Fysiker har visat att vågfunktionen som beskriver hela universums kvanttillstånd inte kan bestämmas genom något experiment, inte ens från ett begränsat antal möjligheter. Forskare Eddy Keming Chen och Roderich Tumulka hävdar att detta avslöjar en fundamental gräns inom kvantfysik. Deras arbete utmanar antaganden om empirisk kunskap inom kosmologi.
I kvantfysik beskrivs objekt som elektroner av vågfunktioner som kodar deras tillstånd och möjliggör förutsägelser av experimentella utfall. Att utöka detta till kosmos, som föreslagits av personer som Stephen Hawking, innebär att universum självt har en vågfunktion. Men Eddy Keming Chen vid University of California, San Diego, och Roderich Tumulka vid University of Tübingen i Tyskland har visat att denna universella vågfunktion förblir otillgänglig. Deras bevis bygger på kvantstatistikmekanik och vågfunktionens enorma komplexitet, som involverar stora antal parametrar eller högdimensionala tillstånd. Utifrån ett antal plausibla vågfunktioner för universum beräknade forskarna att ingen kvanttillåten mätning ger tillräcklig information för att identifiera den korrekta. «Universums vågfunktion är som en kosmisk hemlighet som fysiken själv konspirerar för att behålla», förklarar Chen. «Vi kan veta oerhört mycket om hur universum beter sig, men förbli fundamentalt osäkra på vilket kvanttillstånd det befinner sig i». Tumulka tillägger: «Vilken mätning som helst som är tillåten enligt kvantmekanikens regler ger oss mycket begränsad information om universums vågfunktion. Det är omöjligt att bestämma universums vågfunktion med någon användbar noggrannhet». Detta fynd bygger på tidigare teoretiska modeller men betonar observationernas roll, som tidigare arbeten försummat. JB Manchak vid University of California, Irvine, noterar paralleller med begränsningar i allmän relativitet och observerar att kvantteorin inte utformades för kosmiska skalor. Sheldon Goldstein vid Rutgers University betraktar vågfunktionen som ett teoretiskt verktyg; flera kandidater kan ge liknande resultat i beräkningar, vilket mildrar problemet. Filosofiskt varnar resultatet mot strikt positivism, där otestbara påståenden avfärdas. «Vissa saker existerar faktiskt där ute i verkligheten, men vi kan inte mäta dem», säger Tumulka. Emily Adlam vid Chapman University ser det som stöd för kvanttolkningar som fokuserar på observatörsperspektiv snarare än en enda objektiv verklighet. Studien publiceras i British Journal for the Philosophy of Science (DOI: 10.1086/740609). Chen och Tumulka planerar att tillämpa sina insikter på mindre storskaliga system med tekniker som skugg-tomografi.