«Η ατελής επανάσταση του Αϊνστάιν» του Lee Smolin
(Εικόνα: © Penguin Press)
Η κβαντική μηχανική είναι μια σταθερή επιστήμη. Η υπόθεση έκλεισε και σας ευχαριστώ πάρα πολύ - ή πολλοί θα υποστήριζαν.
Χάρη στην πρωτοποριακή δουλειά της δεκαετίας του 1920, πολλοί πιστεύουν ότι τώρα γνωρίζουμε όλα όσα θα χρειαζόμαστε ποτέ για την κίνηση σε ατομική ή υποατομική κλίμακα. Σύμφωνα με τον Δανό Φυσικό Niels Bohr και τους οπαδούς του, μπορούμε να ισχυριστούμε είτε την ακριβή θέση ενός ατομικού σωματιδίου είτε την τροχιά του, αλλά δεν μπορούμε να κάνουμε και τα δύο ταυτόχρονα. Αυτό το είδος πρόβλεψης μπορεί να είναι μόνο πιθανοτικό, ποτέ απολύτως ακριβές.
Ο θεωρητικός φυσικός Lee Smolin, του Ινστιτούτου Περιμέτρου Θεωρητικής Φυσικής στο Waterloo του Καναδά, έχει περάσει όλη την καριέρα του προκαλώντας αυτήν την άποψη. Ο Smolin πιστεύει ότι ο θρίαμβος του Bohr είναι ένα παράδειγμα χαράγματος που καταπνίγει τη νόμιμη διαφωνία, ακόμη και από διακεκριμένους αντιφρονούντες όπως ο Albert Einstein και ο Erwin Schrödinger.
Σήμερα, ο Σμόλιν, ακολουθώντας τα βήματα του Άλμπερτ Αϊνστάιν και συνεχίζοντας μια μακρά παράδοση που περιλαμβάνει άλλους φυσικούς, συμπεριλαμβανομένου του Ντέιβιντ Μπόμ, επιδιώκει μια θεωρία για «ολοκλήρωση» της κβαντικής φυσικής επιτρέποντας ακριβείς περιγραφές και όχι ασαφείς πιθανότητες. Ο Σμόλιν έχει μια «ρεαλιστική» προοπτική, σε αντίθεση με την «αντι-ρεαλιστική» άποψη του Μπόρ και των ακολυτών του. Ο Σμόλιν εκθέτει την προοπτική του στο "Η ατελής επανάσταση του Αϊνστάιν"(Penguin Press, Απρίλιος 2019). Το Space.com επικοινωνούσε με τον Smolin για να συζητήσει το βιβλίο, πώς κυριαρχούν οι νέες ιδέες στην επιστήμη και τι έχει μέχρι τώρα.
Space.com: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ρεαλιστικών και αντι-ρεαλιστικών προσεγγίσεων κβαντική μηχανική?
Λι Σμόλιν: Για μένα, η διαφορά ανάμεσα σε κάποιον που είναι ρεαλιστής σχετικά με τα κβαντικά φαινόμενα σε σχέση με κάποιον που δεν είναι ρεαλιστής είναι, ως ρεαλιστής, πιστεύετε ότι υπάρχει μια πλήρης ιστορία και υπάρχει μια πλήρης περιγραφή, που μπορούμε να επιτύχουμε για οποιαδήποτε ατομική διαδικασία, οποιασδήποτε πυρηνικής διαδικασίας, οτιδήποτε συμβαίνει στον υποατομικό κόσμο. Η κβαντομηχανική δεν δίνει τόσο ολοκληρωμένη περιγραφή κάθε διαδικασίας ξεχωριστά, και έτσι δεν μπορεί να είναι πλήρης. Πρέπει να βρούμε μια βαθύτερη θεωρία πέρα από αυτήν. Η κβαντομηχανική είναι ένα βήμα προς την κατανόηση του υποατομική φυσική, αλλά δεν είναι το τελικό βήμα. Έτσι, η δουλειά είναι να πάμε πιο βαθιά και να εφεύρουμε ή να ανακαλύψουμε μια καλύτερη θεωρία που δίνει μια πλήρη περιγραφή.
