"Einsteini lõpetamata revolutsioon", autor Lee Smolin
(Pilt: © Penguin Press)
Kvantmehaanika on väljakujunenud teadus. Juhtum suletud ja tänan teid väga - või nii paljud vaidleksid.
Tänu 1920ndate teerajaja tööle usuvad paljud inimesed, et me teame nüüd kõike, mida me kunagi vajame teadmiseks aatomi või alaatomilisel skaalal toimuva liikumise kohta. Taani füüsiku Niels Bohri ja tema järgijate sõnul võime kinnitada kas aatomi osakese täpset asukohta või selle trajektoori, kuid me ei saa mõlemat korraga teha. Selline ennustus võib olla ainult tõenäoline, mitte kunagi täpne.
Kanadas Waterloos asuva Perimeetri Teoreetilise Füüsika Instituudi teoreetiline füüsik Lee Smolin on kogu oma karjääri veetnud selle vaate väljakutsetele. Smolin leiab, et Bohri triumf on näide karismist, mis lämmatab õigustatud eriarvamused, isegi sellistest silmapaistvatest teisitimõtlejatest nagu Albert Einstein ja Erwin Schrödinger.
Täna, Smolin, järgides Albert Einsteini jälgedes ja jätkates pikka füüsikat, mis hõlmab ka teisi füüsikuid, sealhulgas David Bohmi, püüab teooria kvantfüüsika "täielikuks" viimiseks, võimaldades täpseid kirjeldusi ja mitte hägusaid tõenäosusi. Smolin omab "realistlikku" vaatenurka, vastupidiselt Bohri ja tema aktsüütide "antirealistlikule" vaatele. Smolin tutvustab oma vaatenurka "Einsteini lõpetamata revolutsioon"(Penguin Press, aprill 2019). Space.com jõudis koos Smoliniga arutada raamatut, kuidas uued ideed muutuvad teaduses domineerivaks ja millised on ta praeguseni.
Space.com: Mis vahe on realistlikul ja antirealistlikul lähenemisel? kvantmehaanika?
Lee Smolin: Minu jaoks on erinevus kvantnähtuste realistide ja nende vahel, kes pole realistid, realistina usute, et realistina on olemas täielik lugu ja seal on täielik kirjeldus, mille abil suudame saavutada ükskõik millise aatomiprotsessi, mis tahes tuumaprotsessist, kõigest, mis toimub subatomilises maailmas. Kvantmehaanika ei kirjelda nii täielikku kirjeldust iga protsessi kohta eraldi ja seetõttu ei saa see olla täielik. Peame leidma sügavama teooria sellest kaugemale. Kvantmehaanika on samm mõistmise suunas subatomaatiline füüsika, kuid see pole veel viimane samm. Seega on tööülesanne sügavamale minna ja leiutada või avastada parem teooria, mis annab täieliku kirjelduse.
Kui olete see, mida me nimetame antirealistiks, siis arvate, et kvantmehaanika, nagu see 1920. aastatel kirjas oli, võib-olla lõplik teooria ja puudub motivatsioon sügavamale vaadata.
Space.com: Te nimetate inimesi, kes otsivad kvantteooria lõpuleviimist, kui "naiivseid realiste", kuna nende vaated ei vaja keerulisi põhjendusi. Kas saate seda terminit täpsustada?
Smolin: Naiivne tähendab tegelikult keerulist. Naiivne tähendab seda, et olete kuulnud kõiki põhilisi vastuväiteid ideele, et saame anda täieliku kirjelduse maailmast, nagu see on, ja lükata need ümber ning pidada seda meie eesmärgiks looduse täielikuks mõistmiseks ja justkui poleks meid siin. Teadus on looduse kirjeldus, mis peaks olema objektiivne, mitte meie eksperimentide ega ideede ega uskumuste poolt peale surutud.
Space.com: kas "naiivsus" tähendab uutele ideedele ja veendumustele täiesti avatud olemist?
Smolin: Kas täiesti avatud? Ei. Inimesed unustavad, et füüsikal, nagu igal teadusel, on ajalugu ja traditsioon. Tehke selline lihtne idee nagu hoog, mida tuleks mõista kogu arutelus alates 16. ja 17. sajandist inertsuse põhimõtte, relatiivsuse põhimõtte jne kohta. Te ei saa sellist mõistet nagu hoog lahti seletada, ilma et oleksite selle kontseptsiooni ajalukku sukeldunud.
Space.com: teie raamat on selge ja selge ja arusaadav erineva taustateadmisega inimestele. Milline on teie kirjutamisprotsess?
