"Einsteinova nedokončana revolucija" Lee Smolina
(Slika: © Penguin Press)
Kvantna mehanika je ustaljena znanost. Zadeva je zaključena in najlepša hvala - ali pa bi se mnogi trdili.
Zaradi pionirskega dela v dvajsetih letih 20. stoletja mnogi verjamejo, da zdaj vemo vse, kar bomo kdaj morali vedeti o gibanju v atomskem ali subatomskem merilu. Po besedah danskega fizika Nielsa Bohra in njegovih privržencev lahko trdimo bodisi točen položaj atomskega delca bodisi njegovo pot, vendar obojega ne moremo storiti hkrati. Takšna napoved je lahko le verjetna, nikoli popolnoma natančna.
Teoretični fizik Lee Smolin z Inštituta za teoretično fiziko Perimeter v Waterlou v Kanadi je celotno kariero izzival to stališče. Smolin verjame, da je Bohrovo zmagoslavje primer karizme, ki zavira legitimno nestrinjanje, celo od tako eminentnih disidentov, kot sta Albert Einstein in Erwin Schrödinger.
Danes Smolin po korakih Alberta Einsteina in nadaljuje dolgo tradicijo, ki vključuje druge fizike, vključno z Davidom Bohmom, išče teorijo za "dokončanje" kvantne fizike z omogočanjem natančnih opisov in nejasnih verjetnosti. Smolin drži "realistično" perspektivo, v nasprotju s "antirealističnim" pogledom na Bora in njegove sodelavce. Smolin predstavi svojo perspektivo v "Einsteinova nedokončana revolucija"(Penguin Press, april 2019). Space.com se je s Smolinom dogovarjal, da je razpravljal o knjigi, kako nove ideje postanejo prevladujoče v znanosti in kaj počne do zdaj.
Space.com: Kakšna je razlika med realnimi in antirealističnimi pristopi kvantna mehanika?
Lee Smolin: Zame je razlika med nekom, ki je realist o kvantnih pojavih v primerjavi z nekom, ki ni realist, kot realist, verjamete, da obstaja popolna zgodba, in obstaja popoln opis, da lahko dosežemo kateri koli atomski proces, kakršnega koli jedrskega procesa, karkoli se dogaja v subatomskem svetu. Kvantna mehanika ne daje tako popolnega opisa vsakega postopka posebej, zato ne more biti dokončna. Za njo moramo najti globljo teorijo. Kvantna mehanika je korak k razumevanju subatomska fizika, vendar to ni zadnji korak. Naloga je torej poglobiti in izumiti ali odkriti boljšo teorijo, ki daje popoln opis.
Če ste tisto, čemur pravimo antirealist, potem mislite, da je kvantna mehanika, kot je bila zapisana v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, verjetno zadnja teorija in ni motivacije, da bi pogledali globlje.
Space.com: Ljudje, ki iščejo dokončanje kvantne teorije, navajate kot "naivne realiste", ker njihova stališča ne potrebujejo zmedene utemeljitve. Lahko pojasnite ta izraz?
Smolin: Naivno resnično pomeni prefinjeno. Naivno pomeni, da ste slišali vsa osnovna nasprotovanja ideji, da lahko damo popoln opis sveta takšnega, kot je, in jih zavrnemo in ga imamo za naš cilj, da razumemo naravo v celoti in kot da nas ni tukaj. Znanost je opis narave, ki naj bi bila objektivna, ne vsiljena z našimi poskusi ali z našimi idejami ali prepričanji.
Space.com: Ali "naivno" pomeni biti popolnoma odprt za nove ideje in prepričanja?
Smolin: Popolnoma odprto? Ne. Ljudje pozabljajo, da ima fizika, tako kot vsaka znanost, zgodovino in tradicijo. Vzemite preprosto zamisel, kot je zagon, ki jo je treba razumeti v okviru celotne razprave od 16. do 17. stoletja o načelu vztrajnosti, načelu relativnosti in podobno. Ne morete razložiti koncepta, kot je zagon, ne da bi bili potopljeni v celotno zgodovino koncepta.
Space.com: Vaša knjiga je jasna in lucidna in razumljiva je ljudem z različnimi stopnjami osnovnega znanja. Kakšen je postopek pisanja?
