De la certitudine la incertitudine. Coperta A noua parte a traducerii cărţii lui David Peat conţine o paralelă între postmodernismul care înlocuieşte caracterul obiectiv al operei în literatura modernă şi trecerea de la un Univers mecanicist la incertitudinea cuantică în fizica începutului de secol XX.

 

 

 

 

 

Realitatea în mecanica cuantică (8)

 

REALITATEA POSTMODERNĂ

 

Pauli a vorbit despre necesitatea ca fizica să abordeze domeniul nivelurilor subiective ale materiei şi să accepte iraţionalitatea intrinsecă a naturii. Era ca şi cum în primele decenii ale secolului al XX-lea fizica anticipa curentul care avea să devină cunoscut sub numele de „postmodernism” ori ceea ce se numeşte „moartea autorului”.

Critica literară acreditase în trecut ideea că o carte ori un poem posedau un caracter obiectiv; cartea reda întocmai semnificaţiile gândite de autor, iar cititorului îi revenea responsabilitatea de a le pătrunde pe parcursul lecturii. Atunci când citim la şcoală o piesă de Shakespeare ori analizăm un poem al lui Milton, ni se spune să descifrăm diversele imagini, metafore şi figuri de stil care reprezintă adevărate repere spre înţelesurile profunde pe care autorul doreşte să le transmită.

Abordarea postmodernă sugerează că lectura reprezintă mai degrabă un act de creaţie pe parcursul căruia cititorii creează şi generează înţelesul celor studiate pe baza propriilor experienţe şi a lecturilor anterioare. La fel, autorul scrie în contextul întregii istorii a literaturii şi al multiplelor semnificaţii ale limbajului folosit. De aceea el nu mai reprezintă vocea autorităţii supreme, acel „autor unic” ("onlie begetter") . Iar cititorul nu mai este doar receptorul pasiv al informaţiilor ci devine co-participant, dând viaţă textului lecturat.

 



Atunci când Einstein a făcut referire la „bunul Dumnezeu”, el a vrut să trimită la un concept al autorităţii similar celui caracteristic unei perioade mai vechi de timp; adică la cineva asemănător autorului unui roman victorian. Dumnezeu a creat Universul din nimic şi noi, creaţia sa, am putea ajunge să înţelegem modelul dumnezeiesc folosit de divinitate pentru a da viaţă lumii. Un asemenea tipar al creaţiei ar fi fost unul obiectiv şi ar exista independent de gândurile, dorinţele ori cererile noastre. Măsura în care modelul creaţiei rămâne ascuns cercetărilor noastre reprezintă dimensiunea limitelor noastre umane ca cititori ai cărţii divine a genezei.

Bohr şi colegii săi din Copenhaga au adoptat o poziţie mai apropiată de cea a cititorului postmodern. „Proprietăţile” electronului nu există în mod obiectiv şi independent, ci se nasc în urma însuşi actului observării. În absenţa acestuia, altfel spus în absenţa „lecturii” creative, „proprietăţile” unui electron nu pot exista prin ele însele. Aceasta a reprezentat punctul de plecare al rupturii dintre Bohr şi Einstein.

Einstein nu a fost de acord cu ideea hazardului ca factor absolut în teoria mecanicii cuantice, deşi era dispus în ultimă instanţă să recunoască faptul că observarea lumii cuantice perturbă Universul într-o manieră impredictibilă şi că dezintegrarea radioactivă a unui nucleu atomic poate fi complet imprevizibilă. Dar nu a putut renunţa niciodată la credinţa că Universul are o natură intimă bine determinată, precisă. Deşi îl modificăm pe parcursul actului observării, el are totuşi o existenţă independentă, credea Einstein. Asemenea unui text al unui autor din epoca victoriană Universul avea, în opinia lui Einstein, o viaţă de sine stătătoare. Poate că aceasta ne este ascunsă, dar asta nu înseamnă că nu există. Poate că nu cunoaştem proprietăţile unui electron atunci când nu îl studiem, dar acestea continuă să existe. Poate că nu putem şti poziţia unui electron la momentul acesta, dar particula trebuie să descrie o traiectorie între punctele A şi B.