Αν είστε αυτό που ονομάζουμε αντι-ρεαλιστικό, τότε νομίζετε ότι η κβαντική μηχανική όπως γράφτηκε στη δεκαετία του 1920 είναι πιθανώς η τελική θεωρία και δεν υπάρχει κίνητρο να κοιτάξουμε βαθύτερα.
Space.com: Αναφέρεστε σε άτομα που αναζητούν την ολοκλήρωση της κβαντικής θεωρίας ως «αφελείς ρεαλιστές» επειδή οι απόψεις τους δεν χρειάζονται περίπλοκες αιτιολογήσεις. Μπορείτε να επεξεργαστείτε αυτόν τον όρο;
Σμόλιν: Naive σημαίνει πραγματικά εξελιγμένο. Naive σημαίνει ότι έχετε ακούσει όλες τις βασικές αντιρρήσεις για την ιδέα ότι μπορούμε να δώσουμε μια πλήρη περιγραφή του κόσμου ως έχει και να τους απορρίψουμε και να τον θεωρούμε ως στόχο μας να κατανοήσουμε πλήρως τη φύση και σαν να μην ήμασταν εδώ. Η επιστήμη είναι μια περιγραφή της φύσης που υποτίθεται ότι είναι αντικειμενική, δεν επιβάλλεται από τα πειράματά μας ή από τις ιδέες μας ή τις πεποιθήσεις μας.
Space.com: Το "αφελές" σημαίνει ότι είναι εντελώς ανοιχτό σε νέες ιδέες και πεποιθήσεις;
Σμόλιν: Πλήρως ανοιχτό; Όχι. Οι άνθρωποι ξεχνούν ότι η φυσική, όπως κάθε επιστήμη, έχει ιστορία και παράδοση. Πάρτε μια απλή ιδέα, όπως η ορμή, η οποία θα πρέπει να γίνει κατανοητή στο πλαίσιο όλης της συζήτησης από τον 16ο και 17ο αιώνα σχετικά με την αρχή της αδράνειας, την αρχή της σχετικότητας και ούτω καθεξής. Δεν μπορείτε να εξηγήσετε μια έννοια όπως η ορμή χωρίς να βυθιστείτε σε ολόκληρη την ιστορία της έννοιας.
Space.com: Το βιβλίο σας είναι σαφές και διαυγές και είναι κατανοητό από άτομα με διάφορα επίπεδα γνώσεων. Ποια είναι η διαδικασία γραφής σας;
Σμόλιν: Γιατί να σε ευχαριστήσω! Θα το πάρω ως κομπλιμέντο. Έχω πολλή εμπειρία και πολλή πρακτική διδασκαλία της σύγχρονης φυσικής σε μη επιστημονικούς. Σε διάφορα πανεπιστήμια, συχνά δίδαξα μαθήματα «Φυσική για ανθρωπιστικές επιστήμες» ή «Φυσική για ποιητές». Έχω λοιπόν μεγάλη εμπειρία με το να ακονίζω διαφορετικές παιδαγωγικές στρατηγικές που πρέπει να χρησιμοποιώ στη διδασκαλία της κβαντικής φυσικής ή της σχετικότητας με τους λαούς.
Ένα βιβλίο σαν αυτό έχει πολλά είδη κοινού ταυτόχρονα. Απευθύνομαι σε ειδικούς και συναδέλφους, αλλά κυρίως απευθύνομαι σε λαϊκούς. Και ο πρώτος λαός που έχει σημασία είναι ο συντάκτης. Πάντα επιμένω να δουλεύω με έναν συντάκτη που έχει πτυχίο λογοτεχνίας ή ανθρωπιστικές σπουδές ή ιστορία - όχι πτυχίο επιστήμης. Έχω επίσης αρκετούς αναγνώστες δοκιμών που δεν έχουν εκπαίδευση στην επιστήμη. Όλοι με ώθησαν να ξεκαθαρίσω, να ξεκαθαρίσω, να ξεκαθαρίσω και αν χρειαστεί να ξαναγράψω το βιβλίο. Αυτό το συγκεκριμένο βιβλίο πέρασε από τρεις πλήρεις επανεγγραφές. Τίποτα δεν έμεινε στο πάτωμα του δωματίου, για να το πούμε. Όλο το πρώτο προσχέδιο εγκαταλείφθηκε τελείως και επανεξετάστηκε και το αποτέλεσμα ήταν ένα πολύ καλύτερο βιβλίο, κατά τη γνώμη μου.