Smolin: Zakaj, hvala! To bom vzel kot kompliment. Imam veliko izkušenj in veliko prakse poučevanja sodobne fizike nenistikov. Na različnih univerzah sem pogosto poučeval tečaje "fizika za humanistične vede" ali "fizika za pesnike". Tako imam veliko izkušenj z iskanjem različnih pedagoških strategij, ki jih bom uporabil pri poučevanju kvantne fizike ali relativnosti laikov.
Taka knjiga ima več občinstva hkrati. Nagovarjam strokovnjake in sodelavce, predvsem pa nagovarjam laike. In prvi laik, ki je pomemben, je urednik. Vedno vztrajam pri sodelovanju z urednikom, ki ima diplomo iz književnosti ali humanistike ali zgodovine - ne pa znanosti. Imam tudi več bralcev testov, ki nimajo naravoslovja. Vsi so me spodbudili, da sem razčistil, razjasnil, razjasnil in po potrebi knjigo prepisal. Ta knjiga je prešla skozi tri popolne predelave. Nič ni ostalo na tleh v sobi za predelavo. Celoten prvi osnutek je bil popolnoma opuščen in znova zasnovan, rezultat pa je bila po mojem mnenju veliko boljša knjiga.
Space.com: Glede na to, da je bila večkrat popolnoma napisana, koliko časa je trajalo, da sem napisala knjigo?
Smolin: Pisanje ni moje dnevno delo; moje delo je teoretični fizik. Ampak v prostem času, tako rekoč, približno tri leta. Prišel bo mesec ali šest tednov, ko bom predvsem delal knjigo, potem pa bo šlo šest mesecev in bom razmislil in razmislil, potem pa bom spet tri tedne ali mesec spet pristal. Tako je bilo tako v obdobju treh let.
Space.com: Vaša knjiga podrobno opisuje zgodovino kvantne fizike v začetku 20. stoletja. Zakaj je antirealistična kvantna revolucija, ki jo je sprožil Niels Bohr, postala prevladujoč pogled - na videz trenutek očesa?
Smolin: Sočasno sta delovali dve stvari. Eden od njih in najpomembnejši je bil osupljiv eksperimentalni uspeh. Človeštvo je minilo v manj kot 30 letih od pomiritve do ideje, da je materija sestavljena iz atomov do popolne teorije atomske fizike. In bistveno je razložil spektre (mavrice barv, ki nastanejo z ločevanjem sestavnih delov svetlobe po njihovi valovni dolžini), sile, kemične spojine - vse! Potem zelo hitro, jedrska fizika, fizika delcev, kako zvezde delujejo - astrofizika.
Torej, eksperimentalni uspeh je bil osupljiv, in to hitro. Merjeno proti temu, so bili razprti celo ljudje, kot so Einstein, Schrödinger in de Broglie, ki so rekli: "Počakaj malo! Temelji so nered!" Vse to bi lahko pometali pod preprogo.
To je bila prva stvar. Druga stvar je prestiž in karizma Nielsa Bohra, s podporo danske vlade in pivske družbe Carlsberg, da ustanovi center, v katerem je vse prišlo skozi njega. Njegova zelo hipnotična, karizmatična osebnost bi lahko vplivala na misli generacije ljudi, ki izhaja iz strašne vojne [prva svetovna vojna]. Torej gre za kup različnih stvari naenkrat.
Space.com: In druge teorije niso mogle napredovati.
Osupljivo je, da teorija pilotskega valovanja o Broglieju - četudi bi jo lahko zagovarjal Einstein, de Broglie in na nek način Schrödinger - ni vplivala, čeprav to niso bila nobena telesa. To so bili svetovno znani ljudje z Nobelovimi nagradami, ki so se odlično odrezali, vendar njihovo neskladje kljub temu ni bilo mogoče zanemariti več generacij.
[Teorija pilotskih valov, ki jo je razvil Louis de Broglie v dvajsetih letih prejšnjega stoletja in David Bohm razširil v petdesetih letih prejšnjega stoletja, trdi, da elektroni zajemajo tako delce kot valove in da se delci gibljejo v smeri, v kateri jih valovi vodijo. Je determiniran, ne pa verjeten.]
