„Pudelkowy” świat mechaników kwantowych

Panuje powszechny pogląd, że przyroda jest matematyczna. Nic w tym dziwnego, bo gołym okiem widać, że matematyka okazuje się skuteczna w badaniu świata materialnego. Wystarczy zerknąć choćby na elementarne podręczniki fizyki, że nie wspomnę już o najeżonych ostrokołami równań rasowych publikacjach naukowych. Niestety, język matematyki jest hermetyczny, mało czytelny dla przeciętnego zjadacza chleba, ergo odpychający. Pamiętam zabawne zdarzenie ze Szkoły Oficerów Rezerwy, w której władza ludowa kształciła świeżo upieczonych magistrów i inżynierów w sztuce artyleryjskiej. Na kierunek ten desygnowano absolwentów kierunków ścisłych, ale ze względu na panujący w wojskowej branży bałagan trafił się jeden z humanistycznym wykształceniem, który podczas pierwszych zajęć z teorii lotu balistycznego zemdlał na widok symbolu „delta iks” (∆X). Pisać „zwykłą” prozą o prawach rządzących przyrodą to nie lada sztuka. Nie sposób uniknąć uproszczeń, czy wręcz zafałszowań, bo owa „zwykła” proza nie jest w stanie przekazać pełnego sensu zawartego w formalizmie matematycznym (inaczej nie byłby on potrzebny do zrozumienia istoty rzeczy). Umiejętność tę posiadło niewielu, a poczesne miejsce wśród nich ma niejaki Manjit Kumar, fizyk i filozof, dysponujący rzetelną wiedzą, ale i znakomitym warsztatem popularyzatora nauk ścisłych. Aby się o tym przekonać, wystarczy sięgnąć po jego książkę „Kwantowy świat. Einstein, Bohr i wielki spór o naturę rzeczywistości”. Wiem, że wiele osób na same tylko słowa „mechanika kwantowa” reaguje drżeniem łydek, mdłościami, zawrotami głowy, a nierzadko nawet odruchem wymiotnym. Tu dodatkowo może zrazić objętość dzieła: 500 stron, raczej drobną czcionką. Jeśli jednak osoby takie przezwyciężą swoje uprzedzenie, wezmą książkę do ręki i ją przekartkują – już zostaną pozytywnie zaskoczone: oto (wyłączając przypisy) nie znajdą w niej ani jednego wzoru! Jeśli skuszą się i przeczytają choćby kilka zdań – już przepadły! Książka wessie ich bowiem błyskawicznie świetnym gawędziarskim warsztatem, brawurowym stylem, niemal fabularną narracją. Autor nie stroni od ciekawostek, anegdot, czy wręcz plotek dotyczących bohaterów, którymi są wielcy odkrywcy świata kwantów. Zwykliśmy widzieć ich jako tytanów intelektu, beznamiętnych jajogłowców zanurzonych w abstrakcyjnym świecie magicznych matematycznych formuł. Tymczasem autor przedstawia ich jako ludzi z krwi i kości, wraz z ich słabościami, błądzeniem, dramatycznym zmaganiem nie tylko z odkrywanymi, nieraz jawiącymi się jako absurdalne, cechami świata, ale także z prozaiczną ścianą biurokracji, z ludzką małostkowością, z okrutną machiną niespokojnej w tych czasach historii. Przedstawia językiem zwiewnym, pełnym figlarnych, acz inteligentnych metafor. Widać to już nawet w tytułach rozdziałów poświęconych kolejnym naukowcom: „Rewolucjonista mimo woli” (Planck), „Niewolnik urzędu patentowego” (Einstein), „Spóźniony poryw erotyzmu” (Schrödinger). Biografie bohaterów książki są bogato ilustrowane cytatami z pamiętników, wspomnień i ogromnych zasobów korespondencji, przez które Kumar musiał się przekopać. Ale „risercz” to jedno, a montaż to drugie. Autor w sposób harmonijny prowadzi równoległą narrację, łącząc elementy osobiste („pudelkowe”) z „zawodowymi”. W ten sposób dowiadujemy się, że Planck do końca życia nie pogodził się z ideą kwantów, którą sam wprowadził, w skonstruowaniu modelu atomu pomogła Bohrowi lektura kryminałów, Balmer odkrył