Aşa cum spunea Einstein, cosmosul este format din „elemente independente ale realităţii”. În mod evident, atunci când examinăm această realitate observaţiile noastre perturbă obiectele. Numai că atunci când nu îl cercetăm, când suntem departe de un sistem cuantic, acesta trebuie să fie caracterizat de o realitate cu adevărat obiectivă şi trebuie să posede proprietăţi bine determinate – chiar dacă se întâmplă să nu ştim care sunt acestea.

Acesta era punctul de vedere ferm al lui Einstein. Era credinţa sa fundamentală, conform căreia există o realitate obiectivă în spatele aparenţelor lumii, chiar şi la nivel cuantic. Teoria relativităţii încorporează această idee, arătând că, deşi aparenţele depind de starea de mişcare a observatorului, în spatele acestora rămân legile obiective ale realităţii materiale. În condiţiile în care nu perturbăm Universul, acesta are o existenţă complet independentă de noi. Einstein i-a spus cândva unui coleg de-al său, Abraham Pais, că refuză să creadă că Luna încetează să existe dacă nu ne mai uităm la ea. Iar dacă Bohr avea dreptate, atunci Universul, pentru Einstein, pur şi simplu nu ar mai avea sens.

De-a lungul anilor, Einstein şi Bohr s-au întâlnit să dezbată această idee. Einstein încerca să imagineze situaţii (experimente imaginare) care să confere sens noţiunii sale de realitate independentă. În schimb, Bohr medita pe marginea propunerilor lui Einstein, găsind în cele din urmă slăbiciunile raţionamentelor acestuia.

Aceste „experimente imaginare” nu s-au dorit a fi niciodată puse în practică în condiţii de laborator, ci doar exerciţii mintale folosite pentru a desluşi dacă nu cumva anumite principii fundamentale ale fizicii sunt cumva încălcate. Să luăm de exemplu problema principiului incertitudinii al lui Heisenberg, care afirmă că o pereche de proprietăţi, impulsul (viteza deînmulţit cu masa) şi poziţia, nu pot fi cunoscute în acelaşi timp cu exactitate. O altă incertitudine, asociată celei dintâi, implică perechea timp şi energie. Atunci când fizicienii încearcă să măsoare energia unui sistem cuantic pentru intervale de timp din ce în ce mai mici, valoarea aceasta devine din ce în ce mai incertă. Pentru Bohr această ambiguitate era o proprietate intimă a lumii cuantice, în timp ce pentru Einstein timpul şi energia ori poziţia şi impulsul erau realităţi obiective ale teoriei cuantice. Singura incertitudine, potrivit lui Einstein, consta în neputinţa ori lipsa de ingeniozitate a oamenilor de a măsura proprietăţile obiective ale unor asemenea sisteme.

Când Bohr şi Einstein s-au întâlnit la conferinţa Solvay din 1930, Einstein i-a prezentat lui Bohr un alt experiment imaginar. Să presupunem, a spus acesta, că avem o cutie plină cu material radioactiv prevăzută cu un capac programat să se deschidă şi apoi să se închidă într-o fracţiune de secundă. Intervalul de timp este cunoscut cu mare precizie şi în acest interval o mică parte din energie – un singur foton – iese din cutie. Einstein a anticipat poziţia lui Bohr cu privire la faptul că odată cu micşorarea intervalului de timp creşte incertitudinea legată de cantitatea de energie care părăseşte cutia. Teoria relativităţii speciale a lui Einstein indică faptul că energia şi masa sunt echivalente, aşa cum rezultă din formula E=mc2. De aceea, dacă am cântări cutia înainte de deschiderea şi după închiderea capacului, aceasta va fi mai uşoară la a doua cântărire. Diferenţa de masă dă măsura precisă a cantităţii de energie pierdute. În această manieră s-ar reuşi măsurarea unei cantităţi precise de energie într-un anumit interval de timp. Era punctul la care Einstein considera că a contrazis definitiv pretenţiile lui Bohr privind natura fundamentală a incertitudinii.