Mislim, da so znanstveniki na koncu ljudje in na nas vplivajo vse vrste, od nezavedne pristranosti do ambicije do družbenih sil. Zgodovina kvantne mehanike postane zgodba, ki jo je vredno premisliti, vendar ni nenavadna zgodba.
Space.com: Kako so se vaši vrstniki odzvali na vašo knjigo?
Smolin: Nič do zdaj ni presenetilo. Moji pogledi so dobro znani v skupnosti fizikov. Kljub temu, da se zdi strukturno v knjigi provokativno, med fiziki ni razprav, o katerih ni bilo zelo temeljito razpravljati.
Edino, kar je novo, je zadnjih nekaj poglavij. Veliko tvegal sem, da sem svoje trenutno delo položil na mizo.
Space.com: Opišite svoje trenutno delo.
Smolin: Najpomembnejša stvar, ki jo počnem v svojem novem delu, je resno jemanje vloge nebesednosti. [Nelokalnost se nanaša na zmožnost predmetov, da vplivajo na dejanja drugih predmetov, ki so v prostoru in času zelo narazen.] Če želite dati realističen, popoln opis dogajanja, če imate dva ali več delcev, ki sta medsebojno vplivala in sta kar imenujemo "zapleteno", potem lahko način, kako se odločite za manipulacijo z enim od delcev, vpliva na druge, četudi so zelo narazen. In to pomeni, da morate resno jemati, da vplivov ne omejuje misel, da stvari vplivajo le na tisto, kar jim je blizu.
Torej, jemljem to resno in poskušam narediti teorijo, v kateri so te kvantne zaplete temeljne in pojem vesolja se pojavlja. Prostora ne obstaja; lahko naredimo nov, približen opis prostora na enak način, kot ga uporabljamo pritisk in temperaturo za opis plina.
Jaz nikakor nisem edina oseba, ki poskuša razviti to teorijo. Zamisel, da se prostor lahko pojavi iz zaplete, je stara ideja, ki pridobiva nove vleke od ljudi, kot so Roger Penrose. Moja teorija je, da se vesolje morda pojavlja, toda čas je temeljni in vzročnost je temeljna. To je stališče, s katerim bi se strinjali številni ljudje in veliko ljudi se s tem ne bi strinjalo.
Space.com: Kaj je končni cilj opravljanja tovrstnega teoretičnega dela?
Smolin: Ideja je razviti in izumiti teorijo, iz katere lahko sklepate o predvidevanjih, ki jih preizkušajo. Večina resnih ljudi teoretičnega predloga ne jemlje resno, razen če pride z načinom, kako ga preizkusiti, vsaj načeloma, če že ne v praksi. Brez eksperimenta je teoretik tako enostavno govoriti o lepi matematiki, kar je narobe in nima nobene zveze z naravo. Potrebujemo eksperimentalce, da razrešijo ideje in zožijo možnosti.
Le zadnja generacija ali dve ima takšno situacijo, da je teorije težko preizkusiti. Torej lahko imate celo generacijo dela na recimo modelih fizike delcev, ki presegajo standardni model, ki pa niso preizkušeni eksperimentalno. To je nenavadno in žal zaznamuje naše obdobje.
Veliko ljudi, ki so resni na področju temeljne teoretične fizike, se zelo trudi, da bi se norčeval in izumil predloge, ki jih je zdaj mogoče preizkusiti. Moja različica nelokalnosti predvideva, da so kvantni učinki deloma posledica dejstva, da so atomi zelo podobni velikemu številu atomov v vesolju. Če bi lahko ustvarili edinstven kvantni sistem - ki ni imel popolnih kopij nikjer v opazovanem vesolju - se ne bi poslušal kvantne mehanike, temveč bi se poslušal nekaj drugačnih enačb, ki jih dobim. To je skoraj na pragu tega, kar zdaj lahko preizkušajo eksperimentalni laboratoriji v kvantni mehaniki.
Ta članek je bil zaradi jasnosti urejen in zgoščen. Ti lahko kupite "Einsteinova nedokončana revolucija" na Amazon.com.
- Ti "Spooky" zapleteni atomi so samo korak bližje kvantnemu računanju
- Starodavni kvazarji ponujajo neverjetne dokaze za kvantno zapletenost
- Zakaj kvantna mehanika ne more razložiti težnosti? (Op-Ed)