Smolin: Miks, aitäh! Võtan seda komplimendina. Mul on palju kogemusi ja palju praktikat tänapäevase füüsika õpetamiseks teadlastele. Erinevates ülikoolides õpetasin sageli kursusi "füüsika humanitaarteaduste jaoks" või "füüsika luuletajatele". Nii et mul on palju kogemusi erinevate pedagoogiliste strateegiate lihvimisel, mida kasutada kvantfüüsika või relatiivsusteooria õpetamisel inimestele.
Sellisel raamatul on korraga mitu vaatajaskonda. Pöördun ekspertide ja kolleegide poole, kuid peamiselt pöördun ma võhikute poole. Ja esimene võhik, kellel on tähtsus, on toimetaja. Ma nõuan alati, et töötaksin koos toimetajaga, kellel on kirjanduse või humanitaarteaduste või ajaloo kraad - mitte teaduskraad. Samuti on mul mitu testilugejat, kellel pole loodusteaduste haridust. Nad kõik lükkasid mind raamatut täpsustama, täpsustama, selgitama ja vajadusel ümber kirjutama. See konkreetne raamat läbis kolm täielikku ümberkirjutamist. Niiöelda söögitubade põrandale ei jäänud midagi. Kogu esimene mustand oli täielikult maha jäetud ja ümber kujundatud ning tulemus oli minu arvates palju parem raamat.
Space.com: Arvestades, et see oli mitu korda täielikult ümber kirjutatud, siis kui kaua võttis raamatu kirjutamine aega?
Smolin: Kirjutamine pole minu päevatöö; minu päevatöö on teoreetiline füüsik. Kuid vabal ajal, niiöelda umbes kolm aastat. Möödub kuu või kuus nädalat, kui tegelen peamiselt raamatu kallal, ja siis möödub kuus kuud, siis mõtlen ja mõtlen sellele ning sukeldusin siis jälle kolmeks nädalaks või kuuks. Nii oli see kolme aasta jooksul.
Space.com: Teie raamat kirjeldab kvantfüüsika ajalugu 20. sajandi alguses. Miks sai domineerivaks vaatepildiks Niels Bohri vallandatud antirealistlik kvantrevolutsioon - ühe silmapilguga?
Smolin: Oli kaks asja, mis tegutsesid üheaegselt. Üks neist ja kõige olulisem oli hämmastav eksperimentaalne edu. Inimkond läks vähem kui 30 aasta jooksul pärast leppimist mõttega, et mateeria koosneb aatomitest, aatomifüüsika täielikuks teooriaks. Ja see töötas sisuliselt selleks, et selgitada spektrit [värvide vikerkaar, mis saadakse valguse komponentide eraldamisel nende lainepikkuse järgi], jõudusid, keemilisi ühendeid - kõike! Siis väga kiiresti, tuumafüüsika, osakestefüüsika, kuidas tähed töötavad - astrofüüsika.
Niisiis, eksperimentaalne edu oli jahmatav ja kiire. Selle järgi mõõdetuna leidsid erimeelsused isegi sellised inimesed nagu Einstein, Schrödinger ja de Broglie, kes ütlesid: "Oodake hetk! Sihtasutused on jama!" Kõik selle sai vaiba alla pühkida.
See oli esimene asi. Teine asi on Niels Bohri prestiiž ja karisma, millele ta toetas Taani valitsust ja Carlsbergi õllefirmat, rajada keskus, kus kõik tuli tema kaudu. Tema väga hüpnootiline, karismaatiline isiksus võis mõjutada hirmsast sõjast [I maailmasõda] väljuva põlvkonna inimeste mõtteid. Nii et see on hunnik erinevaid asju korraga.
Space.com: Ja muud teooriad ei suutnud edasi liikuda.
On hämmastav, et de Broglie pilootlainete teooria - isegi kui seda võisid võidelda Einstein, de Broglie ja omamoodi Schrödinger - ei avaldanud mingit mõju, hoolimata asjaolust, et need ei olnud kehad. Need olid Nobeli preemiaga maailmakuulsad inimesed, kes olid teinud suuri teadusi, kuid nende eriarvamusi võis sellegipoolest mitu põlvkonda ignoreerida.
[Pilootlainete teooria, mille Louis de Broglie töötas välja 1920. aastatel ja David Bohm laiendas seda 1950. aastatel, kinnitab, et elektronid hõlmavad nii osakesi kui ka laineid ja et osakesed liiguvad suunas, mis lained neid suunavad. See on deterministlik, mitte tõenäoline.]