Bohr a trebuit să fie la fel de ingenios şi a analizat în detaliu modul în care cutia ar trebui să fie cântărită. El a afirmat că, dacă cutia ar fi montată pe o balanţă cu arc al cărei indicator arată valoarea zero, energia ar scăpa din cutie în momentul în care se deschide capacul şi, în consecinţă, masa cutiei ar scădea foarte puţin, iar aceasta s-ar mişca. Odată cu aceasta se va mişca şi ceasul din interior, deplasându-se prin câmpul gravitaţional al planetei. Teoria relativităţii generalizate a lui Einstein ne spune că ritmul unui ceas se modifică la mişcarea într-un câmp gravitaţional. În acest mod Bohr a putut demonstra că, din cauza schimbării ritmului ceasului, cu cât încercăm să măsurăm mai exact energia (prin intermediul unei modificări a masei cutiei), cu atât mai mare va fi incertitudinea privind intervalul de timp pentru care capacul se deschide. Astfel incertitudinea lui Heisenberg era repusă în drepturi, iar concluzia experimentului imaginar combătută.



Obiecţiile crescânde ale lui Einstein erau mereu dejucate de Bohr. Mai târziu, în 1931, Einstein şi colegii săi Boris Podolsky şi Nathan Rosen (EPR) au crezut că erau în posesia unui exemplu de necombătut. Dacă se consideră un sistem cuantic care este divizat în două părţi egale (să zicem A şi B) şi se transportă cele două jumătăţi în direcţii opuse, ar trebui ca măsurătorile efectuate asupra lui A să nu producă absolut nici un efect asupra îndepărtatului B. Dar, pe baza unor legi fundamentale de conservare (simetriei dintre cele două jumătăţi identice) se pot deduce unele dintre proprietăţile lui B (precum spinul şi viteza), chiar fără observarea directă a acestuia.

Această teză l-a luat prin surprindere pe Bohr „asemenea unui trăsnet venit parcă de niciunde”. A lăsat deoparte toate celelalte activităţi ale sale şi l-a întrebat în repetate rânduri pe foarte apropiatul său coleg Leon Rosenfeld, „Ce poate însemna asta? Înţelegi despre ce este vorba?”. În cele din urmă, şase săptămâni mai târziu, Bohr formula contraargumentele. „Au făcut-o într-un mod ingenios”, comenta Bohr pe marginea articolului EPR, „dar ceea ce contează este să aibă şi dreptate”.1

Până acum cititorul va fi înţeles deja că Bohr era un gânditor foarte subtil. Atât de subtil, de fapt, încât fizicienii se minunează încă şi astăzi pe marginea implicaţiilor unora dintre ideile sale. În special răspunsul pe care l-a formulat la articolul EPR naşte în continuare controverse. Una din pietrele de încercare era stilul abordat de Bohr în scrierile sale. Aşa cum am aflat deja, fizicianul danez credea cu tărie în complementaritate, principiu conform căruia o singură explicaţie nu poate acoperi multitudinea semnificaţiilor unei experienţe, fiind mai degrabă necesare evaluări complementare ori chiar explicaţii paradoxale. Aşa cum spunea vechiul său coleg Leon Rosenfeld, „De fiecare dată când trebuia să consemneze ceva, fiind atât de pătruns de credinţa în complementaritate, simţea că ideea prezentată în prima parte a frazei trebuia cumva corectată de un enunţ contrar în partea finală a argumentaţiei.”2

În cadrul articolului pe care l-am numit aici EPR, Einstein a rămas fidel ideii că trebuie să existe „elemente independente ale realităţii”. A fost de acord cu Bohr în ceea ce priveşte faptul că atunci când se încearcă măsurarea unui sistem cuantic, însuşi actul observării perturbă sistemul. Totuşi, studiind doar o parte a sistemului, A, atunci când cealaltă, B, este localizată foarte departe de A, nici un soi de interacţiune, fie aceasta forţă de natură mecanică ori influenţa vreunui tip de câmp, nu poate interfera cu B.

