16-go stycznia znane i poważane (słusznie i niesłusznie) czasopismo naukowe Nature, w nowościach, zamieściło artykuł p.t. "How “spooky” is quantum physics? The answer could be incalculable” - Jak przerażająca jest mechanika kwantowa? Odpowiedź może być nieobliczalna. Jeden z moich czytelników znalazł link do tego artykułu na Facebooku, gdzie przytoczyła go 17-go stycznia moja znajoma Sabine Hossenfelder. Pisałem o niej kiedyś, a i mój znakomity kolega po fachu i blogu, Eine, Sabine niejednokrotnie wychwalał. Zostałem poproszony bym się na temat tej nowo odkrytej straszności mechaniki kwantowej wypowiedział.
Więc się wypowiadam: strachy na Lachy. Powiedzenie strachy na Lachy jest bardzo stare, znano je już w XVII w. Znaczy ‘próżno kogoś straszyć, gdyż ten ktoś ma mocną psychikę i nic sobie z tego nie robi’.
Uważam, że mam mocną psychikę i nic sobie z nieobliczalności mechaniki kwantowej nie robię.
Doniesienie w Nature opiera się na świeżej 165 stronicowej pracy piątki autorów, Zhengfeng Ji, Anand Natarajan, Thomas Vidick, John Wright, Henry Yuen , pod tajemniczym tytułem “MIP* = RE”. Z tekstu pracy dowiadujemy się, że “MIP to klasa języków mających “multipower interactive proff systems”., zaś “RE” to klasa “recursively enumerable languages”. Terminologia używana w tej publikacji jest niewątpliwie przerażająca, a i użyte narzędzia matematematyczne także. Jednak skąd te strachy na Lachy w Nature? Jedno ze zdań w artykule w Nature mówi nam, że pięciu autorów udowodniło, że pewnych własności nieskończenie wymiarowej przestrzeni Hilberta używanej w mechanice kwantowej nie da się przybliżyć w skończonej liczbie wymiarów.
the paper by Vidick and his collaborators shows that the answer is no: there are, in principle, quantum systems that cannot be approximated by ‘finite’ ones.
Inne zdanie stwierdza, że dla fizyki jest ten wynik zupełnie nieistotny:
But the results probably do not have technological implications, Wehner says, because all applications use quantum systems that are ‘finite’. In fact, it could be difficult to even conceive an experiment that could test quantum weirdness on an intrinsically ‘infinite’ system, she says.
Jeśli idzie o mnie, to nie tylko są to strachy na Lachy, w dodatku jest to “red hearing” czyli fałszywy trop.
Czemu fałszywy trop? Z dwóch sprzecznych ze sobą powodów. Powód pierwszy: nie mamy armat.
Pewnego razu cesarz Napoleon przejeżdżał przez niewielkie miasteczko francuskie. Zdziwiony tym, że nie powitały go salwy, pyta burmistrza:
- Dlaczego nie strzelacie z armat na moją cześć?
- Powodów jest dwadzieścia - odpowiedział burmistrz. - Po pierwsze nie mamy armat. Po drugie... -
Dziękuje, to pierwsze wystarczy - odrzekł cesarz.
Po pierwsze: mechanika kwantowa jest chora i musi zostać przeformułowana. Po przeformułowaniu mechaniki kwantowej wszystkie matematyczne dowody oparte na dotychczasowym formaliźmie przestaną mieć jakiekolwiek znaczenie. Poruszałem ten problem wielokrotnie, a ostatnio w notce p.t. “Nawet fizycy nie rozumieją mechaniki kwantowej”
Po drugie, te świeże strachy na Lachy to fałszywy trop, mający za zadanie zmylić fizyków. Bowiem w samej rzeczy jest coś w mechanice kwantowej godnego poważnych badań, co jednak dotąd leży niemal kompletnie odłogiem. I to coś faktycznie ma coś wspólnego z nieskończonością i z nieobliczalnością. Ale to nie jest to o czym pisze aktualnie Nature. To zupełnie co innego, to coś co kiedyś otworzy nam bramy w nowe, niematerialne, wymiary, pozwoli na matematematyczne modelowanie ważnych własności świadomości.
Rzecz idzie o liczbie stopni swobody układu kwantowego. Nawet układy o skończonej liczbie stopni swobody, jak na przykład atom wodoru, wymagają nieskończenie wymiarowej przestrzeni Hilberta, zatem macierzy o nieskończonej liczbie wierszy i kolumn. Jednak układy o nieśkończenie wielu stopniach sowbody (jak na przykład pole elektromagnetyczne) posiadają nieskończenie wiele nierównoważnych reprezentacji kanonicznych relacji komutacji (CCR), a każda z tych nieskończenie wielu realizacji oznacza inną fizykę. I to leży odłogiem. Niemal nieruszone. Gdy pojawi się nowy formalizm mechaniki kwantowej pozwalający na opisanie procesu “obserwacji” czy “pomiaru”, wtedy te nierównoważne reprezentacje zaczną odgrywać aktywną rolę. Póki co nieśmiało próbuje się ich użyć do opisu “przejść fazowych' - gdy woda przechodzi w lód, gdy przewodnik przechodzi w nadprzewodnik, lub gdy następuje taka czy inna “kondensacja”. I to jest fizyka kwantowa przyszłości. John von Neumann miał wizję przyszłej fizyki i stworzył wspaniałę narzędzia matematyczne (algebry operatorów), ale jak dotąd użycie tych narzędzi kuleje. Miast tego fizycy wolą pisać o teorii strun, Wielkim Wybuchu, i domagać się większych funduszy na budowę akceleratorów cząstek o wysokich energiach. A także straszyć nieobliczalnymi skutkami kwantowego splątania.
