"Einsteinova nedovršena revolucija" Lee Smolina
(Slika: © Penguin Press)
Kvantna mehanika je ustaljena znanost. Slučaj je zatvoren, i hvala vam puno - ili će se mnogi tvrditi.
Zahvaljujući pionirskom radu 1920-ih, mnogi vjeruju da sada znamo sve što ćemo ikada trebati znati o kretanju na atomskoj ili subatomskoj skali. Prema danskom fizičaru Nielsu Bohru i njegovim sljedbenicima, možemo ustvrditi ili točan položaj atomske čestice ili njenu putanju, ali ne možemo istovremeno raditi i jedno i drugo. Takva predviđanja mogu biti samo vjerojatna, nikad apsolutno točna.
Teoretski fizičar Lee Smolin, s Perimetarskog instituta za teorijsku fiziku u Waterlouu u Kanadi, cijelu je karijeru proveo dovodeći u pitanje ovo gledište. Smolin smatra da je Bohrov trijumf primjer karizme koja guši legitimno neslaganje, čak i od tako uglednih nesuglasica kao što su Albert Einstein i Erwin Schrödinger.
Danas Smolin slijedi korake Alberta Einsteina i nastavljajući dugu tradiciju koja uključuje i druge fizičare, uključujući Davida Bohma, teoriju traži da "dovrši" kvantnu fiziku dopuštajući točne opise i ne neizvjesne vjerojatnosti. Smolin drži „realističnu“ perspektivu, nasuprot „antirealističkom“ pogledu na Bora i njegove saradnike. Smolin iznosi svoju perspektivu u "Einsteinova nedovršena revolucija"(Penguin Press, travanj 2019.) Space.com uhvatio se sa Smolinom kako bi razgovarao o knjizi, kako nove ideje postaju dominantne u znanosti i što on trenutno radi.
Space.com: Koja je razlika između realističnog i antirealističkog pristupa kvantna mehanika?
Lee Smolin: Za mene, razlika između nekoga tko je realist o kvantnim pojavama nasuprot nekoga tko nije realist, jeste, kao realist, vi vjerujete da postoji cjelovita priča i postoji potpuni opis da možemo postići bilo koji atomski proces, bilo kojeg nuklearnog procesa, bilo čega što se događa u subatomskom svijetu. Kvantna mehanika ne daje tako cjelovit opis svakog pojedinog postupka pojedinačno, pa ne može biti cjelovit. Moramo pronaći dublju teoriju izvan nje. Kvantna mehanika korak je ka razumijevanju subatomska fizika, ali to nije posljednji korak. Dakle, posao je produbiti dublje i izmisliti ili otkriti bolju teoriju koja daje potpun opis.
Ako ste ono što nazivamo antirealistom, onda mislite da je kvantna mehanika onako kako je zapisana 1920-ih možda konačna teorija i nema motivacije da dublje gledamo.
Space.com: Vi koji ljude koji traže završetak kvantne teorije nazivate "naivnim realistima", jer za njihove poglede nisu potrebna zbunjena opravdanja. Možete li detaljnije objasniti ovaj termin?
Smolin: Naivno stvarno znači profinjeno. Naivno znači da ste čuli sve osnovne zamjerke na ideju da možemo dati cjelovit opis svijeta kakav jest i odbaciti ih i držati ga kao naš cilj potpuno razumijevanja prirode i kao da mi nismo ovdje. Znanost je opis prirode koji bi trebao biti objektivan, a ne nametnut našim eksperimentima ili našim idejama ili vjerovanjima.
Space.com: Znači li „naivno“ potpuno biti otvoren za nove ideje i vjerovanja?
Smolin: Potpuno otvoreno? Ne. Ljudi zaboravljaju da fizika, kao i svaka znanost, ima povijest i tradiciju. Uzmite jednostavnu ideju poput zamaha koju bi trebalo razumjeti u kontekstu svih rasprava od 16. i 17. stoljeća o načelu inercije, načelu relativnosti i tako dalje. Ne možete objasniti pojam kao zamah bez da budete uronjeni u čitavu povijest koncepta.
Space.com: Vaša je knjiga jasna i lucidna i razumljiva je ljudima s različitim razinama pozadinskog znanja. Kakav je vaš postupak pisanja?