wzór nazwany jego imieniem z nudów, Heisenberg zawdzięczał swoją mechanikę macierzową katarowi siennemu, Schrödinger odkrył słynne równanie falowe w szwajcarskim kurorcie Arosa, gdzie przez dwa tygodnie oddawał się namiętnościom z tajemniczą kochanką, Pauli miał cięty język i nie znał hamulców nawet w obecności Einsteina, zaś sam Einstein traktował swoją pierwszą żonę gorzej niż psa: na liście warunków jakie jej postawił, aby małżeństwo mogło być kontynuowane znalazły się m. in. żądania: „nie będziesz spodziewać się ode mnie jakichkolwiek oznak bliskości ani czynić mi żadnych wyrzutów, jeśli tego zażądam, masz natychmiast przestać się do mnie odzywać, bez sprzeciwu opuścić moją sypialnię lub gabinet.” (Zaiste ciekawy „dekalog”) Lecz choć jest to raczej książka o ludziach, otrzymujemy także solidne porcje wiedzy o samej mechanice kwantowej.Są one wkomponowane w fabułę w sposób czytelny, zrozumiały dla laika nie dysponującego szczegółową wiedzą w przedmiocie, choć przy ich lekturze nieodzowna jest koncentracja nieco większa niż przy plotkarskich ciekawostkach. Ponadto, moim zdaniem, asymilacja partii bardziej zaawansowanych nie jest niezbędna do ogarnięcia zamysłu książki. A co stanowi ów zamysł? Osią książki jest (jak to już sygnalizuje jej podtytuł) wieloletni spór tytanów fizyki początku XX wieku – czyli okresu, w którym doszło do rewolucji i budowy gmachu fizyki niemal od podstaw*). Spór prowadzony na granicy fizyki i filozofii, bo dotyczący natury rzeczywistości. Jego głównymi bohaterami są Niels Bohr, uznawany za twórcę mechaniki kwantowej i Albert Einstein, okrzyknięty geniuszem fizyki i uznawany za jej autorytet numer jeden, pełniący w tamtych czasach funkcję - jak powiedzielibyśmy dziś - celebryty. Opowieść zaczyna się jeszcze przed wielkimi odkryciami, i podąża od zmagań Plancka z prawem promieniowania ciała doskonale czarnego, poprzez model atomu Bohra, dokonania Einsteina w dziedzinie mechaniki kwantowej (ze względu na temat książki, obie teorie względności potraktowane są raczej marginalnie), odkrycie jądra atomowego przez Rutherforda, zasady nieoznaczoności przez Heisenberga, koncepcję falowej natury materii de Broglie, odkrycie równania falowego przez Schrödingera, oraz dokonania wielu innych fizyków, których prace miały wpływ na ów będący lejtmotywem książki spór gigantów (Hugh Everett, John Bell, Stuart Freedman, John Clauser, Alain Aspect). W końcowych partiach książki (poświęconych czasom współczesnym) znalazł się nawet akcent polski – udział fizyków Uniwersytetu Gdańskiego w znaczącym eksperymencie dotyczącym par splątanych elektronów. Wracając do sporu: jego jądrem był pogląd na temat statusu rzeczywistości. Bohr wierzył, że mechanika kwantowa jest zupełną, fundamentalną teorią natury, i na tym zbudował swój filozoficzny światopogląd. Kierując się nim, zadeklarował: „Nie ma świata kwantowego. Istnieje tylko abstrakcyjny, kwantowo mechaniczny opis. Błędem jest sądzić, że zadanie fizyki polega na odkryciu, jaka jest natura. Fizyka koncentruje się wokół tego, co możemy o naturze powiedzieć”. Z kolei Einstein wybrał podejście alternatywne. Swoją opinię o mechanice kwantowej oparł na niewzruszonej wierze w istnienie przyczynowo-skutkowej, niezależnej od obserwatora rzeczywistości. W konsekwencji nie mógł w żaden sposób zaakceptować interpretacji kopenhaskiej. „To, co nazywamy nauką” – dowodził – „ma tylko jeden cel: ustalenie tego, co jest”. W przypadku Bohra najpierw pojawiła się teoria, a potem