Bohr a fost de acord cu Einstein în ceea ce priveşte eliminarea oricărei influenţe de natură mecanică asupra sistemului B; totuşi, a susţinut că „procedura de măsurare” are „o influenţă esenţială” asupra însăşi definiţiei variabilelor fizice de măsurat”.3

Cu acest raţionament Bohr simţea că a răspuns tuturor obiecţiilor formulate împotriva „interpretării Copenhaga” a teoriei cuantice. Nu existau „elemente independente ale realităţii”, ci mai degrabă era vorba despre faptul că mecanica cuantică înfăţişa Universul în plenitudinea manifestărilor acestuia. Nu este vorba despre un Univers compus dintr-o serie de elemente cvasi-independente care interacţionează; de fapt ceea ce noi percepem ca fiind elemente ori „părţi” sunt rezultatul dinamicii globale a sistemelor cuantice. Proprietăţile unui sistem nu există, cum se spune, „undeva acolo”, ci capătă substanţă prin intermediul modalităţilor variate în care observăm şi interpretăm un sistem. Aşa cum a subliniat Bohr, intenţia sau pregătirile pentru a efectua o măsurătoare – de exemplu, de a strânge aparatura laolaltă – determină într-o oarecare măsură ce tip de proprietăţi pot fi măsurate. Din acest punct de vedere, deşi nu poate fi vorba despre o interferenţă de natură „mecanică” între B şi aparatura folosită la măsurarea proprietăţilor lui A, totuşi se poate vorbi întotdeauna despre o influenţă, dacă e să folosim termenul ales de Bohr, asupra acelor condiţii care definesc consecinţele şi rezultatele finale.

O contribuţie interesantă la discuţia pe marginea paradoxului EPR a fost adusă de către John Bell care a subliniat faptul că acel caracter complet, plenitudinea cuantică, înseamnă că cele două părţi ale sistemului, A şi B, vor continua să fie „corelate” chiar şi atunci când se află la mare depărtate una de cealaltă. În niciun caz nu se poate spune că A şi B interacţionează; totuşi (în sens larg vorbind) B „ştie” când o măsurătoare este efectuată asupra lui A. Sau mai degrabă ar fi mai bine să zicem că A şi B rămân corelate. Această relaţionare a fost confirmată de experimente de laborator foarte precise.

Bohr simţea că această ultimă demontare a tezei EPR a reprezentat ultima lovitură dată visului lui Einstein privind existenţa unei realităţi independente. În ceea ce-l priveşte, Einstein nu a fost niciodată mulţumit. Cei doi s-au îndepărtat până în punctul în care o comunicare pe teme serioase nu mai era posibilă între ei. Ruptura dintre cei doi simbolizează schimbarea profundă de paradigmă care a intervenit în gândirea ştiinţifică în secolul al XX-lea, o trecere de la cauzalitate la hazard, de la certitudine la incertitudine, de la realitate obiectivă la lectură subiectivă. Este un clivaj rămas în fizica zilelor noastre drept o formă aproape schizofrenică de gândire. Aşa cum spunea fizicianul Basil Hiley, „fizicienii sunt de partea lui Bohr şi îl resping pe Einstein, dar majoritatea sfârşesc prin a refuza să ţină seama de ceea ce credea Bohr cu adevărat şi gândesc încă precum Einstein.”4

____
Note:

  1. Remarcele lui Bohr au fost adresate lui Leon Rosenfeld, John Archibald Wheeler şi Wojcieh Hubert Zurek, cf. Quantum Theory and Measurement (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1983).
  2. Paul Buckley şi F. David Peat, cf. Glimpsing Reality: Ideas in Physics and the Link to Biology (Toronto: University of Toronto Press, 1996).
  3. Dacă cititorul găseşte această frază drept greu de înţeles, este bine de ştiut că aceeaşi confuzie este împărtăşită şi de mari gânditori din domenii ca fizica teoretică şi filozofia ştiinţei.
  4. Basil Hiley în dialog cu autorul.

 

Suspendaţi în limbaj (10)

 


Traducerea este făcută cu acordul autorului şi este protejată de legea drepturilor de autor.


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
Susţine-ne pe Patreon!


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro