9-go września b.r. gazeta New York Times opublikowała artykuł Seana Carrolla p.t. „Nawet fizycy nie rozumieją mechaniki kwantowej”. Sean Carroll jest znanym fizykiem, profesorem na Caltechu, Wikepdia uznaje przy tym za stosowne podkreślić fakt, że jest on ateistą
Artykuł Seana Carrolla opublikowany w gazecie o dużym zasięgu i wielkiej renomie, oznacza prawdopodobnie nie tylko to, że autor w ten sposób chce zareklamować swą nową książkę. Oznacza także, że faktycznie mamy tu problem.
Już w pierwszym zdaniu cytuje Carroll aforyzm Feynmana, który miał stwierdzić:
“I think I can safely say that nobody really understands quantum mechanics,”
„Mogę śmiało powiedzieć, że tak naprawdę, to nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”.
Po czym dodaje:
„What’s surprising is that physicists seem to be O.K. with not understanding the most important theory they have.”
„Zdumiewające jest to, że fizycy zdają się nie przejmować tym, że nie rozumieją tej najważniej z teorii które posiadają.”
Nie będę przytaczał tekstu artykułu z NYT. Każdy zainteresowany może tam zajrzeć i użyć internetowego tłumacza. Osobiście polecam https://www.deepl.com/translator.
Moje ostanie notki na temat mechaniki kwantowej spowodowały to, że otrzymałem trochę korespondencji od Czytelników mojego bloga. Przed napisaniem niniejszej notki poprosiłem jedną z Czytelniczek by zechciała się wypowiedzieć na temat w.w. artykułu w New York Times, chciałem bowiem porównać mój punkt widzenia z punktem widzenia postronnego zainteresowanego tematyką obserwatora. Otrzymałem odpowiedź, którą przytaczam w całości. Uważam, że jest to niezwykle cenne uzupełnienie. I, prawdę mówiąc, podpisuję się pod każdym zdaniem poniższego tekstu, choć nie byłbym nigdy w stanie moich myśli równie dobrze sformułować.
Oto więc tekst, który otrzymałem dziś rano od (anonimowej) Czytelniczki. Oddaję Jej głos.
Sugestie
“I think I can safely say that nobody really understands quantum mechanics,”.
Na początku wzięłabym pod uwagę samą definicję rozumienia, a dla ilustracji odwołałabym się do kwestii hermeneutycznych. Hermeneutyką, w ogólności, nazywa się sztukę interpretacji tekstów. W metodologii nauk humanistycznych przyjmuje się zaś, że każdy tekst posiada niezliczoną liczbę interpretacji i nie ma możliwości aby jednoznacznie stwierdzić, która spośród interpretacji jest najbardziej trafna. Język nie pozwala bowiem na dookreślenie
wszelkich myśli, które osoba pisząca tekst lub wypowiadająca się, chciałaby wyrazić. W konsekwencji dochodzi do tego, że dwie osoby interpretujące dany tekst mogą obie „mieć rację”, nawet jeżeli ich stanowiska są przeciwne, a przynajmniej tak należy rozpatrywać ten problem z filozoficznego punktu widzenia.
Następnie warto poruszyć kwestię rozumienia wielokontekstowo. Można bowiem rozumieć dany język, co zwykle oznacza, że rozumiejący jest w stanie dopasować wyobrażenia do słyszanych lub czytanych słów. Można też rozumieć emocje drugiej osoby, mówi się wtedy o empatii. Czy tak jest w istocie? Mnie wydaje się, że rozumiem osobę, która czuje swego rodzaju egzystencjalny ból, gdyż sama przeszłam coś, co nazywałam podobnie. Nie mogę mieć jednak pewności co do tego, że druga osoba przeżywa to na sposób, na który ja przeżywałam, jak i, prawie na pewno, do tych przeżyć doprowadziły ją inne doświadczenia, różniące się od moich. Ze względu na względne podobieństwo może jednak zdarzyć się tak, że moje rady będą dla niej cenne. Rezonans nie zachodzi bowiem tylko przy równości. Tak jest w matematyce. W fizyce istnieje pewna tolerancja.
