Kan det finnas två versioner av verkligheten samtidigt? Fysiker säger att de kan - på kvantnivå, det vill säga.
Forskare genomförde nyligen experiment för att besvara en årtionden gammal teoretisk fysikfråga om duellerande verkligheter. Detta knepiga tankeexperiment föreslog att två personer som observerade samma foton kunde komma till olika slutsatser om fotonens tillstånd - och ändå båda deras observationer skulle vara korrekta.
För första gången har forskare replikerat förhållanden som beskrivs i tankeexperimentet. Deras resultat, som publicerades 13 februari i förtryckstidsskriftet arXiv, bekräftade att även när observatörer beskrev olika tillstånd i samma foton, kan de två motstridiga verkligheterna båda vara sanna.
"Du kan verifiera dem båda", berättade medförfattare Martin Ringbauer, en postdoktorisk forskare vid Institutionen för experimentell fysik vid University of Innsbrück i Österrike, berättade för Live Science.
Wiggers vän
Denna förvirrande idé var hjärnskölden till Eugene Wigner, vinnare av Nobelpriset för fysik 1963. 1961 hade Wigner introducerat ett tankeexperiment som blev känt som "Wigners vän." Det börjar med en foton - en partikel av ljus. När en observatör i ett isolerat laboratorium mäter fotonen, upptäcker de att partikelns polarisering - den axel som den snurrar på - antingen är vertikal eller horisontell.
Innan foton mäts visar foton emellertid båda polarisationerna på en gång, vilket dikteras av kvantmekanikens lagar; det finns i en "superposition" av två möjliga tillstånd.
När personen i laboratoriet mäter fotonen antar partikeln en fast polarisering. Men för någon utanför det stängda laboratoriet som inte vet resultatet av mätningarna är den omätade fotonen fortfarande i superposition.
Den outsiders observation - deras verklighet - avviker därför från verkligheten hos personen i labbet som mätte fotonen. Ändå anses ingen av de motstridiga observationerna vara fel, enligt kvantmekanik.
Förändrade tillstånd
I årtionden var Wigners tankeböjande förslag bara ett intressant tankeexperiment. Men under de senaste åren, viktiga framsteg inom fysik möjliggjorde slutligen experter att sätta Wigners förslag på testet, sade Ringbauer.
"Teoretiska framsteg behövdes för att formulera problemet på ett sätt som är testbart. Sedan behövde den experimentella sidan utvecklingen av kontrollen av kvantsystem för att implementera något liknande," förklarade han.
Ringbauer och hans kollegor testade Wigners ursprungliga idé med ett ännu striktare experiment som fördubblade scenariot. De utsåg två "laboratorier" där experimenten skulle äga rum och introducerade två par intrasslade fotoner, vilket innebar att deras öde var länkade, så att veta tillståndet för den ena automatiskt säger dig till den andra. (Fotonerna i installationen var verkliga. Fyra "personer" i scenariot - "Alice", "Bob" och en "vän" av var och en - var inte riktiga, utan representerade istället observatörer av experimentet).
De två vännerna till Alice och Bob, som var "inuti" var och en av laboratorierna, mätte var och en foton i ett intrasslat par. Detta bröt intrasslingen och kollapsade superpositionen, vilket innebar att den foton de mätte fanns i ett bestämt polarisationsläge. De registrerade resultaten i kvantminne - kopierade i polariseringen av den andra fotonen.
Alice och Bob, som var "utanför" de slutna laboratorierna, presenterades sedan två val för att genomföra sina egna observationer. De kunde mäta sina väners resultat som lagrades i kvantminne och därigenom komma till samma slutsatser om de polariserade fotonerna.
Men de kunde också genomföra sitt eget experiment mellan de intrasslade fotonerna. I detta experiment, känt som ett interferensexperiment, om fotonerna fungerar som vågor och fortfarande existerar i en superposition av tillstånd, så skulle Alice och Bob se ett karakteristiskt mönster av ljusa och mörka fransar, där topparna och dalarna i ljusvågorna lägger till upp eller avbryt varandra. Om partiklarna har "valt" deras tillstånd, ser du ett annat mönster än om de inte hade gjort det. Wigner hade tidigare föreslagit att detta skulle avslöja att fotonerna fortfarande befann sig i ett intrasslat tillstånd.
Författarna till den nya studien konstaterade att även i deras fördubblade scenario höll resultaten beskriven av Wigner. Alice och Bob kunde komma till slutsatser om fotonerna som var korrekta och bevisbara och som ändå skilde sig från observationerna från sina vänner - som också var korrekta och bevisbara, enligt studien.
Kvantmekanik beskriver hur världen fungerar i en så liten skala att fysikens normala regler inte längre gäller; Under många decennier har experter som studerar fältet erbjudit många tolkningar av vad det betyder, sa Ringbauer.
Men om mätningarna i sig inte är absolut - som dessa nya fynd antyder - som utmanar själva meningen med kvantmekanik.
"Det verkar som om, i motsats till klassisk fysik, mätresultat inte kan betraktas som absolut sanning utan måste förstås i förhållande till observatören som utförde mätningen," sade Ringbauer.
"Historierna vi berättar om kvantmekanik måste anpassa sig till det," sade han.