Space.com: Δεδομένου ότι ξαναγράφηκε εντελώς πολλές φορές, πόσο καιρό χρειάστηκε για τη σύνταξη του βιβλίου;
Σμόλιν: Το γράψιμο δεν είναι η καθημερινή μου δουλειά. η καθημερινή μου δουλειά είναι θεωρητικός φυσικός. Αλλά στον ελεύθερο χρόνο μου, για να πω, περίπου τρία χρόνια. Θα υπάρξει ένας μήνας ή έξι εβδομάδες όταν δουλεύω πρωτίστως στο βιβλίο και μετά θα περάσουν έξι μήνες και θα το σκεφτώ και θα το σκεφτώ και μετά θα βυθίσω ξανά για τρεις εβδομάδες ή ένα μήνα. Έτσι ήταν έτσι για μια περίοδο τριών ετών.
Space.com: Το βιβλίο σας περιγράφει λεπτομερώς την ιστορία της κβαντικής φυσικής στις αρχές του 20ού αιώνα. Γιατί έγινε η κυρίαρχη άποψη η αντι-ρεαλιστική κβαντική επανάσταση που πυροδότησε ο Niels Bohr - φαινομενικά στο ριπή οφθαλμού;
Σμόλιν: Υπήρχαν δύο πράγματα που έδρασαν ταυτόχρονα. Ένα από αυτά, και το πιο σημαντικό, ήταν η εκπληκτική πειραματική επιτυχία. Η ανθρωπότητα πέρασε σε λιγότερο από 30 χρόνια από το να συμφιλιωθεί με την ιδέα ότι η ύλη αποτελείται από άτομα σε μια πλήρη θεωρία της ατομικής φυσικής. Και λειτούργησε ουσιαστικά για να εξηγήσει τα φάσματα [το ουράνιο τόξο των χρωμάτων που παράγονται διαχωρίζοντας τα συστατικά του φωτός από το μήκος κύματος τους], τις δυνάμεις, τις χημικές ενώσεις - τα πάντα! Τότε πολύ γρήγορα, η πυρηνική φυσική, η σωματιδιακή φυσική, πώς λειτουργούν τα αστέρια - αστροφυσική.
Έτσι, η πειραματική επιτυχία ήταν εκπληκτική και ήταν γρήγορη. Σε αντίθεση με αυτό, η διαφωνία ακόμη και ανθρώπων όπως ο Αϊνστάιν, ο Σρέντινγκερ και ο Ντε Μπρόγλι που είπαν: "Περιμένετε ένα λεπτό! Τα θεμέλια είναι χάος!" Όλα αυτά θα μπορούσαν να σκουπιστούν κάτω από το χαλί.
Αυτό ήταν το πρώτο πράγμα. Το δεύτερο είναι το γόητρο και το χάρισμα του Niels Bohr, με την υποστήριξη που είχε από τη δανική κυβέρνηση και την εταιρεία μπύρας Carlsberg, για τη δημιουργία ενός κέντρου στο οποίο τα πέρασαν όλα. Η πολύ υπνωτική, χαρισματική προσωπικότητά του θα μπορούσε να επηρεάσει τις σκέψεις μιας γενιάς ανθρώπων που βγαίνουν από έναν φοβερό πόλεμο [Πρώτος Παγκόσμιος Πόλεμος]. Άρα είναι ένα σωρό διαφορετικά πράγματα κάθε φορά.
Space.com: Και άλλες θεωρίες δεν μπορούσαν να προχωρήσουν.
