Forestil dig dette: Du er forsker og giver dig til at pille ved en partikel i et fysiklaboratorium i din hjemby.

Men idet du måler på partiklen i laboratoriet, påvirker du samtidig en partikel på Mars.

Lyder det som rent vrøvl eller science fiction? Det er det ikke. Sådan fungerer vores verden nemlig, og det har årets tre modtagere af Nobelprisen i fysik været med til at vise os.

»De har vist os, at verden er radikalt anderledes, end vi gik og troede,« siger Anders Søndberg Sørensen, som er professor på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

»Når man kan vise, at samtlige mennesker på denne planet har haft en forkert opfattelse af, hvordan verden fungerer, så synes jeg helt klart, at man har fortjent at få Nobelprisen.«

Ny teknologi

De tre nobelpristagere - Alain Aspect (Frankrig), John Clauser (USA) og Anton Zeilinger (Østrig) - er alle kvantefysikere; en gren af fysikken, som kan være svær at begribe, fordi den beskriver verden på en helt anderledes måde, end hvad vores intuition siger os.

Ud over at åbne vores blik for verden omkring os har de tre fysikere også banet vejen for ny teknologi baseret på kvanteinformation, lyder det fra nobelpriskomiteen.

»Det er deres eksperimenter, som ligger til grund for arbejdet med kvantecomputere og for nye måder at kryptere information på, som kan gøre det helt sikret imod aflytning,« påpeger Klaus Mølmer, som er professor i kvanteoptik på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

Han kender alle tre nobelprismodtagere og er personlig ven med den ene; franske Alain Aspect.

»Det er en fantastisk velkommen nobelpris. Og jeg kan love dig for, at der er tusindvis af kvantelaboratorier verden over, som jubler og siger; nu har vores forskningsfelt fået Nobelprisen,« jubler Klaus Mølmer.

Niels Bohrs arv 

Historien om dagens nobelpristagere begynder i virkeligheden hos kvantefysikkens danske fader, fysiker og nobelpristager Niels Bohr (1885-1962).

Bohr havde en kontrovers med den berømte tyske fysiker Albert Einstein, som ikke altid var den største fan af kvantefysikken – også kaldet kvantemekanikken. Sammen med to andre fysikere, Boris Poldolsky og Nathan Rosen, skrev Einstein i 1935 en artikel, som var et frontalangreb på kvantefysikken.

»Einstein, Podolsky og Rosen angreb kvantemekanikken og sagde: ’Se her, kvantemekanikken må være forkert – se hvor mærkeligt verden omkring os ellers vil opføre sig’,« fortæller Anders Sørensen.

»Men Bohr var uenig og sagde: 'Nej – sådan ER verden. Kvantemekanikken er rigtig'.«

Sådan så det ud på skærmen, da de tre nobelpristagere blev annonceret af det svenske Kongelige Videnskabelige Akademi. De tre mænd deler prisen ligeligt imellem sig. (Screendump fra nobelprisuddeling) 

Bohr og Einsteins debat

På Bohr og Einsteins tid var diskussionen af ren filosofisk karakter. Man havde ikke mulighed for at teste i eksperimenter, hvem der havde ret. Var verden virkelig så mærkelig som kvantemekanikken påstod eller tog kvantemekanikken fejl?

Mere konkret ville Einstein ikke acceptere et paradoks ved kvantemekanikken, som sagde, at man ved at måle på én partikel, samtidig kunne påvirke en anden partikels tilstand, også selvom den befandt sig langt borte. Potentielt på den anden side af kloden eller på Mars.

Først i 1980  - længe efter Bohr og Einsteins død – tog diskussionen en ny drejning, da eksperimenter fra to af de nye nobelpristagere kort sagt viste, at Bohr havde ret: Ved at måle på én lyspartikel - foton -  kunne de vise, at tilstanden på en anden lyspartikel samtidig også blev påvirket. De to lyspartikler var altså sammenfiltrede – selvom de fysisk set ikke befandt sig det samme sted.

»John Clauser var den første, som viste det eksperimentelt, men hans forsøg var ikke helt så utvetydigt som Alain Aspects forsøg,« fortæller Klaus Mølmer, som er professor i kvanteoptik ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

»Jeg kan tydeligt huske, da Aspects forsøg kom frem, mens jeg var førsteårsstuderende på Fysik. Det var et genialt eksperiment, og Dagbladet Information ryddede forsiden og skrev, at Bohr havde ret.«

Årets nobelpristagere har lavet eksperimenter, som har bevist, at man ved at påvirke én partikel, samtidig kan påvirke en anden partikel, som befinder sig langt borte. Fænomenet er i dag kendt som sammenfiltring (entanglement). (Illustration: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)

Sammenfiltring i rummet

I de første forsøg i 1980’erne var de to lyspartikler kun nogle meter væk fra hinanden. Men med tiden er forsøget blevet gentaget med større og større afstand mellem partiklerne.

I nogle vilde forsøg har forskere eksempelvis vist, at partikler på satellitter i rummet er sammenfiltrede med partikler på Jorden.

Selvom det kan lyde meget gådefuldt og svært at begribe, har nobelpristagernes forsøg – og Bohrs og Einsteins diskussioner – helt konkret været med til at bane vejen for en revolution af vores teknologi baseret på kvanteinformation.

»Zeilinger har videreført Clauser og Aspects eksperimenter fra 1980’erne, og det er særligt hans arbejde, som har banet vejen for nye teknologier til sikker datatransmission og kvantecomputere,« siger Klaus Mølmer.

Videnskab.dk har blandt andet også interviewet østrigske Anton Zeilinger i 2017, da det lykkedes ham og et kinesisk forskerhold at teleportere en lyspartikel fra Jorden ud til rummet – en anden vanvittig manøvre, som kvantemekanikken åbner mulighed for.

Et navn mangler

Både Klaus Mølmer og Anders Sørensen er enige om, at de tre kvantefysiske herrer er de rette modtagere af nobelprisen i fysik.

Anders Sørensen påpeger dog, at en anden vigtig karakter i historien mangler blandt dagens modtagere: Irske John Stewart Bell, som døde i 1990. Bell banede vejen for nobelprismodtagernes eksperimenter ved at opstille en matematisk model, kendt som ’Bells ulighed.’

Modellen var en direkte udløber af den uløste diskussion mellem Bohr, Einstein, Poldolsky og Rosen, og forsimplet forklaret udpegede den matematisk set, hvordan man potentielt ville kunne afgøre, hvem der havde ret.

»Meget konkret kan man sige, at det er Bells uligheder, man benytter som resurse til at lave hemmelig kommunikation, som ikke kan aflyttes,« fortæller Anders Sørensen.

Bell-uligheder

Selvom John Stewart Bell aldrig modtog nobelprisen - og heller ikke kunne have modtaget den i dag, da man skal være levende for at modtage prisen – bliver hans navn alligevel indirekte nævnt i dagens begrundelse for nobelprisen.

Den officielle begrundelse for årets nobelpris lyder nemlig, at de tre modtagere får den for »eksperimenter med sammenfiltrede fotoner, som påviser brud mod Bell-uligheder og baner vejen for kvanteinformationsvidenskab.«

I 2021 gik samme pris til klimamodellernes fædre. Og skruer vi tiden tilbage til 1975, var vinderne de danske kernefysikere Aage Bohr og Ben Roy Mottelson.

Aage Bohr gik dermed i sin fars fodspor, for Niels Bohr modtog selvsamme ære i 1922.