postawa filozoficzna, czyli interpretacja mająca nadać sens stworzonemu przez teorię opisowi rzeczywistości. Einstein wiedział, że budowanie światopoglądu filozoficznego na podstawie jakiejkolwiek teorii naukowej jest niebezpieczne. Jeżeli w świetle nowych dowodów teoria okaże się niewystarczająca, wspierająca ją filozofia załamie się razem z nią. „W przypadku fizyki podstawą jest założenie, że świat rzeczywisty istnieje niezależnie od jakiegokolwiek aktu percepcji” – powiedział Einstein. – „Ale tego nie wiemy”. Jak wyżej napisałem, spór ten trwał całe dziesięciolecia – najpierw na tzw. kongresach solvayowskich, potem, gdy Einstein wyemigrował za ocean, korespondencyjnie i przy okazji wizyt, jakie Bohr składał adwersarzowi. Oczywiście, nie był to pojedynek gigantów-samotników – w spór zaangażował się praktycznie cały świat fizyków. Śledząc go, uświadamiamy sobie, że fizyka to nie nudy na pudy – ona tętni życiem, kipi emocjami, co przejawia się także w żywiołowym dialogu (lecz nie kłótniach!) pomiędzy naukowcami. Że ci naukowcy którzy dla wielu z nas są tylko nazwiskami (ewentualnie portretami) w książkach i encyklopediach, to ludzie z krwi i kości którzy mają swoje przekonania, swoje ambicje – i to jest ta dobra strona medalu – ale mają także przywary, wady, złe nawyki, jak każdy z nas. Wyróżnia ich jednak coś szlachetnego: uporczywe dążenie do rozszyfrowania prawdy o świecie – przyciąga ich ona jak płomień świecy ćmę. Dobrze to widać w dramacie Einsteina, który do końca swych dni usiłował odkryć „teorię wszystkiego”, bo wierzył, że świat jest racjonalny, zbudowany na nieskazitelnym pięknie matematyki. Jednak pięćdziesiąt długich lat „pogrążenia w rozmyślaniach” nie przybliżyło go do zrozumienia kwantów. Próbował do samego końca, znajdując pocieszenie w słowach niemieckiego dramaturga i filozofa Gottholda Lessinga: „Szukanie prawdy ma większą wartość niż pewność jej posiadania”. Tymi słowami Kumar kończy swoją pasjonującą opowieść. Jest ona jak barwna baśń - lecz od niej różni ją to, że jest oparta na faktach. ________________________________________________________ *) Odsyłam tu do mojego szkicu „Dwie wieże na zgliszczach”, Czas Fantastyki nr 4/2010,  http://naszeblogi.pl/37867-dwie-wieze-na-zgliszczach-o-fizyce-xx-wieku-1 Kwantowy świat. Einstein, Bohr i wielki spór o naturę rzeczywistości Tytuł oryginału: Quantum: Einstein, Bohr, and the Great Debate about the Nature of Reality Autor: Manjit Kumar Wydawnictwo: Prószyński i S-ka Seria wydawnicza: Wiedza I życie Orbity Nauki Miejsce wydania: Warszawa Wydanie polskie: 3/2012 Wydanie: I Liczba stron: 496 Format: 140x210 mm Oprawa: miękka ISBN-13: 9788378390831
Forum jest miejscem wymiany opinii użytkowników, myśli, informacji, komentarzy, nawiązywania kontaktów i rodzenia się inicjatyw. Dlatego eliminowane będą wszelkie wpisy wielokrotne, zawierające wulgarne słowa i wyrażenia, groźby karalne, obrzucanie się obelgami, obrażanie forumowiczów, członków redakcji i innych osób. Bezwzględnie będziemy zwalczali trollowanie, wszczynanie awantur i prowokowanie. Jeśli czyjaś opinia nie została dopuszczona, to znaczy, że zaliczona została do jednej z wymienionych kategorii. Jednocześnie podkreślamy, iż rozumiemy, że nasze środowisko chce mieć miejsce odreagowywania wielu lat poniżania i ciągłej nagonki na nas przez obóz "miłości", ale nie upoważnia to do stosowania wulgarnego języka. Dopuszczalna jest natomiast nawet najostrzejsza krytyka, ale bez wycieczek osobistych.