Smolin: Zasto hvala! Uzet ću to kao kompliment. Imam puno iskustva i puno prakse podučavanja suvremene fizike neznanstvenicima. Na različitim sveučilištima često sam predavao tečajeve "fizike za humanističke znanosti" ili "fizike za pjesnike". Tako imam puno iskustva s izmišljanjem različitih pedagoških strategija koje bih koristio u poučavanju kvantne fizike ili relativnosti laicima.
Ova knjiga ima nekoliko publike istovremeno. Obraćam se stručnjacima i kolegama, ali prvenstveno se obraćam laicima. A prvi laici koji su važni je urednik. Uvijek inzistiram na suradnji s urednikom koji ima diplomu književnosti ili humanističkih znanosti ili povijesti, a ne diplomu znanosti. Imam i nekoliko čitatelja testova koji nemaju obrazovanje o znanosti. Svi su me potaknuli da pojasnim, razjasnim, pojasnim i po potrebi napišem knjigu. Ova knjiga je prošla kroz tri cjelovita prepisivanja. Ništa nije ostalo na podu svlačionice, da tako kažem. Čitav prvi nacrt bio je potpuno napušten i rekeptiran, a rezultat je, po mom mišljenju, bila puno bolja knjiga.
Space.com: S obzirom na to da je u cijelosti više puta prepravljena, koliko je vremena trebalo da se knjiga napiše?
Smolin: Pisanje nije moj svakodnevni posao; moj svakodnevni posao je biti teorijski fizičar. Ali u slobodno vrijeme, da tako kažem, oko tri godine. Proći će mjesec ili šest tjedana kada prvenstveno radim na knjizi, a onda će proći šest mjeseci i razmislit ću i razmisliti o tome, a onda ću opet zaroniti za tri tjedna ili mjesec dana. Tako je bilo i tijekom razdoblja od tri godine.
Space.com: Vaša knjiga detaljno opisuje povijest kvantne fizike s početka 20. stoljeća. Zašto je antirealistička kvantna revolucija koju je izazvao Niels Bohr postala dominantno stajalište - naizgled treptajem oka?
Smolin: Postoje dvije stvari koje su djelovale istovremeno. Jedan od njih i najvažniji bio je zapanjujući eksperimentalni uspjeh. Čovječanstvo je prošlo manje od 30 godina od pomirenja s idejom da je materija građena od atoma do kompletne teorije atomske fizike. I to je u značajnoj mjeri objasnio spektre [duge boje proizvedene odvajanjem komponenti svjetlosti po njihovoj valnoj duljini], sile, kemijske spojeve - sve! Onda vrlo brzo, nuklearna fizika, fizika čestica, kako zvijezde rade - astrofizika.
Dakle, eksperimentalni uspjeh je bio zapanjujući, i to brzo. Izmjereno protiv toga, neslaganje čak i ljudi poput Einsteina, Schrödingera i de Broglieja koji su rekli: "Čekaj malo! Temelji su nered!" Sve se to moglo pomesti pod tepih.
To je bilo prvo. Druga stvar je prestiž i karizma Nielsa Bohra, uz potporu danske vlade i pivske tvrtke Carlsberg, da uspostave centar u kojem je sve prošlo kroz njega. Njegova vrlo hipnotička, karizmatična ličnost mogla je utjecati na misli generacije ljudi koji izlaze iz strašnog rata [Prvi svjetski rat]. Dakle, to je gomila različitih stvari odjednom.
Space.com: I druge teorije ne mogu zaobići napredak.
Zapanjujuća je činjenica da teorija pilotskih valova de Broglie - čak i ako je Einstein, de Broglie i na neki način zagovarao Schrödinger - nije imala utjecaja, uprkos činjenici da to nisu nigdje. Bili su to svjetski poznati ljudi s Nobelovim nagradama, koji su izvrsno izveli znanost, ali njihovo je neslaganje ipak moglo zanemariti nekoliko generacija.
[Teorija pilotskih valova, koju je Louis de Broglie razvio 1920-ih, a David Bohm proširio 1950-ih, tvrdi da elektroni obuhvaćaju i čestice i valove i da se čestice kreću u smjeru u kojem ih valovi vode. Ona je deterministička, a ne vjerojatna.]