Co szczególnie istotne, w kontekście mechaniki kwantowej, należy zauważyć, że rozumienie jest stopniowalne. Mogę uznać, że rozumiem pewne wyrażenie, językowe, matematyczne, termin filozoficzny. Mogę nawet być zdolna do dokonania nań wybranych operacji, ale czy to rzeczywiście oznacza, że je rozumiem?
Moi uczniowie w liceum niedawno zapoznali się z terminem pochodnej. Co więcej, potrafią oni policzyć pochodne, wiedzą kiedy powinni je policzyć, a nawet umieją policzyć je z definicji. Czy to oznacza, że je rozumieją? W pewnym stopniu tak. A czy postrzegają ją jako miarę szybkości zmian wartości funkcji względem zmian jej argumentów? Czy utożsamiają ją z prędkością, którą z kolei rozpatrują jako miarę szybkości modyfikacji przestrzeni w czasie? Wydaje mi się, że nie zastanawiają się nad tym.
A kiedy czyta się filozofię niemiecką ponownie pojawiają się kwestie, które rozumieć można w pewnym stopniu. Husserl, pisząc o czasie, bardzo często odwołuje się do ekwiwokacji. Jestem na ekwiwokację wrażliwa i zauważam ją niemal na każdym kroku. Wystarczy przez chwilę posłuchać dowolnie wybranej rozmowy między losowymi osobami. Rozmowa się
toczy, ale tak naprawdę żadna z osób nie dookreśla w pełni tego, co ma na myśli. Nawet jeżeli przedmiotem rozmowy jest sprawa prosta i banalna, taka jak wyjście do sklepu lub na spacer to słowa, które padają wywołują odmienne wyobrażenia u każdej ze stron. W filozofii niemieckiej z kolei, a szczególnie w filozofii Hegla, występuje mnogość zdań i terminów, którym przypisać można bardzo różne znaczenia. Opinie specjalistów są tu bardzo rozbieżne. Niektórzy nazywają Hegla skrajnym irracjonalistą, inni mówią, że tworzy swego rodzaju nowy nurt logiki.
Powracając jednak do mechaniki kwantowej, wydaje mi się, że mówienie o jej rozumieniu lub nierozumieniu całą problematykę zbędnie upraszcza. Przeciętny student fizyki zazwyczaj wie, że obiekty kwantowej zachowują się „inaczej” aniżeli klasyczne. Wykładowcy najczęściej mówią mu, że aby właściwie tę mechanikę kwantową uprawiać nie powinno się polegać na
swojej intuicji, ale na ścisłym formalizmie matematycznym. Ale czy osoba, która potrafi nawet i wszystko wyliczyć, rzeczywiście rozumie co liczy? Czy komputer, który przelicza skomplikowane formuły naprawdę je rozumie? Wcale nie mówię, że nie rozumie, ale zapewne rozumie je w inny sposób aniżeli człowiek.
Łatwo zauważyć, że to, co opisuje mechanika kwantowa nie jest dla przeciętnego odbiorcy intuicyjne. Intuicja podpowiada bowiem, że teorią właściwą jest mechanika klasyczna. Jej założenia zdają się w większości zgodne z tym, co możemy każdego dnia osobiście zaobserwować, są zgodne z naszym doświadczeniem, z naszą osobistą strukturą
fenomenologiczną.
Z drugiej strony jednak, dla tych, którzy dużo myślą o czasie coś może się tu nie zgadzać. Jak bowiem stwierdzić można, że czas jest absolutny i niezależny od wszystkiego, w tym od przestrzeni? Jak wówczas ktokolwiek mógłby ten upływ czasu zaobserwować? Czas uzależniony jest przecież od zdarzeń! I tak też brzmiał główny zarzut Leibniza w stosunku do
teorii Newtona. Następna zadziwiająca kwestia:
„The whole thing is preposterous. Why are observations special? What counts as an “observation,” anyway? When exactly does it happen? Does it need to be performed by a person? Is consciousness somehow involved in the basic rules of reality? Together these questions are known as the “measurement problem” of quantum theory.”.
