Fizyka kwantowa - chrzanimy jej interpretacje!

Ten tytuł do notki to nie ja wymyśliłem. Zapożyczyłem go. Nie miałbym sam zresztą tyle pomysłowości bym sam coś podobnego mógł wymyślić. I dzisiejsza notka będzie miała zero oryginalności. Po prostu przedstawię poglądy kogoś kto długo nad sparwami rozmyślał i jego poglądy są na pewno dojrzałe. Nie tak jak te moje, ciągle zmieniające się.

Ten "ktoś", czyje wyrażone poglądy tak mi przyapdły do gustu to Sadri Hassani. Napisał kilka książek, na przykład:

"Mathematical Methods Using Mathematica For Students of Physics and Related Fields", Springer 2003
Mathematical Physics A Modern Introduction to Its Foundations, Springer 2013
From Atoms to Galaxies A Conceptual Physics Approach to Scientific Awareness, Taylor & Francis 2010

Jeśli ktoś lubi zobaczyć twarz Autora, można zajrzeć tutaj: https://physics.illinois.edu/people/directory/profile/hassani

Moją notkę oparłem na fragmencie z książki nr. 3 (choć może powinienem zająć się numerem 2, bo tam nawet algebra Clifforda i algebra zewnętrzna - wszystko tam jest!). Trafiłem na tę książkę przez przypadek. Najpierw bowiem trafiłem na artykuł Hassaniego w Physics Today 2016 p.t. "The dangerous growth of pseudophysics". Pseudofizyka - to słowo od czasu do czasu się na moim blogu pojawia. Stąd gdy trafiłem na ten artykuł Hassaniego - od razu się zainteresowałem. Tym bardziej, że wygląda na to, że to fizyk matematyczny - tak jak i ja! Poszukałem i znalazłem rozwinięcie tego tematu, jakby bardziej od podstaw, bo od strony mechaniki kwantowej. A to przecież moja działka. W końcu jestem autorem monografii o kwantowych fraktalach, a tam i podstaw mechaniki kwantowej dotykam! Nawet jakieś nagrody za te podstawy dostawałem i sam Prezydent mi rękę z tego powodu ściskał. Prezydent Niemiec, jeśli ktoś ciekaw. No tak, ale Prezydent przecież nic o mechanice nie wiedział.... A ja myślę, że wiedział.

No nic, przejdźmy do mego ulubieńca. Omówię godne uwagi myśli Autora z książki numer 3. Jest tam Rozdział 24. 5 z tytułem " No Interpretation for Quantum Theory". A zaczyna się jakoś tak:

"Matematyka jest językiem Przyrody. To stwierdzenie, ukute przez Galileusza i implikowane przez tak wczesnego myśliciela jak Platon, jest w samym sercu konstytucji nauki. Nigdzie indziej stwierdzenie to nie odnosi się bardziej adekwatnie niż do współczesnej fizyki."

Bardzo się z tym zgadzam. Aż mnie radość rozpiera, że jest ktoś z kim tak bardzo się zgadzam. Dalej mamy:

"Ze względu na swój abstrakcyjny fizyka kwantowa, ze względu na swój abstrakcyjny charakter, może być opisywana wyłącznie językiem matematyki. A znakiem tej wyłączności jest wysoce dedukcyjny charakter fizyki kwantowej."

Tu akurat nie wiem. Wysoce dedukcyjny? Może idzie o to, że mechanika kawantowa często startuje od "postulatów"? Ale i mechanika klasyczna w porządnych podręcznikach od takowych wychodzi. A to zapostulujemy tam Langranzjan, a to Hamiltonian, a to nawiasy Poissona. No ale fakt jest, gdy się uczylem mechaniki kwantowej to poprzez postulaty. Typu: "stan układu jet opisywany wektorem w ośrodkowej przetrzeni Hilberta". Albo: "możliwe wartości otrzymywane w pomiarach są wartościami własnymi samasprzężonego operatora reprezentującego daną obserwablę". I każdy student od razu po tym tulił uszy. Potem już się istotnie "dedukowało". Na przykład wykładowca zwykle był w stanie wyjaśnić dlaczego operator musi być samosprzężony (bo w wyniku pomiarów otrzymujemy przecież liczby rzeczywiste, nieprawdaż?). Ale podążajmy dalej za Hassanim:

" Pojawienie się pierwiastka z -1 w równaniu Schrodingera, pojawienie się macierzy w traktowaniu atomu wodoru przez Heisenberga atomu wodoru, przestrzeń nieskończenie-wymiarowa, która w naturalny sposób łączy obraz Heisenberga i Schrodingera, a także skojarzenie funkcji Ψ z prawdopodobieństwem - wszystko to wskazuje zarówno na pokrewieństwo fizyki kwantowej z matematyką, jak i na jej wyobcowanie ze zwykłego ludzkiego doświadczenia."

Ładnie powiedziane, prawda?

"Abstrakcyjna natura teorii kwantowej, wraz z nieuchwytnością obiektów (cząstki subatomowe, atomy i molekuły), przyniosła niełatwą możliwość "interpretacji" (a co za tym idzie, błędnej interpretacji). Praktycy fizyki kwantowej nauczyli się stosować ją do wielu sytuacji, używając jedynego języka, w którym praktycy mogą rozmawiać z teorią - matematyki. Paradygmatem tej nierozłączności matematyki i teorii kwantów jest rada, jakiej udzielił amerykański fizyk Richard Feynman w odpowiedzi na pytanie o to, jak interpretować teorię: "Zamknij się i zabierz do obliczeń!". "

To ostatnie oczywiście wszyscy chyba znamy i lubimy. Takich właśnie reprymend od Wielkich Fizyków oczekujemy. Idzie o to, byśmy nie tracili nadaremno czasu. I Hassani od razu nam tłumaczy jak interpretować to zdanie Feynmana (bo widać interpretacja w tym akurat przypadku jest potrzebna):

"Cytat ten w żadnym wypadku nie powinien być interpretowany jako dekret władzy do swojego podwładnego. Uosabia on po prostu fakt, że o fizyce kwantowej najlepiej mówi się w języku matematyki, a tłumaczenie na jakikolwiek język ludzki grozi utratą przesłania teorii."

Nad wyraz jasno powiedziane! Ludzkim językiem!

"Niestety, wielu "uczonych" upiera się, by interpretować teorię kwantową w kontekście ludzkiego doświadczenia. O tym, jak błędne jest wymaganie jakiegokolwiek tłumaczenia lub interpretacji teorii kwantowej będzie w rozdziale 35. Błąd ten jest bardzo łatwy do zrozumienia:

Podczas gdy tłumaczenie poezji lub jakiegokolwiek dzieła literackiego z jednego ludzkiego języka na inny jest owocne, choć niedoskonałe, to tłumaczenie fizyki kwantowej z matematyki na jakikolwiek język ludzki jest prawie niemożliwe."

Zaciekawiło mnie to "prawie"..... Ciekawe co będzie dalej....

Nie znaczy to, że fizycy powinni odrzucić komunikowanie implikacji teorii kwantowej społeczeństwu. Wręcz przeciwnie, obowiązkiem fizyków jest informować społeczeństwo o wspaniałości teorii i zachęcać młodzież do udziału w szlachetnym dążeniu do odkryć. Jednakże, informując opinię publiczną, fizycy mają również obowiązek ostrzec laików o ograniczoności informacji i konieczności uczenia się matematyki dla pełnego zrozumienia teorii.

Piękne! Niniejszym informuję społeczeństwo! Ile razy mogę tyle razy powtarzam: uczcie się matematyki! A gdy się nauczycie, to zamknijcie buzie, nie zadawajcie głupich pytań, a zabierajcie się do rachunków! I nie traćcie czasu na gonienie za "Ptakami Schrodingera"

Zdrowe sceptyczne podejście Hassaniego mi się spodobało! W następnej notce zajmę się artykułem Hassaniego w Physics Today - "The dangerous growth of pseudophysics" tym o pseudonauce. Bo od tego też czuję się specjalistą.