Είναι εκπληκτικό το ότι η θεωρία του πιλοτικού κύματος του de Broglie - ακόμα κι αν θα μπορούσε να υποστηριχθεί από τον Einstein, από τον de Broglie και κατά κάποιον τρόπο από τον Schrödinger - δεν είχε αντίκτυπο, παρά το γεγονός ότι αυτά δεν ήταν αριστοκρατία. Αυτοί ήταν παγκοσμίως διάσημοι άνθρωποι με βραβεία Νόμπελ, που είχαν κάνει σπουδαία επιστήμη, αλλά η διαφωνία τους θα μπορούσε ωστόσο να αγνοηθεί για αρκετές γενιές.
[Η θεωρία πιλοτικών κυμάτων, την οποία ανέπτυξε ο Louis de Broglie τη δεκαετία του 1920 και ο David Bohm επεκτάθηκε στη δεκαετία του 1950, ισχυρίζεται ότι τα ηλεκτρόνια περιλαμβάνουν τόσο σωματίδια όσο και κύματα και ότι τα σωματίδια κινούνται προς την κατεύθυνση που τα κύματα τα καθοδηγούν. Είναι ντετερμινιστικό, όχι πιθανοτικό.]
Νομίζω ότι τελικά οι επιστήμονες είναι ανθρώπινα όντα και επηρεαζόμαστε από κάθε είδους πράγματα, από ασυνείδητη προκατάληψη έως φιλοδοξία έως κοινωνικές δυνάμεις. Η ιστορία της κβαντικής μηχανικής γίνεται μια ιστορία που αξίζει να μελετηθεί, αλλά δεν είναι μια ασυνήθιστη ιστορία.
Space.com: Πώς αντέδρασαν οι συνομηλίκοί σας στο βιβλίο σας;
Σμόλιν: Τίποτα μέχρι στιγμής δεν ήταν εκπληκτικό. Οι απόψεις μου είναι γνωστές στην κοινότητα των φυσικών. Όσο προκλητικό κι αν φαίνεται μέσα στη δομή του βιβλίου, δεν υπάρχει συζήτηση που δεν έχει συζητηθεί πολύ καλά μεταξύ των φυσικών.
Το μόνο πράγμα που είναι νέο είναι τα τελευταία κεφάλαια. Έλαβα μεγάλο κίνδυνο να αφήσω την τρέχουσα δουλειά μου στο τραπέζι.
Space.com: Περιγράψτε την τρέχουσα εργασία σας.
Σμόλιν: Το πιο σημαντικό πράγμα που κάνω στη νέα μου δουλειά είναι να παίρνω στα σοβαρά το ρόλο της μη τοπικότητας. [Μη τοπικότητα αναφέρεται στην ικανότητα των αντικειμένων να επηρεάζουν τις ενέργειες άλλων αντικειμένων που βρίσκονται πολύ μακριά στον χώρο και το χρόνο.] Εάν θέλετε να δώσετε μια ρεαλιστική, πλήρη περιγραφή του τι συμβαίνει όταν έχετε δύο σωματίδια ή περισσότερα που έχουν αλληλεπιδράσει και είναι αυτό που αποκαλούμε «εμπλεγμένο», τότε πώς επιλέγετε να χειριστείτε ένα από τα σωματίδια μπορεί να επηρεάσει τα άλλα, ακόμα κι αν είναι πολύ μακριά. Και αυτό σημαίνει ότι πρέπει να λάβετε σοβαρά υπόψη ότι οι επιρροές δεν περιορίζονται από την ιδέα ότι τα πράγματα επηρεάζουν μόνο αυτό που είναι κοντά τους.
Έτσι, το παίρνω στα σοβαρά και προσπαθώ να φτιάξω μια θεωρία στην οποία αυτές οι κβαντικές εμπλοκές είναι θεμελιώδεις και η έννοια του χώρου είναι εμφανής. Ο χώρος δεν υπάρχει. μπορούμε να κάνουμε μια αναδυόμενη, κατά προσέγγιση περιγραφή του χώρου με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιούμε πίεση και θερμοκρασία για να περιγράψουμε ένα αέριο.
