Ο οδηγός σας για τις πολλές σημασίες της κβαντικής μηχανικής
Η κβαντομηχανική είναι πάνω από έναν αιώνα παλιά, αλλά οι φυσικοί εξακολουθούν να μάχονται για το τι σημαίνει. Το μεγαλύτερο μέρος του σφίξιμο των χεριών και το ράγισμα των αρθρώσεων στις συζητήσεις τους ανάγεται σε μια υπόθεση γνωστή ως «ρεαλισμός». Αυτή είναι η ιδέα ότι η επιστήμη περιγράφει κάτι - το οποίο ονομάζουμε «πραγματικότητα» - εξωτερικό για εμάς και για την επιστήμη. Είναι ένας τρόπος σκέψης που μας έρχεται φυσικά. Συμφωνεί καλά με την εμπειρία μας ότι το σύμπαν δεν φαίνεται να ενδιαφέρεται για τις θεωρίες που έχουμε για αυτό. Η επιστημονική ιστορία δείχνει επίσης ότι καθώς η εμπειρική γνώση αυξάνεται, τείνουμε να συγκλίνουμε σε μια κοινή εξήγηση. Αυτό σίγουρα υποδηλώνει ότι η επιστήμη πλησιάζει κατά κάποιο τρόπο στην «αλήθεια» σχετικά με το «πώς είναι πραγματικά τα πράγματα».
Αλίμονο, ο ρεαλισμός είναι τελικά μια φιλοσοφική θέση που από μόνη της δεν έχει εμπειρική βάση. Το μόνο που μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα είναι αν μια συγκεκριμένη υπόθεση είναι καλή στο να περιγράψει αυτό που παρατηρούμε. Ωστόσο, το αν αυτή η περιγραφή αφορά κάτι που είναι ανεξάρτητο και εξωτερικό για εμάς, τον παρατηρητή, είναι ένα ερώτημα στο οποίο δεν μπορούμε ποτέ να απαντήσουμε.
Αυτό, περιττό να πούμε, δεν είναι ένα νέο αίνιγμα, αλλά ένα αίνιγμα που συζητούσαν οι φιλόσοφοι για όσο καιρό υπήρχαν φιλόσοφοι. Αλλά είναι ζωντανό και δίνει ώθηση στη συζήτηση για τις ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής σήμερα, όπως μας υπενθυμίζει ο Jim Baggott στο νέο του βιβλίο Quantum Reality:The Quest for the Real Meaning of Quantum Mechanics . Αν αυτή είναι η εποχή του κβαντικού λόγου, τότε ο Μπαγκότ είναι ο Βολταίρος του. Θα δυσκολευόμουν να σκεφτώ κάποιον συγγραφέα πιο παραγωγικό από τον Baggott όσον αφορά την κβαντική μηχανική. Πριν από την Κβαντική πραγματικότητα , δημοσίευσε επίσης το The Meaning of Quantum Theory , Η κβαντική ιστορία , Κβαντικό διάστημα , The Quantum Cookbook , και ας μην ξεχνάμε Beyond Measure:Modern Physics, Philosophy and the Meaning of (μάντεψε) Κβαντική Θεωρία .
Η εμμονή του Baggott με την κβαντική μηχανική δεν καθοδηγείται από τη δημόσια ζήτηση. Όχι αποκλειστικά πάντως. Αν και το κβαντικό-όλα ήταν ένα τρέχον θέμα στην πρόσφατη δημοφιλή επιστήμη, η γραφή του Baggott εξιστορεί τη δική του αναζήτηση για δημιουργία νοημάτων. Και έτσι, Κβαντική πραγματικότητα είναι, όπως πολλά από τα προηγούμενα βιβλία του Baggott, μια προσπάθεια να βάλει τάξη σε ένα συγκεχυμένο θέμα. Τα καταφέρνει μόνο εν μέρει. Αλλά ακόμη και αυτό είναι ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα, επειδή, για σχεδόν έναν αιώνα, οι φυσικοί μάχονται για το ποια από τις δώδεκα διαφορετικές ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής είναι σωστή ή τι σημαίνει ακόμη να αποκαλούμε μια από αυτές «σωστή». Ο Baggott δεν τελειώνει τον αγώνα, αλλά τον βάζει στο πλαίσιο ξεθάβοντας τις οικογενειακές διαμάχες που ξεκίνησαν τον πόλεμο. Με αυτό, σας καθοδηγεί στο να κατανοήσετε την κβαντική μηχανική (στο βαθμό που αυτό είναι δυνατό) και τις διαμάχες γύρω από αυτήν.