Komentarze

Obrazek użytkownika NASZ_HENRY

04-09-2013 [14:29] - NASZ_HENRY | Link:

fizyk Albert Einstein przypomina informatyka Bill Gatesa, który włącza do swoich produktów pomysły innych, jedne kupując inne kopiując:
Link ***http://www.daro.it.pl/albert_e... kopiujemy i wstawiamy w nowym oknie przeglądarki, wtedy wujek Google nie pozbawia nas dochodów z reklamy ;-)

Obrazek użytkownika Magdalena

04-09-2013 [14:52] - Magdalena | Link:

.

Obrazek użytkownika Ptr

04-09-2013 [15:45] - Ptr | Link:

nauka stworzy jedną teorię wszystkiego. Rozumiem,że Einstein uważał,że posiadł już prawie 90-100 % wiedzy o świecie materialnym i jest bliski 100%. A co jeżeli Einstein i wszyscy fizycy razem wzięci posiedli dopiero 10% wiedzy ? Albo 1% wszelkiej wiedzy ?
Galileusz zobaczył przez lunetę kilka kulistych obiektów i też pewnie sądził,że jest bliski odkrycia całego wszechświata. Na tej podstawie miał się dokonać istotny przewrót w świadomości. Nauka jest ustalaniem prawdy i zależności pomiędzy obiektami w przyrodzie. Jest wspaniałą podstawą kultury. Jednak mała wiedza jest niebezpieczna. Jeżeli wiemy dopiero 10% to światopogląd naukowy jest ignorancją, a ta jest niebezpieczna dla całości poznania. W pewnym sensie widzenie planet w lunecie zawęża horyzont poznawczy. Skonstruowanie bomby atomowej wystarczy ,aby uznano faceta za geniusza, ale to może być tylko 2% wiedzy potrzebnej do poznania świata. Wówczas tzw. światopoglad naukowy ignorujący doświadczenia duchowe staje się prymitywnym młotkiem półinteligencji.

Każdy, nawet ograniczony, człowiek wie instynktownie , że jakiekolwiek procesy umysłowe i psychiczne są bardziej skomplikowane od klasycznej fizyki i stanowią sedno naszego życia, nie dając się opisać nauce. Dobrym przykładem jest to,że ludzie wolą cytować głupie powiedzonka Einsteina niż jego wzory.

Obrazek użytkownika tsole

04-09-2013 [16:15] - tsole | Link:

W zależności od bieżącej sytuacji wahadło w naukach przyrodniczych wędruje sobie od pesymizmu do optymizmu poznawczego i z powrotem. Ostatnie apogeum tego optymizmu przypadło na koniec XIX wieku, kiedy to zadowoleni z siebie uczeni byli przekonani, że gmach poznania jest na ukończeniu (szerzej piszę o tym w eseju „Dwie wieże na zgliszczach”). Potem dostali od Konstruktora prztyczka w nos i wahadło gwałtownie odbiło w drugą stronę (gdzie się dziś znajduje, trudno wyrokować, ale niechybnie zmierza w kierunku apogeum pesymizmu poznawczego).
Wraz z optymizmem przychodzi hardość i zadufanie, a z nimi hegemonia empirii i umocnienie w przeświadczeniu, że „człowiek to brzmi dumnie”. Pesymizm z kolei przynosi ciągotki w kierunku okultyzmu, spirytualizmu, mistycyzmu i umocnienie w przeświadczeniu, że  „człowiek to puch marny”.
Zatem jesteśmy w fazie pesymizmu poznawczego. Mało kto odwazy się dziś twierdzić, że zdobyliśmy jakiś procent wiedzy o mechanizmach rządzących światem. Ja osobiście uważam, że poznanie biegnie asymptotycznie - zatem nigdy nie osiągniemy stanu pełnej wiedzy.

