av varandra. I laboratorietest behöver en sådan händelse inte ligga mer än några mikrosekunder bakåt i tiden.

Nyligen har några fysiker och astronomer använt ljuset från stjärnor på avstånd av några hundra ljusår för att åstadkomma slumpval av hur polariodglasen i laboratoriet är vridna. Det handlar alltså om att låta samtidiga händelser separerade med hundratals ljusår avgöra vridningarna. På så sätt har man lyckats trycka tillbaka det konspirerande valet med minst 600 år – till början av 1400-talet med andra ord. Finns det en begränsing av den fria viljan måste det alltså röra sig om längre tidsperspektiv än så.

Läs mer här: länk till obegriplig artikel

Och så kan det förstås vara. Vad som aldrig kan uteslutas är att det är först när vi går hela vägen tillbaka till universums allra första ögonblick (om det nu finns något sådant) som konspirationen slår till: man kallar det superdeterminism. ALLT, precis ALLT, inklusive alla de val du gör eller utfallen hos en kvantmekanisk slumpgenerator är förutbestämda. Just på ett sådant sätt att några signaler aldrig behöver skickas mellan intrasslade fotoner. Vilken tråkig värld!

Att det skulle vara så illa vill jag ändå inte tro. Och min gissning blir att det steg från mikrosekund till några hundra år bakåt i tiden som nu tagits kan utsträckas i all evighet. Det blir roligare så.

  • Erik

    Intressant, men det här visar väl icke-lokaliteten hos kvantmekaniken. Är det inte ett ganska långt steg från det till att visa att det finns en fri vilja?

    Tror du att kvantmekanik är relevant för att förklara fri vilja och medvetande? Finns det inte rätt mycket som talar mot det? Max Tegmark har exempelvis en artikel från 99 där han beräknar att dekoherens sker i en mänsklig hjärna efter mindre än 10^-13 s:

    https://arxiv.org/pdf/quant-ph/9907009.pdf

    • Karl Jansson

      Att det skulle behövas kvantfysik för att förklara medvetandet är förmodligen bara trams. Även om det bevisligen förkommer hos en del fåglar för att exempelvis ”se” magnetfält.

      Jag har jagat svaret i över två decennium.

      Antonio Damasio har rett ut början, Thomas metzinger kommer halvvägs i ”The EGO Tunnel”, Chris Frith kommer en bit till i ”Making up the mind”, och slutligen Michael S. A. Graziano kommer i mål i ”Consiousness and the Social Brain”, fast inte riktigt.

      En tolkning ur ett informationsperspektiv av den senaste är att se hjärnan som en modellmaskin, som envetet konstruerar modeller av all information den har tillgång till. Omvärlden är en modell, men även den egna kroppen. Modellen av den är tillgänglig för hjärnans modellmaskineri, liksom alla resultat. Modellen modelleras även den, kontinuerligt när man är vaken, kanske rekursivt. I den loopen skapas medvetandet, eller betraktaren som betraktar sig själv, aka medvetandet. Modellen som skapar medvetandet är förstås förankrat till kroppen som är närvarande i alla neurala spår, den går inte att bli av med.

      Där i den loopen existerar du, i din modell av världen och dig själv, Du är en del av modellen. Svårare än så är det inte.

      Självkörande bilar kommer förmodligen att behöva bli självmedvetna i någon bemärkelse för att kunna navigera och reagera på stimuli och utföra sina sysslor på ett adekvat sätt. D.v.s. de behöver en kontinuerlig modell av sin egen modell.

      Är det något konstigt? Nej, varje varelse har en modell av sin omgivning i relation till sig själv, och en modell av självet, den rekursiva modellen. Det ligger så att säga i sakens natur om man vill kunna konkurrera effektivt. Skillnaden ligger i hur komplex modellen är.

      Människans modell är den mest komplicerade på den här planeten. Och man kan fundera över vilka precis lagoma selektionspumpar som behövdes för att skapa den. Och det är förstås därför vi inte ser några utomjordingar, för det är en så osannolik sekvens av händelser som behövs att om de finns så är de bortom horisonten för detektion.

      • Erik

        Mycket intressant om medvetandeforskning. Är det inte något liknande Douglas Hofstadter försöker beskriva i Gödel, Escher, Bach och I am a strange loop? Giulano Tononi har väl också en matematisk funktion för grad av medvetande?

        Dock om kvantmekanik inte behövs för att förklara medvetande och klassisk mekanik då räcker, finns det då ingen fri vilja? Klassisk mekanik är ju deterministisk. Om du vet läge och rörelsemängd för alla partiklar vid en tidpunkt går det i princip att bestämma de för alla framtida tidpunkter (även om det är praktiskt omöjligt). Allt är förutbestämt. Hur ställer du dig i den frågan?

        • Karl Jansson

          Blev klassad som spam så jag repostar det här. Ber om ursäkt om det blir dubbelpost.

          Kaos och slump är nog nyckelorden. Båda är närvarande och gör var för sig det principiellt omöjligt att förutsäga framtiden.

          Fri vilja är ett dåligt definierat koncept, som egentligen inte finns. Det du i din modell av verkligheten kan göra är att i efterhand analysera ett utfall och programmera ditt omedvetna att reagera annorlunda nästa gång det inträffar. Kallas visst ruelse eller ågren har jag hört.

          Man kan jämföra medvetandet och det omedvetna med en en hundägare och hens hund. När hunden gör rätt (hämtar en öl i kylen) så blir den belönad, och när den gör fel (hämtar broccoli) så blir den bestraffad. Samarbetet mellan den målgivande och den utförande är så sammanflätat att det är svårt att reda ut, men det finns där.

          Klassisk mekanik finns som teoretisk modell. Den finns förstås inte i verkligheten.

          Vi har modeller som gör att vi kan förutsäga vissa saker, vilket är praktiskt och låter oss bygga fantastiska konstruktioner och förutsäga vissa saker. Men samtidigt inser vi att det just är bara användbara modeller av verkligheten, något praktiskt användbart.

          Min personliga hypotes är att ju djupare man tittar desto mer komplicerat blir det. Vi når gränsen för vad vår savannhjärna klarar av, det som den är evolverad för att hantera.

          Gränserna är:

          ingenting: Helt omöjligt att visualisera och förstå.

          allting: dito

          Jättestort och jättelitet: helt utanför alla referensramar, måste sättas i
          relation till något i savannmodellen.

          tid: något av det minst förstådda men samtidigt det viktigaste. Helt obegripligt om man försöker gå till botten med det.

          Men fungerande beskrivningar av verkligheten är bra då det ger oss massor med möjligheter.

  • Lars B

    Alltid intressant när du rör dig i gränslandet mellan naturvetenskap och filosofi. Skönt att du hela tiden behåller din lugna, resonerande stil (till skillnad från andra mer högljudda experter på nätet).

    En annan intressant fråga: Existerar det förflutna?

    Vänliga hälsningar
    Lars B

  • Karl Jansson

    Försökte läsa pappret men kan för litet för att inse att det uppmätta värdet 2,5 mot förväntade 2,8 i rena kvantfallet och förväntade 4 för lokala-realist fallet säger att information utbyts mellan de sammanfätade fotonerna snabbare än ljuset. Går det att förklara just den delen på ett lekmannasätt?

    Visar inte experiementet bara att om det finns några dolda ”lokala” influerande realistvariabler så måste dessa finnas 600 år tillbaka i tiden och 600 ljusår bort? D.v.s. gör det väldigt sannolikt att Bells teorem är korrekt: ”No physical theory of local hidden variables can ever reproduce all of the predictions of quantum mechanics.”.

    Ett annat experiment som går att ”förstå” för en med bara lite skolning i fysik men som skrynklar hjärnan ordentligt är det berömda experimentet ”Delayed choice quantum eraser”:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Delayed_choice_quantum_eraser

    Kanske något du skulle kunna ge dig på att tolka det när du nu ändå är inne på kvantfysikens intuitiva orimligheter.