Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Reklama

Po prostu licz!

Po prostu licz!

07.05.2012
Czyta się kilka minut
Arystoteles mówił, że szczęście to działanie zgodne z naturą...
.

...Ryby pływają, bo są szczęśliwe pływając, a ptaki latają, bo są szczęśliwe latając. Przyciąganie ziemskie tłumaczył naturalnym dążeniem ciał do zajęcia właściwego im miejsca. Astronomowie mówili przez wieki o sferach niebieskich, idealnych kołowych orbitach, harmonii sfer itp.

Taki sposób patrzenia na świat i wyjaśniania go przez odwoływanie się do zasad filozoficznych czy estetycznych trwał do narodzin nowoczesnej nauki w XVII wieku. Stopniowo, wraz z pracami Galileusza, Newtona, Hooke’a, Laplace’a (słynna odpowiedź Napoleonowi na pytanie o Boga w jego „systemie świata”: „ta hipoteza nie była mi potrzebna”) następował rozbrat filozofii i nauki. Przyrodnicy coraz mniej przejmowali się tym, co o ich wynikach i metodach mówią filozofowie. Zwyciężało kryterium praktyczności. Ponieważ nauka dostarczała wyników, które sprawdzały się w praktyce i technice, argumenty filozoficzne ważyły coraz mniej. Filozofowie też wycofywali się z pola zajmowanego przez naukę. Nauka stawała się coraz obszerniejsza i coraz trudniejsza, a nikt nie jest w stanie znać się na wszystkim.

Ostatni chyba raz filozofia i nauka spotkały się na początku XX wieku. Powstały wtedy dwie zdumiewające teorie, zupełnie zmieniające rozumienie podstawowych pojęć, takich jak czas, przestrzeń, przyczynowość, pomiar – teoria względności i mechanika kwantowa. Wnioski z nich wypływające były zaskakujące także dla samych fizyków. I tym razem to głównie (choć nie tylko) oni rozpoczęli głębokie filozoficzne debaty nad interpretacją tych teorii. Szczególne znaczenie miały spory pomiędzy Bohrem oraz jego uczniami i współpracownikami z jednej a Einsteinem i podzielającymi jego poglądy fizykami z drugiej strony.

Problemy filozoficzne brały się z zupełnego oderwania obu teorii od codziennego doświadczenia. Efekty relatywistyczne (związane z teorią względności) pojawiają się przy wielkich prędkościach (porównywalnych z prędkością światła) i silnych polach grawitacyjnych (jak np. na powierzchni gwiazdy neutronowej, ale nie Ziemi), albo przy wielkich odległościach (porównywalnych z odległościami pomiędzy gromadami galaktyk). Zjawiska kwantowe występują w świecie atomów i cząsteczek chemicznych, niedostrzegalnych gołym okiem. Obie teorie, ale szczególnie teoria kwantów, rodzą szereg zaskakujących wyników i prowadzą do wielu paradoksalnych wniosków. Stąd konieczność interpretacji.

***

Książka znanego popularyzatora nauki Manjita Kumara „Kwantowy świat” przedstawia spór o interpretacje mechaniki kwantowej, uosabiany przez Nielsa Bohra i Alberta Einsteina. W sporze tym uczestniczyli oczywiście i inni wielcy fizycy, tacy jak Rutherford, Heisenberg, Pauli, Schrödinger czy Dirac.

Pisanie książek popularnych o mechanice kwantowej, a już szczególnie o jej filozoficznej interpretacji, jest zadaniem straceńczym. Jak wiemy, wszyscy Polacy znają się na medycynie (pogodzie, ekonomii...) – podobnie większość fizyków uważa, że zna się na filozofii nauki. Co gorzej, większość z nich nie przepuści zdania odmiennego, poczciwi na ogół uczeni potrafią wtedy ryczeć jak lwy. Autor łatwo ściąga na siebie gniew i oskarżenia o niekompetencję. Kumar wyszedł jednak z tej próby obronną ręką. Jego książka zyskała uznanie i pochwały; o dziwo, także wśród fizyków.