"Dobrym przykładem jest to,że ludzie wolą cytować głupie powiedzonka Einsteina niż jego wzory."
Bo je bardziej rozumieją :)

Obrazek użytkownika zaginionyląd

04-09-2013 [17:23] - zaginionyląd | Link:

obawiam się, że jako fizyk nie powinnam tu się odzywać , bo ta książka jest popularyzatorska ........ ma zachęcić.......... Ale istotnie nie ma do dziś tej poszukiwanej od stulecia ,, teorii wszystkiego,, A powyższy wpis dokonany przez PTR jest szalenie słuszny. Pozdrawiam

Obrazek użytkownika aszanti

04-09-2013 [19:56] - aszanti | Link:

niestety też się już objawia. Coraz więcej dyscyplin staje się religiami gdzie krytyka jest zabroniona - bo nie poprawna politycznie. Na usługach ideologii są psychoanaliza, teoria ewolucji i oczywiście teoria względności. Einstein wprowadził fizykę, właśnie przez matematykę, na manowce. Ten świat produkowany przez transformacje Lorentza nie ma wiele wspólnego ze światem rzeczywistym.

Obrazek użytkownika gorylisko

04-09-2013 [21:34] - gorylisko | Link:

którą niełatwo dostrzec... przez to, ze trudno ja dostrzec i jeszcze trudniej zrozumieć to nie znaczy, że ona nie istnieje...
problem w tym, że uczone osły postanowiły ekstrapolować względność na obszary życia ludzkiego...

Obrazek użytkownika tsole

05-09-2013 [07:15] - tsole | Link:

Szczególna nosiła skromny tytuł "O elektrodynamice ciał w ruchu", zaś ogólna to po prostu nowa teoria grawitacji. Z pewnością opisują zachowanie materialnej rzeczywistości lepiej niż teorie dotychczasowe. Nie wiem, czy i w jakim stopniu można im przypisywać odpowiedzialność za truciznę relatywizmu, jaka ogarnęła świat tak w epistemologii jak aksjologii.
Oczywiście występuje coś takiego jak poprawność polityczna w nauce, ale to zjawisko znane od dawien dawna. Zarówno ideologowie Kościoła jak komunizmu nie tolerowali naukowych teorii i hipotez niezgodnych z podawanymi do wierzenia ideologiami. I nie jest to wina naukowców tylko polityków.
Dziś nie jest to zjawisko drastyczne. Już raczej obawiałbym się zalewu naukowego i pseudonaukowego spamu.

Obrazek użytkownika Ptr

04-09-2013 [22:11] - Ptr | Link:

W naukach ścisłych stale dokonuje się określony i stały postęp. Inżynieria kwantowa nie cofnęła przecież nauki wstecz, a wahadło ,jak Pan pisze, poszło w stronę pesymizmu. ( Hawking byłby wyjątkiem w stronę optymizmu )
Wobec tego wahania optymistyczno-pesymistyczne zaliczyłbym paradoksalnie do sfery czucia i wiary. Wychylenie w kierunku optymizmu odbieram jako spełnienie aspiracji nauki do roli czegoś w rodzaju super religii. Ale jeśli ta nauka ,a konkretnie inżynieria kwantowa jest jakaś niepoważna :), to będzie cieżko utrzymać XX-wieczną powagę.