I tu ponownie pojawia się problem stanowiska ontologicznego i epistemologicznego. Przeciętna osoba przyjmuje stanowisko, które zdaje się najbardziej intuicyjne. Być może kiedy zostanie o nie zapytana, udzieli innej odpowiedzi, ale w życiu codziennym najczęściej uważa, że rzeczy istnieją obiektywnie, niezależnie od obserwatora.
Czasami zadawałam takim „losowym” osobom następujące pytanie: Jak myślisz, czy gdyby nie istniało życie to czas by upływał? Być może podobne do pytania o Księżycu, ale zdecydowanie wolałam wersję z czasem. Oczywiście większość osób bez zawahania udziela odpowiedzi twierdzącej. Ale dlaczego? Jeżeli przyjąć koncepcję czasu Husserla to odpowiedzieć powinno stanowić krzyczące zaprzeczenie, jeśli przyjąć koncepcję Newtona, należy odpowiedzieć „tak”.
Nie wiem czy przy pomocy jakiegokolwiek doświadczenia mogę upewnić się, że poniższa koncepcja nie jest prawdziwa:
Na sposób transcendentny czas nie istnieje. Następujące „po sobie” konfiguracje przestrzenne w rzeczywistości istnieją jednocześnie. To tylko mózg wraz z umysłem tworzą wrażenie upływu czasu aby istota ludzka mogła doświadczać. Wrażenie to nie jest jednak zgodne z rzeczywistością, to swego rodzaju hipnoza, genialny koncept biologii. Obserwator zdaje się stanowić teraz centrum wszelkich wydarzeń, ale może to tylko antropocentryczna ułuda? Kolejne fałszywe wrażenie utworzone tylko po to byśmy mogli doświadczać. W końcu biologia tak bardzo „stara się” o życie, jak i o przekonanie jego reprezentantów o swojej wyjątkowości.
„We describe a quantum object such as an electron in terms of a “wave function,” which collects the superposition of all the possible measurement outcomes into a single mathematical object.”. Czy to jest aż tak dziwne? Przyzwyczailiśmy się tak bardzo do myślenia na sposób logiki Arystotelesa. Albo coś jest albo nie jest. Albo obiekt ???? znajduje się w punkcie ???? w chwili ???? albo nie.
Ponownie, zdaje się to tak bardzo nieintuicyjne. Ale przecież w artykule zaznaczono, że chodzi o obiekt matematyczny. Obiekty matematyczne bywają nieintuicyjne, a poza tym mowa o mikroświecie. Przyzwyczajeni jesteśmy do makrostruktur. Często pytam uczniów o to czy atom ma temperaturę lub jak wygląda. Zazwyczaj się nad tym zastanawiają.
Doświadczenia takie jak na przykład te z użyciem skaningowego mikroskopu tunelowego pozwalają na „zaobserwowanie” tak zwanej struktury atomowej. Tak naprawdę niczego jednak nie obserwujemy. Otrzymujemy jedynie informację o przepływie prądu tunelowego, która następnie pozwala nam utworzyć całkiem imponujące grafiki, na przykład powierzchni grafitu.
Obserwacja dotyczy poziomu optycznego. Poziom elektronowy nie jest obserwacją, stanowi jedynie swego rodzaju wyobrażenie, alegorię nieobserwowalnego. Nie ma nic dziwnego w tym, że wykonując, a następnie interpretując dowolny eksperyment, staramy się otrzymane rezultaty empiryczne ubrać w znane nam i bliskie naszej intuicji terminy.
Nie należy jednak zapominać o tym, że obiekty mikroświata, być może, na inny sposób realizują swój byt. Zaprawdę, tak wiele osób chciałoby aby wszelkie obiekty realizowały byt na sposób im znany i dla nich intuicyjny, na taki sposób, na który oni sami istnienie postrzegają. A może jest tak, że te obiekty mikroświata „nie istnieją”, ale należałoby dla ich
specyfiki „bycia” skonstruować nowe wyrażenie?
