På svt.se kan man sen i lördags kväll hitta en kort text och en tvåminuters video som berättar att forskare för första gången lyckats mäta effekten av mycket, mycket små kvantmekaniska "knuffar" eller fluktuationer på föremål i mänsklig storlek (istället för föremål av storleksordningen en eller några atomer, vilket är mer vanligt). Olyckligtvis är texten rätt virrigt skriven och blandar ihop flera olika kvantmekaniska effekter - videon är bättre, men rätt kort - så naturligtvis var min första reaktion att leta upp bättre källor för att förstå vad det egentligen är som har hänt.
Experimentet utfördes på Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, en avancerad forskningsanläggning byggd för att mäta gravitationsvågor och därmed bekräfta vissa av Einsteins teorier samt studera kollisioner mellan svarta hål eller neutronstjärnor. Mätanläggningen på LIGO består bland annat av två långa tunnlar eller rör, i rät vinkel mot varandra och utrustade med speglar. Under mätningarna delar man upp en kraftfull laserstråle i två delar, en för varje tunnel. Laserstrålarna reflekteras mellan speglarna och kommer tillbaka till utgångspunkten, där de interfererar med varandra. Interferensen mellan de två laserstrålarna beror på skillnaden i längd mellan de två tunnlarna, så om längden på den ena eller andra tunneln ändras kan man se det genom att observera interferensen. Om en gravitationsvåg passerar kommer det att orsaka en liten, liten förändring i längderna på tunnlarna, och det är så man kan detektera den.
Trots allt detta finns det gränser för hur noga man kan mäta med LIGO, och en av de gränserna sätts av en kvantmekanisk princip kallad Heisenbergs osäkerhetsrelation. Heisenbergs osäkerhetsrelation säger att det finns vissa saker man inte kan mäta noggrant samtidigt för samma föremål. Det mest välkända exemplet är position och rörelsemängd (hastighet gånger massa), men det finns en liknande osäkerhetsrelation för energi och tid. Osäkerhetsrelationen och de kvantfluktuationer som är effekten av den påverkar mätningarna i LIGO framför allt genom fotonerna som utgör laserstrålen, på så sätt att både antalet fotoner och deras strålningstryck mot speglarna kan variera. (Strålningstryck är den kraft som en ljusstråle utövar på ett föremål den lyser på, en kraft som oftast är så svag att den inte märks - men i LIGO-mätningarna märks den.)Naturligtvis är det mer komplicerat än så i praktiken. Eftersom det är oerhört små förändringar det handlar om krävs det att man på olika sätt eliminerar alla andra källor till förändringar eller störningar. Bland annat pumpar man ut all luft ur tunnlarna för att få ett vakuum, och de flera kilo tunga speglarna är upphängda på ett speciellt sätt.
Experimenten med kvanteffekter i LIGO, som beskrivs i ett pressmeddelande och en artikel i Nature (finns också som så kallat preprint på Arxiv), syftade både till att mäta effekten av de här kvantfluktuationerna på speglarna och, kanske ännu viktigare, att utforska hur man trots osäkerhetsrelationen kan göra noggrannare mätningar. När det gäller effekten på speglarna kunde man mäta att kvantfluktuationerna som är kopplade till laserstrålen kunde flytta dem ungefär 0.00000000000000000001 m, vilket är vad man tagit fasta på i SVT:s rapportering, och man lyckades också bekräfta att det finns metoder som kan tänja gränserna för mätnoggrannheten i LIGO.
Så vad var egentligen problemet med SVT:s beskrivning? Framför allt, skulle jag säga, att de verkar blanda ihop flera olika kvanteffekter. Både videon och texten tar upp några kvantfenomen som strängt taget inte har så mycket med just den här studien att göra, exampelvis quantum entanglement. Det hade väl varit okej om man hade tagit sig tid att förklara vad det innebär, men det gör man inte - både videon och texten är korta. Det finns också en tendens att blanda ihop olika kvanteffekter, som Heisenbergs osäkerhetsrelation och så kallad sammanvävning eller "entanglement". I texten påstår man dessutom att det här är första gången man mäter effekterna av kvantfenomen i mer makroskopisk skala, men det stämmer inte. Det är första gången man mäter effekterna av kvantfluktuationer på så stora föremål som speglarna i LIGO, men effekterna av andra kvantfenomen har man sett betydligt tidigare - exempelvis den så kallade fotoelektriska effekten.
Kvantfysik är svårt att förstå och förklara, och många av de fenomen som är kopplade till kvantfysik skiljer sig mycket från vad vi ser i vardagen. Just därför är det trist när medier skildrar dem på ett sätt som får dem att verka ännu mer förvirrande och mystiska. Det kanske får kvantfenomenen att verka mer intressanta och forskningsframstegen mer dramatiska, men jag tycker det är onödigt att göra något så komplicerat ännu svårare att förstå.