Ο Baggott ρίχνει την ευθύνη στην απόρριψη της μεταφυσικής από τους φυσικούς. Η μεταφυσική είναι ένας όρος που επινόησε ο Αριστοτέλης. Ελληνικά για το «μετά τη φυσική», ο Αριστοτέλης το χρησιμοποίησε κυριολεκτικά για να αναφερθεί στα κεφάλαια μετά τη φυσική. Σήμερα, η μεταφυσική είναι ένας κλάδος της φιλοσοφίας που, χαλαρά μιλώντας, ασχολείται με εκείνες τις υποθέσεις που κάνουν οι φυσικοί στις κατασκευές θεωριών που δεν βασίζονται σε εμπειρικά στοιχεία. Οι φυσικοί βασίζονται συνεχώς στη μεταφυσική, ωστόσο λίγοι από αυτούς γνωρίζουν τι κάνουν.
Πράγματι, το μεγαλύτερο χάσμα στην κοινότητα των κβαντικών θεμελίων σήμερα είναι μεταφυσικό:Είναι αυτό μεταξύ ρεαλιστών και μη ρεαλιστών. Όσοι στο στρατόπεδο του ρεαλισμού λαχταρούν μια θεωρία της οποίας οι μαθηματικές δομές μπορούν να ερμηνευτούν ως το πώς είναι πραγματικά τα πράγματα, ενώ οι μη ρεαλιστές θεωρούν την κβαντική μηχανική ως μια θεωρία για αυτό που γνωρίζουμε. «Ξέρεις για τι;» μπορείτε να ρωτήσετε. Α, αλλά αυτή είναι μια ερώτηση που θα έκανε μόνο ένας ρεαλιστής.
Η ερώτηση «Τι είναι αληθινό;» είναι αναπόφευκτη αν μελετάτε την κβαντομηχανική, γιατί έχει μια πιο περίεργη ιδιότητα:Ασχολείται με αντικείμενα που ονομάζονται «κυματικές συναρτήσεις» που είναι απαραίτητα για την εξαγωγή προβλέψεων, αλλά δεν αντιστοιχούν από μόνα τους σε τίποτα παρατηρήσιμο. Είναι λοιπόν οι κυματοσυναρτήσεις πραγματικές ή όχι;
Αυτό το ζήτημα γίνεται ιδιαίτερα πιεστικό όταν κάποιος κάνει μια μέτρηση σε ένα κβαντικό σύστημα. Σε αυτή την περίπτωση, η κυματική λειτουργία μπορεί να αλλάξει, ξαφνικά και στιγμιαία, παντού. Εάν αυτή η λεγόμενη κατάρρευση ήταν μια φυσική διαδικασία, θα έρχονταν σε σύγκρουση με το όριο ταχύτητας φωτός του Άλμπερτ Αϊνστάιν και θα αποτελούσε, σύμφωνα με τα λόγια του Αϊνστάιν, μια «απόκοσμη ενέργεια από απόσταση». Και πάλι, η ίδια η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης δεν είναι κάτι που παρατηρούμε. Έτσι, αν μπορείτε να ξεπεράσετε τον πειρασμό να σκεφτείτε την κυματοσυνάρτηση ως πραγματικό αντικείμενο, δεν υπάρχει τίποτα αστείο εδώ. Απλώς, είναι αστείο.
Στην αποστολή του να εκθάψει τη μεταφυσική της κβαντικής μηχανικής, ο Baggott κάνει μια εξαιρετικά ενδελεχή δουλειά αναλύοντας την ιδέα ότι η κβαντική μηχανική συνδέεται με τη συνείδηση, ένα θέμα που οι περισσότεροι συγγραφείς τείνουν να αποφεύγουν. Ή τουλάχιστον καταργήστε το τόσο γρήγορα που δεν είστε σίγουροι ότι είπαν τίποτα απολύτως. Πράγματι, στην Κβαντική πραγματικότητα Βρήκα μια πιο κατανοητή εξήγηση της εικασίας Penrose-Hameroff (ότι η προέλευση της συνείδησης είναι συνεκτικές κβαντικές καταστάσεις μικροσωληνίσκων στον ανθρώπινο εγκέφαλο) από ό,τι έχω ακούσει τόσο από τον Penrose όσο και από τον Hameroff. Και αν θέλετε να μάθετε πώς λειτουργεί η ερμηνεία πολλών μυαλών ή πόσο κακή ιδέα είναι το Quantum Suicide, ο Baggott σας καλεί και σε αυτό.
Η ανάλυση του Baggott δεν εστιάζει απλώς στις πιο δημοφιλείς ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής, αλλά περιλαμβάνει πολλές από τις λιγότερο γνωστές. Ως επί το πλείστον, συγκρατεί τις δικές του απόψεις και κάνει καταπληκτική δουλειά στο να εξετάζει αντικειμενικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε προσέγγισης. Μόνο στο κεφάλαιο για την Ερμηνεία των πολλών κόσμων εκφράζει την απογοήτευσή του.