Przedmiotem sporu opisywanego w „Kwantowym świecie” była relacja między pojęciami wprowadzonymi przez mechanikę kwantową (funkcja falowa, prawdopodobieństwo zdarzenia i wiele innych, na wyjaśnianie których nie ma tu miejsca) a rzeczywistością. Interpretacja zwana kopenhaską, pochodząca od Bohra i jego szkoły, nie jest ściśle zdefiniowana i bywa przedstawiana w różny sposób. Ważne są jednak jej podstawowe założenia.

Według interpretacji kopenhaskiej mechanika kwantowa nie opisuje obiektywnej rzeczywistości, ale pozwala obliczyć prawdopodobieństwo uzyskania określonego wyniku pomiaru (energii, położenia itp.). To sam pomiar określa realną rzeczywistość, sprawiając, że spośród zespołu możliwych stanów obserwowanego obiektu natychmiast i losowo wybrany zostaje określony stan, który staje się tym samym rzeczywistością. Nie jest możliwa jednoczesna znajomość wszystkich wielkości opisujących stan układu (zasada nieoznaczoności Heisenberga). Materia wykazuje dwoistą, falowo-korpuskularną naturę. Interpretacja wyników obserwacji wymaga uwzględnienia tych komplementarnych opisów (zasada komplementarności Bohra). Przyrządy pomiarowe są z natury klasyczne i mogą dostarczać tylko pomiarów klasycznych wielkości (takich jak położenie czy pęd). Interpretacja kopenhaska mówi, że kwantowy opis wielkich układów będzie bardzo bliski opisu klasycznego (zasada korespondencji Bohra-Heisenberga).

Taka interpretacja mechaniki kwantowej nie odpowiadała jednemu z twórców tej teorii – Albertowi Einsteinowi, a także wielu innym fizykom. Literatura popularna pełna jest efektownych (bardzo często wyrwanych z kontekstu i przez to przedstawiających Einsteina w krzywym zwierciadle) cytatów, takich jak: „Im większe sukcesy odnosi mechanika kwantowa, tym bardziej niemądra mi się wydaje”, „im bardziej uganiamy się za kwantami, tym bardziej kryją się przed naszym wzrokiem”, „mechanika kwantowa jest teorią wielce zajmującą. Niemniej jakiś wewnętrzny głos mówi mi, że nie jest ona tym, o co ostatecznie chodzi”, czy słynne: „nie mogę uwierzyć ani przez chwilę (...) by Bóg miał grać ze światem w kości”.

Książka Kumara przedstawia w ciekawy sposób historię rozwoju mechaniki kwantowej. Problemy, których pokonywanie prowadziło do odkrywania niezwykłych efektów i wprowadzania nowych założeń i pojęć. Dzięki temu czytelnik może poznać istotę sporu pomiędzy szkołą Bohra a podejściem Einsteina. Sam spór o interpretację mechaniki kwantowej trwa do dziś.

W swojej krytyce interpretacji kopenhaskiej Einstein nie był osamotniony. Konkurencyjną interpretację, która Einsteinowi się podobała, zaproponował Born. Była to interpretacja stanowiąca, że pojęcia takie jak „funkcja falowa” mają sens dopiero w odniesieniu do zespołu obiektów i mają ściśle statystyczny charakter.

W połowie XX wieku pojawiła się szalona, choć wciąż utrzymująca się na rynku interpretacja wielu światów, związana z nazwiskiem fizyka Hugh Everetta. Zakłada ona, że rozkład prawdopodobieństwa odzwierciedla nieskończoną mnogość różnych, istniejących obok siebie światów, a my (cząstka elementarna) za każdym razem, gdy dokonujemy pomiaru (obserwacji), wybieramy drogę do innego. Zawsze więc widzimy tylko jedną rzeczywistość, choć naprawdę jest ich nieskończenie wiele.

Coraz popularniejsza jest interpretacja zwana instrumentalizmem; można ją uważać za odmianę pragmatyzmu. W pewnym sensie wyrzuca ona spór filozoficzny do kosza. Jej podsumowaniem jest powiedzenie, przypisywane błędnie Diracowi lub Feynmanowi, a pochodzące od fizyka Davida Mermina: „shut up and calculate!”. Na potrzeby „Tygodnika” przetłumaczyłem to w tytule grzecznie jako: „Po prostu licz!” (nie zawracając sobie głowy problemami filozoficznymi).