Kiedy jednak materia zaczyna istnieć tak jak istnienie rozumiemy? Gdzie leży granica? Czy jest dyskretna, ciągła, a może to wcale nie jest tak? Może pojęcie granicy nie powinno w ogóle znajdować się w spektrum naszych rozważań, gdyż jest to byt sztuczny? A może nie ma wcale wielu elektronów, protonów, fotonów. A może każdy z tych obiektów „istnieje” tylko jeden „raz”. Pozostałe stanowią swego rodzaju realizacje tej jednej idei. Może one wcale nie są „fizyczne”, ale całkowicie inne, mentalne, substancjalne, jakkolwiek by tego nie nazwać. A może są transcendentne, a my postrzegamy jedynie ich przejawy?
„The reality is exactly backward. Few modern physics departments have researchers working to understand the foundations of quantum theory.”. Fundamenty teorii kwantowej… I tu pojawia się kolejny problem. Fundamenty te są bowiem rozważane w kontekście matematycznym, matematyka zaś ma strzec tak zwanej prawidłowości rozumowania, a prawidłowość ta zachodzić ma wtedy kiedy spełnione są zasady logiczne.
I w tej właśnie chwili pojawiają się problemy, gdyż u źródeł logiki leżą pojęcia pierwotne. Logika powstaje w oparciu o naszą intuicję, tę samą, o której mówi się, że jest złudna podczas uprawiania mechaniki kwantowej. Czy to się czasem nie zapętla? Intuicja doprowadza do pierwszych aksjomatów logicznych, następnie teoria ulega rozszerzeniu, a kiedy już jej prawa mają zostać zastosowane do kolejnych koncepcji mówi się, że należy ją odrzucić!
„The problem is that, despite the success of our current theories at fitting the data, they can’t be the final answer, because they are internally inconsistent. Gravity, in particular, doesn’t fit into the framework of quantum mechanics like our other theories do. It’s possible — maybe even perfectly reasonable — to imagine that our inability to understand quantum mechanics itself is standing in the way.”.
Jakże teorie mogą być konsystentne kiedy istnieje całkiem zasadne domniemanie, że narzędzia z jednego świata zostały użyte do opisu całkowicie odmiennego świata? Może i w pewnych punktach da się te teorie na siłę połączyć, ale zdaje się, że łączenie to może być zbędne kiedy każda z teorii zdaje się zawierać liczne niejasności, zarówno w kontekście matematycznym, jak i filozoficznym.
A nasze niezrozumienie mechaniki kwantowej… To nie jest niezrozumienie. To zrozumienie teorii w stopniu, który nie jest dla nas satysfakcjonujący. Istotne jest jeszcze inne zastrzeżenie. Nawet gdybyśmy rozumieli teorię nie mamy gwarancji, że jest ona zgodna z rzeczywistością. Może zatem zamiast mówić o nierozumieniu mechaniki kwantowej lepiej mówić o nierozumieniu struktury rzeczywistości?
Ludzka logika może, wbrew naszym najgłębszym przeświadczeniom, okazać się ułudą kiedy idzie o rozumienie głębokich tajemnic Wszechświata. Obserwacja umożliwia dostosowanie się do niektórych elementów środowiska, w którym żyjemy, umożliwia skonstruowanie pewnych metod, narzędzi, dokonanie zmian.
Przypuszczam jednak, że najgłębsza rzeczywistość jest w istocie irracjonalna względem nas. Poza tym jeszcze może być ona niedostępna. Nasz mózg nie jest zdolny do wyobrażenia sobie czwartego wymiaru przestrzennego. Matematyka taki wymiar potrafi opisać, ale wciąż nie umożliwia ujrzenia go. Wydaje mi się, że pewne znaczenie w tych wszystkich dylematach ma wrodzony antropocentryzm. Ludzie pragną postrzegać wszystko wokół przez pryzmat swej intuicji, pragną rozumieć, a być może ich logika nie pozwala rozumieć.
Każdemu chyba czasem zdarzają się swego rodzaju olśnienia. Nagle pojawia się wrażenie pojmowania danej koncepcji w całości, odczucie wieczności w teraźniejszości, widzenie czegoś, co obiektywnie nie istnieje. Te olśnienia nie mają podstaw logicznych.
Nie ufam logice. Obawiam się, że niektóre spośród poszukiwanych przez ludzi odpowiedzi znajdują się w zbiorze praw, które dla nas są irracjonalne.