Η ερμηνεία των πολλών κόσμων λέει ότι κάθε φορά που κάνουμε μια μέτρηση, η πραγματικότητα χωρίζεται σε πολλές εναλλακτικές εκδοχές, πανομοιότυπες εκτός από το αποτέλεσμα της μέτρησης. Νωρίς στην Κβαντική πραγματικότητα , ο Baggott παρομοιάζει την επιστήμη με ένα πλοίο που ταξιδεύει πέρα δώθε πάνω από τη «Θάλασσα της Αναπαράστασης» από τις βραχώδεις ακτές της Εμπειρικής Πραγματικότητας με τις αμμώδεις παραλίες της Μεταφυσικής Πραγματικότητας. Στην πορεία, το πλοίο μπορεί να παγιδευτεί σε «μια δίνη απεριόριστης μεταφυσικής ανοησίας». Σύμφωνα με τον Baggott, αυτό συμβαίνει με την ερμηνεία πολλών κόσμων. Είναι καθαρή μεταφυσική, καταγγέλλει, που έχει χάσει την επαφή με την εμπειρική πραγματικότητα.
Εδώ διαφωνώ με τον Baggott. Είμαι πολύ οργανοπαίκτης και νιώθω άνετα με το δόγμα «σκάσε και υπολόγισε». Ωστόσο, η μεταφυσική έχει σημασία, κατά τη γνώμη μου, επειδή οι φιλοσοφικές προκαταλήψεις, ειδικά αυτές που δεν αναγνωρίζουμε, μολύνουν τις θεωρίες με τις οποίες είμαστε ακόμη διατεθειμένοι να ασχοληθούμε.
Σε αντίθεση με τον Baggott, ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο αξιολογώ τις θεωρίες είναι ρωτώντας «Τι μπορείς να κάνεις με αυτό;» Από αυτήν την άποψη, η ερμηνεία πολλών κόσμων δεν είναι καλύτερη ή χειρότερη από την ερμηνεία της Κοπεγχάγης (η οποία δεν είναι ρεαλιστική και λέει ότι δεν πρέπει να ρωτήσετε τι συμβαίνει κατά την κατάρρευση κυματικής λειτουργίας) ή την ερμηνεία πιλοτικών κυμάτων (που αποφεύγει το αξίωμα της κατάρρευσης εισάγοντας ένα μη τοπικό αλλά μη παρατηρήσιμο πεδίο καθοδήγησης για τα σωματίδια). Και αν θέλει κανείς να μετρήσει την επιστημονική υπόσχεση, δεν έχει νόημα να συνδυάζει μοντέλα κατάρρευσης και μοντέλα κρυφών μεταβλητών - που είναι τροποποιήσεις της κβαντικής μηχανικής - μαζί με τις ερμηνείες, επειδή ο σκοπός της τροποποίησης της κβαντικής μηχανικής είναι να εξηγηθούν περισσότερα δεδομένα. /P>
Προσωπικά προσβάλλομαι επίσης που ο Μπαγκότ παραλείπει τον υπερντετερμινισμό. Σε αυτή την προσέγγιση, η κβαντική μηχανική προκύπτει από ένα ντετερμινιστικό μοντέλο κρυφών μεταβλητών που αναγνωρίζει ότι τα πάντα στο σύμπαν συνδέονται με οτιδήποτε άλλο. Είτε κατά λάθος είτε κατά λάθος αφήνει στον αναγνώστη την εντύπωση ότι αυτά έχουν αποκλειστεί οριστικά, κάτι που σίγουρα δεν ισχύει. Δεν μπορώ να κατηγορήσω πραγματικά τον Baggott για αυτό, ωστόσο, επειδή αυτή η παράλειψη είναι ευρέως διαδεδομένη στην επιστημονική βιβλιογραφία. Έχω παραπονεθεί για αυτό στις σελίδες αυτού του περιοδικού και θα το αφήσω.
Έτσι, εκτός από τα προσωπικά παράπονα, μου άρεσε πολύ να διαβάζω το νέο βιβλίο του Baggott. Γράφει ελκυστικά και δεν απαιτεί βασικές γνώσεις στη φυσική, είναι πιθανό να σας διδάξει κάτι νέο. Ακόμα κι εγώ έμαθα μερικά νέα κομμάτια, όπως η ένδοξη παράπλευρη περιγραφή του Baggott ότι ο Francis Bacon πέθανε από πνευμονία που προσβλήθηκε από το γέμισμα ενός νεκρού κοτόπουλου με χιόνι για να δει αν θα το συντηρούσε.
Η Sabine Hossenfelder είναι Ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Προηγμένων Σπουδών της Φρανκφούρτης, όπου εργάζεται πάνω σε τροποποιήσεις της γενικής σχετικότητας, φαινομενολογικής κβαντικής βαρύτητας και στα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής. Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το τι πάει στραβά με τα θεμέλια της φυσικής, διαβάστε το βιβλίο της Lost in Math:How Beauty Leads Physics Aways.