***

Dla tych, których pasjonują wielkie, głębokie problemy naukowe, opisywane na poziomie popularnym, znakomitym uzupełnieniem książki Kumara będzie „Kosmos Einsteina”, napisany przez Michio Kaku. Autor jest bardzo dobrze znany na polskim rynku. Ukazały się przekłady kilku jego książek. „Kosmos Einsteina” stara się przedstawić czytelnikowi sposoby rozumowania uczonego, które doprowadziły do powstania teorii względności. Rozważania popularnonaukowe są splecione z wątkami z życia Einsteina, przez co lektura jest lekka, łatwa i przyjemna.

Może najtrudniejszy jest ostatni rozdział. Dotyczy on usiłowań Einsteina zbudowania jednolitej teorii pola – unifikacji wszystkich oddziaływań. Dziś wiemy, że Einstein w swoim czasie nie miał szans na jej zbudowanie; fizyka nie była jeszcze dostatecznie rozwinięta. Ostatni rozdział książki Kaku pokazuje, jak idee Einsteina sprzed kilkudziesięciu lat wiążą się ze współczesnymi próbami zbudowania takiej teorii.

Tym, którzy lubią popularyzację nauki splecioną z fantazją naukową, polecam „Przestrzeń czasu zerowego”, książkę Astrid Haibel i Güntera Nimtza. Dowiemy się z niej o współczesnych spekulacjach dotyczących prędkości nadświetlnych, struktury czasoprzestrzeni, własności czasoprzestrzeni w osobliwościach (czarne dziury, początkowy moment Wielkiego Wybuchu). Dla wielu fizyków to czysto matematyczne ciekawostki, ścisłe, poprawne rozwiązania równań matematycznych, niemające odniesienia do realnego świata. Inni wierzą, że równania matematyczne i ich rozwiązania mają w sobie zapisaną ważną prawdę o realnym świecie, której jeszcze nie potrafimy odczytać metodami fizycznymi.

Tym zaś, którzy po filozoficznych i fantastycznych zawiłościach światów niedostrzegalnych gołym okiem chcieliby rozerwać się intelektualnie, czytając o czymś realnym i dotykalnym, polecam piękną książkę Hugh Alderseya-Williamsa „Fascynujące pierwiastki”. To jakby zbiór biografii, w którym każda postać przedstawiana jest dokładnie, atrakcyjnie, ciekawie i z wyraźną sympatią. Niezwykłość zbioru polega na tym, że owymi „postaciami” są... pierwiastki chemiczne – elementarne składniki substancji, z których zbudowany jest otaczający nas świat i my sami. Czyż może być lepszy realizm poznawczy? Po prostu liczmy!

Manjit Kumar, Kwantowy świat. Einstein, Bohr i wielki spór o naturę rzeczywistości Przeł. Urszula i Mariusz Seweryńscy, Warszawa 2012, Prószyński i S-ka.

Michio Kaku, Kosmos Einsteina. Jak wizja wielkiego fizyka zmieniła nasze rozumienie czasu i przestrzeni Przeł. Janusz Popowski, Warszawa 2012, Prószyński i S-ka.

Günter Nimtz, Astrid Haibel, Przestrzeń czasu zerowego. Tunelowanie kwantowe i prędkości nadświetlne Przeł. Bogumił Bieniok i Ewa L. Łokas, Warszawa 2012, Prószyński i S-ka.

Hugh Aldersey-Williams, Fascynujące pierwiastki. W krainie fundamentalnych składników rzeczywistości Przeł. Adam Tuz, Warszawa 2012, Prószyński i S-ka.

Czytasz ten tekst bezpłatnie, bo Fundacja Tygodnika Powszechnego troszczy się o promowanie czytelnictwa i niezależnych mediów. Wspierając ją, pomagasz zapewnić "Tygodnikowi" suwerenność, warunek rzetelnego i niezależnego dziennikarstwa. Przekaż swój datek:

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum
Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz

© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]