Mislim da su u konačnici znanstvenici ljudska bića, a na nas utječu sve vrste, od nesvjesne pristranosti do ambicije do društvenih snaga. Povijest kvantne mehanike postaje priča vrijedna razmišljanja, ali nije neobična priča.
Space.com: Kako su vaši vršnjaci reagovali na vašu knjigu?
Smolin: Ništa do sada nije iznenadilo. Moji su stavovi dobro poznati u zajednici fizičara. Koliko god to izgledalo provokativno u strukturi knjige, među fizičarima se nije raspravljalo o vrlo temeljitoj raspravi.
Jedino što je novo jest posljednjih nekoliko poglavlja. Preuzeo sam veliki rizik kako bih stavio svoj trenutni rad na stol.
Space.com: Opišite svoj trenutni rad.
Smolin: Najvažnija stvar koju radim u svom novom poslu ozbiljno je shvaćanje uloge nebezičnosti. [Nonlocality odnosi se na sposobnost predmeta da utječu na radnje drugih objekata koji su vrlo udaljeni u prostoru i vremenu.] Ako želite dati realan, cjelovit opis onoga što se događa kada imate dvije ili više čestica koje su međusobno djelovale i jesu ono što nazivamo "zapetljano", tada način na koji odlučite manipulirati jednom česticom može utjecati na ostale, čak i ako su jako udaljene. A to znači da morate ozbiljno shvatiti da utjecaji nisu ograničeni idejom da stvari utječu samo na ono što im je blizu.
Dakle, ja to shvaćam ozbiljno i pokušavam napraviti teoriju u kojoj su ove kvantne zamke temeljne i pojam prostora nastaje. Prostor ne postoji; možemo napraviti novi, približni opis prostora na isti način na koji koristimo tlak i temperaturu za opisivanje plina.
Nisam ni na koji način jedina osoba koja pokušava razviti ovu teoriju. Ideja da se prostor može pojaviti iz zamke je stara ideja koja dobiva novu privlačnost od ljudi poput Roger Penrose, Moja je teorija da se prostor može pojaviti, ali da je vrijeme temeljno i da je uzročnost temeljna. To je stav s kojim bi se složio veći broj ljudi, a puno ljudi se ne bi složilo.
Space.com: Koji je krajnji cilj izvođenje ove vrste teorijskog rada?
Smolin: Ideja je razviti i izmisliti teoriju iz koje možete zaključiti predviđanja koja eksperimenti testiraju. Većina ozbiljnih ljudi teoretski prijedlog ne shvaća ozbiljno, osim ako ne dođe do načina testiranja, barem u načelu ako ne u praksi sada. Bez eksperimenta, teoretičar je jednostavno tako lako govoriti lijepu matematiku, što je pogrešno i nema nikakve veze s prirodom. Trebamo eksperimentalisti da umanjimo ideje i suzimo mogućnosti.
Samo zadnja generacija ili dvije imaju situaciju da je teorije teško testirati. Tako možete imati čitavu generaciju raditi na, recimo, modelima fizike čestica koji nadilaze standardni model, a oni nisu testirani eksperimentalno. To je neobično i, nažalost, karakterizira naše razdoblje.
Mnogi ljudi ozbiljni u području fundamentalne teorijske fizike jako naporno rade kako bi zadirkivali i izmišljali prijedloge koje je sada testirano. Moja verzija nelokalnosti predviđa da su kvantni efekti dijelom i zbog činjenice da su atomi vrlo slični ogromnom broju atoma u svemiru. Kad bismo uspjeli stvoriti jedinstveni kvantni sustav - koji ne bi imao cjelovite kopije nigdje u promatranom svemiru - ne bi se pokoravao kvantnoj mehanici, pokorio bi se nekim drugačijim jednadžbama koje ja dobivam. To je gotovo na pragu onoga što eksperimentalni laboratoriji u kvantnoj mehanici mogu sada testirati.
Ovaj je članak uredio i sažimao radi jasnoće. Možeš kupite "Einstein's Unfinished Revolution" na Amazon.com.
- Ovi "sablasni" isprepleteni atomi samo su se približili kvantnom računanju jedan korak bliže
- Drevni kvazari pružaju nevjerojatne dokaze za kvantno zapletanje
- Zašto kvantna mehanika ne može objasniti težinu? (Op-Ed)