Wzory są trudniejsze do zrozumienia - to fascynujący zapis, to podpis Pana Boga na stworzonej materii. Podpis doskonały, bezbłędny. Lecz ludzka inteligencja, to widzieć świat w szerszym kontekście. Językiem słow i pojeć wyraziłem powyższą myśl obarczoną moim subiektywnym punktem widzenia , czy można to zapisać wzorem ?
Pozdrawiam

Obrazek użytkownika tsole

05-09-2013 [06:53] - tsole | Link:

Myślę podobnie - tak to wyraziłem w opowiadaniu „Muzyka Sfer Niebieskich”:
Och wy, fizycy! Wasza zarozumiałość doprawdy mnie rozbawia. Choć, jeśli się tak dokładnie przyjrzeć waszej działalności - jak to nazywacie? poznawczej? - ogarnia przerażenie. Przecież zachowujecie się jak złodzieje! Zamykając Rzeczywistość i jej różnorodne byty do klatki równań, teorii, cech statystycznych, okradacie je z istoty w nich tkwiącej! Traktujecie je instrumentalnie. Bez drżenia, czy choćby cienia zachwytu, za to z beznamiętnością mikroskopu i komputera zbliżacie się do nich, obdzieracie je z ich Tajemnicy, pozbawiacie znaczenia, sensu... Dla większości z was są to jedynie rzeczy, do których podchodzić z szacunkiem może jedynie wariat lub w ostateczności dziwak.
Ot, całe wasze bóstwo: cywilizacja naukowo-techniczna. Badanie świata ograniczone jedynie do mierzenia rozciągłości i ruchu. Do tego przecież sprowadza się wasze myślenie! Nie do tego, by wniknąć w istotę rzeczy, wejść w przestrzeń jej Tajemnicy; wszak tylko Nią dotknięci odczuwamy sens bytu. Ale do tego, by określić ich położenie i pęd! Jakby te cechy właśnie stanowiły o istocie rzeczy! Jakby to one określały ich sens!
Mówiłeś przed chwilą, że lubisz patrzeć w niebo. Znasz tajniki astrofizyki... powiedz zatem, czy to skład chemiczny materii międzygwiazdowej, czy typy widmowe gwiazd, czy też może ich lokacja na diagramie Hertzsprunga-Russella wywołują u ciebie - gdy tak obcujesz z niebem leżąc w trawie, owo wrażenie, które wzbudza w tobie lęk i jednocześnie tak pociąga? Powiedz: co ci mówi więcej o istocie Wszechświata: astrofizyka z kosmochemią i kosmologią razem wzięte, czy też owa niezapomniana chwila sam na sam z rozgwieżdżonym niebem?
Siedzisz w ogrodzie, wąchasz różę. Wokół pracują pszczoły. Z oddali dochodzi łoskot fal rozbijających się o skaliste nadbrzeże. Udziela ci się kojący nastrój tego miejsca. Jest ci dobrze. Dobrze, bo spokojnie. Bo nie musisz nigdzie pędzić. Bo nie ucieknie ci samolot. Nie zamkną sklepów. Nie pogoni szef. Czy do tego stanu, w którym jest ci tak dobrze, nieodzowny jest skład chemiczny substancji aromatycznych róży? równania opisujące trajektorię lotu pszczół? analiza fourierowska łoskotu fal morskich?

Obrazek użytkownika Ptr

05-09-2013 [22:10] - Ptr | Link:

gdyż chciałoby się , aby wielka synteza wszystkich teorii zaprowadziła nas nie na krańce wszechświata, jak czyni dzisiaj, ale do naszej prozaicznej rzeczywistości. Abyśmy mogli spojrzeć na codzienność w inny sposób i powiedzieć sobie - wcześniej widziałem to , a nie rozumiałem ( jakbym nie widział), teraz rozumiem. To naprawdę coś zmieniło, nie tylko wokół mnie , ale we mnie.

Obrazek użytkownika tsole

06-09-2013 [18:52] - tsole | Link:

Teraz widzimy jakby w zwierciadle, niejasno;
wtedy zaś [zobaczymy] twarzą w twarz.