Δεν είμαι με κανένα τρόπο το μόνο άτομο που προσπαθεί να αναπτύξει αυτήν τη θεωρία. Η ιδέα ότι ο χώρος μπορεί να προκύψει από την εμπλοκή είναι μια παλιά ιδέα που παίρνει νέα έλξη από ανθρώπους όπως Ρότζερ Πενρόζ. Η θεωρία μου είναι ότι ο χώρος μπορεί να είναι αναδυόμενος, αλλά αυτός ο χρόνος είναι θεμελιώδης και ότι η αιτιότητα είναι θεμελιώδης. Αυτή είναι μια άποψη με την οποία θα συμφωνούσαν ορισμένα άτομα και πολλοί θα διαφωνούσαν.
Space.com: Ποιος είναι ο τελικός στόχος να κάνουμε αυτό το είδος θεωρητικής εργασίας;
Σμόλιν: Η ιδέα είναι να αναπτυχθεί και να εφευρεθεί μια θεωρία από την οποία μπορείτε να συναγάγετε προβλέψεις που δοκιμάζουν τα πειράματα. Οι περισσότεροι σοβαροί άνθρωποι δεν παίρνουν στα σοβαρά μια θεωρητική πρόταση εκτός εάν συνοδεύεται από έναν τρόπο να τη δοκιμάσουν, τουλάχιστον κατ 'αρχήν αν όχι τώρα στην πράξη. Χωρίς πείραμα, είναι τόσο εύκολο για έναν θεωρητικό να μιλήσει όμορφα μαθηματικά, κάτι που είναι λάθος και δεν έχει καμία σχέση με τη φύση. Χρειαζόμαστε πειραματιστές για να εξαλείψουμε τις ιδέες και να περιορίσουμε τις δυνατότητες.
Είναι μόνο η τελευταία γενιά ή δύο που έχουν την κατάσταση που οι θεωρίες είναι δύσκολο να δοκιμαστούν. Έτσι, μπορείτε να έχετε μια ολόκληρη γενιά εργασίας, ας πούμε, σωματιδίων-φυσικής που υπερβαίνουν το τυπικό μοντέλο και αυτά δεν δοκιμάζονται πειραματικά. Αυτό είναι ασυνήθιστο και, δυστυχώς, χαρακτηρίζει την περίοδο μας.
Πολλοί άνθρωποι που είναι σοβαροί στον τομέα της θεμελιώδους θεωρητικής φυσικής εργάζονται πολύ σκληρά για να πειράξουν και να εφεύρουν προτάσεις που είναι δοκιμασμένες τώρα. Η εκδοχή μου για την μη τοπικότητα προβλέπει ότι τα κβαντικά αποτελέσματα οφείλονται εν μέρει στο γεγονός ότι τα άτομα είναι πολύ παρόμοια με έναν τεράστιο αριθμό ατόμων στο σύμπαν. Αν μπορούσαμε να δημιουργήσουμε ένα κβαντικό σύστημα που ήταν μοναδικό - που δεν είχε πλήρη αντίγραφα οπουδήποτε στο παρατηρήσιμο σύμπαν - δεν θα υπακούει στην κβαντική μηχανική, θα υπακούει σε κάπως διαφορετικές εξισώσεις που αντλώ. Αυτό είναι σχεδόν στο κατώφλι των πειραματικών εργαστηρίων της κβαντικής μηχανικής που μπορούν να δοκιμάσουν τώρα.
Αυτό το άρθρο έχει επεξεργαστεί και συμπυκνωθεί για λόγους σαφήνειας. Μπορείς αγοράστε το "Ημιτελής Επανάσταση του Αϊνστάιν" στο Amazon.com.
- Αυτά τα «Spooky» εμπλεγμένα άτομα έφεραν μόλις ένα βήμα πιο κοντά στην Κβαντική Υπολογιστική
- Τα αρχαία κβάζαρ παρέχουν απίστευτα στοιχεία για την κβαντική εμπλοκή
- Γιατί δεν μπορεί η κβαντική μηχανική να εξηγήσει τη βαρύτητα; (Op-Ed)