Arvan, et lõppkokkuvõttes on teadlased inimesed ja meid mõjutavad igasugused asjad, alateadlikust eelarvamustest ambitsioonideni ja lõpetades sotsiaalsete jõududega. Kvantmehaanika ajaloost saab lugu, mida tasub mõelda, kuid see pole sugugi ebatavaline lugu.
Space.com: Kuidas on teie kaaslased teie raamatule reageerinud?
Smolin: Siiani pole midagi üllatavat olnud. Minu vaated on füüsikute kogukonnas hästi tuntud. Kui provokatiivne see raamatu siseselt võib tunduda, pole ühtegi arutelu, mida füüsikute seas pole eriti põhjalikult arutatud.
Ainus, mis on uus, on paar viimast peatükki. Ma võtsin suure riski, et panin oma praeguse töö lauale.
Space.com: palun kirjeldage oma praegust tööd.
Smolin: Kõige olulisem, mida ma oma uues töös teen, on mittelooduse rolli tõsine võtmine. [Mittelokalisus viitab objektide võimele mõjutada teiste objektide toiminguid, mis asuvad ruumis ja ajas väga kaugel.] Kui soovite kirjeldada realistlikku, täielikku kirjeldust sellest, mis toimub, kui teil on kaks või enam osakest, mis on suhelnud ja on see, mida me nimetame "takerdunuks", võib see, kuidas te ühe osakesega manipuleerite, mõjutada teisi, isegi kui nad asuvad üksteisest väga kaugel. Ja see tähendab, et peate võtma tõsiselt, et mõjutusi ei piiraks mõte, et asjad mõjutavad ainult seda, mis on neile lähedal.
Niisiis, ma võtan seda tõsiselt ja proovin luua teooria, milles need kvantpöördumised on põhilised ja kosmose mõiste tekkiv. Ruumi pole olemas; saame ruumi tekkiva, ligikaudse kirjelduse samamoodi, nagu gaasi kirjeldamiseks kasutame rõhku ja temperatuuri.
Ma pole kaugeltki ainus inimene, kes seda teooriat proovib arendada. Idee, et takerdumisest võib tekkida kosmos, on vana idee, mis nõuab inimestelt uut tõmmet Roger Penrose. Minu teooria on, et ruum võib tekkida, kuid see aeg on põhiline ja põhjuslikkus on fundamentaalne. See on seisukoht, millega paljud inimesed nõustuksid ja paljud inimesed ei nõustuks.
Space.com: Mis on selline teoreetilise töö lõppeesmärk?
Smolin: Idee on välja töötada ja leiutada teooria, millest saaks järeldada ennustusi, mida katsed testivad. Enamik tõsiseid inimesi ei võta teoreetilist ettepanekut tõsiselt, välja arvatud juhul, kui sellega on kaasas viis katsetada, vähemalt põhimõtteliselt, kui mitte kohe praktikas. Ilma eksperimenteerimiseta on teoreetikul lihtsalt nii lihtne rääkida ilusast matemaatikast, mis on vale ja millel pole loodusega mingit pistmist. Ideede kustutamiseks ja võimaluste kitsendamiseks vajame eksperimente.
Ainult viimane või kaks põlvkonda on olukorras, kus teooriaid on raske katsetada. Nii et teil võib olla terve põlvkonna töö, näiteks osakestefüüsika mudelitega, mis lähevad tavamudelist kaugemale ja neid ei katsetata. See on ebaharilik ja iseloomustab kahjuks meie perioodi.
Paljud inimesed, kes on tõsise teoreetilise füüsika alal tõsised, teevad väga kõvasti tööd, et kiusata ja leiutada ettepanekuid, mis on praegu kontrollitavad. Minu versioon mittelokaalsusest ennustab, et kvantmõjud on osaliselt tingitud asjaolust, et aatomid on väga sarnased suure hulga aatomitega universumis. Kui me suudaksime luua ainulaadse kvantisüsteemi - millel ei oleks kuskil vaadeldud universumis täielikke koopiaid -, see ei alluks kvantmehaanikale, siis alluks see mõnevõrra erinevale võrrandile, mille ma tuletasin. See on peaaegu lävel, mida kvantmehaanika eksperimentaalsed laborid saavad nüüd katsetada.
Seda artiklit on selguse huvides redigeeritud ja lühendatud. Sa saad osta "Einsteini lõpetamata revolutsioon" Amazon.com-ist.
- Need "õudsed" takerdunud aatomid tõid lihtsalt kvantarvuti ühe sammu lähemale
- Muistsed kvaasarid pakuvad kvantiteedi takerdumiseks uskumatuid tõendeid
- Miks ei saa kvantmehaanika seletada raskust? (Op-toim)
