Undeva, într-un colț al Twitter-ului, în urmă cu câteva zile a avut loc o discuție aprinsă între un filozof și un fizician despre existența electronilor. Filozoful, Philip Goff. Fiziciana, Sabine Hossenfelder. Conversația, pe alocuri destul de dură, este răspândită în mai multe fire de discuție, dar esența este aici.
Pe scurt, „bătălia” conține următoarele puncte de vedere:
- Goff spune: „Nu putem observa electronii, dar aceștia sunt parte dintr-o explicație teoretică bună cu privire la ce observăm”.
- Hossenfelder spune: „Noi (n.n. fizicienii) nu folosim niciodată presupunerea că „electronii există” pentru a explica datele. Când spunem că electronii există, vrem să spunem că un anume set de postulate matematice se dovedesc utile pentru a descrie observațiile”.
În original:
- We can't observe electrons, but they're part of a good theoretical explanation of what we can observe.
- We do not ever use the assumption "electrons exist" to explain data. When we say that electrons exist we mean that a certain set of mathematical assumptions turns out to be good to describe observations.
Philip Goff versus Sabine Hossenfelder
Imaginile sunt preluate de pe conturile de Twitter ale celor doi.
Cine are dreptate?
Se poate discuta mult pe această temă. Se poate vorbi despre „realiști” versus „instrumentaliști”, de pildă, dar cred că subiectul se poate aborda și mai direct și într-o manieră mai inteligibilă.
În esență, discuția este despre cu ce se ocupă știința: ne spune ceva despre realitatea ultimă a lumii sau este doar un instrument de predicție a fenomenelor observate.
→ Acest subiect este discutat în detaliu în capitolul 6 (În fapt, nu există realitate obiectivă) din cartea pe care am publicat-o acest an: „Călătorie la granițele gândirii. De ce marile mistere ale universului nu pot fi rezolvate”, care poate fi citită integral pe site, aici.
Sigur, la prima vedere, tendința este, cred, să spunem că electronii există. La urma urmelor despre ce vorbim atunci când menționăm experimentul lui J.J. Thomson? Fizicianul englez a efectuat o serie de experimente cu tuburi catodice, la acea dată (1897) razele catodice fiind un mister asupra căruia mulţi fizicieni se aplecaseră deja. În urma acestor experimente J.J.Thomson a tras concluzia că radiaţia emisă de catod este formată din „corpusculi”, observând faptul că aceasta putea fi deviată de un câmp electric. „Descoperise” electronii! Termenul de „electron” va fi folosit pentru a desemna aceşti „corpusculi” mai târziu (din 1891), deşi conceptul fusese introdus deja de fizicianul irlandez George Johnstone Stoney, care făcuse referire la „unitatea fundamentală ce constituie electricitatea”. Tot Stoney va fi acela care va introduce şi termenul „electron”.
Despre particule tot vorbim, cu presupunerea aparentă că acestea sunt entități clare, care... există. De pildă, în anul 2012 am vorbit despre descoperirea particulei Higgs, care are un rol fundamental în mecanismul prin care particulele elementare obțin masă.
→ Citește și: Cum ajung particulele elementare să aibă masă?
Prin urmare, putem descoperi ceva ce nu există? Pare absurd, nu? Dar lucrurile sunt un pic mai complicate... Trebuie să discutăm despre lucrul la care ne referim atunci când menționăm că o particulă există.
Nu o intru în explicații detaliate; le puteți citi în carte. Ce am spun însă este că atunci când vorbim despre „lucruri”, particule elementare precum electronul sau nu, nu vorbim despre esența lor ultimă, ci despre „proprietăți”. Și este valabil indiferent dacă vorbim despre lucruri macroscopice, pe care le observăm cu propriile simțuri (cum ar fi un scaun), sau despre lucruri microscopice (cum ar fi un electron).
Prin urmare, atunci când vorbim despre electron, vorbim, în fapt, despre anumite proprietăți pe care le-am calculat și observat în diverse experimente, precum faptul că are sarcină negativă, că ar fi și particulă și undă (se comportă ca atare), că are spin 1/2 șamd.
Dar dacă descriem, prin proprietățile identificate, un lucru, nu înseamnă că acel lucru există? Deși poate părea paradoxal, nu neapărat...
O idee fundamentală de care sunt convins este că nu putem vorbi despre natura ultimă a lumii în niciun fel. De ce? Pentru că pur și simplu mintea umană nu se descurcă cu astfel de lucruri. Plus alte dificultăți. Despre este, în fapt, toată cartea: câte lucruri fundamentale nu le vom clarifica niciodată și de ce.
O altă idee fundamentală este că lumea (ne) apare în funcție de cum o sondăm. Folosim lumină vizibilă și ochi umani, vom avea un măr roșu. Așadar, sondând un măr prin intermediul luminii, aflăm unele proprietăți ale mărului (culoare, dimensiune, formă etc.), dar nu aflăm totul despre măr, orice ar însemna asta... Lucrurile ne apar în raport cu modul în care le sondăm.
Folosim telescoape în registrul vizibil al luminii, vom vedea reflecții ale obiectelor în acest spectru. Captăm lumină din alt spectru, în afara celui vizibil, vom avea altă imagine a unui obiect.
→ Vezi cum arată Soarele sau universul în diverse lungi de undă
Probabil că un exemplu bun cu privire la ideea că în funcție de cum privim avem un obiect sau altul este cel referitor la structura unui proton.
Să revenim la electron. De ce nu putem fi siguri că nu există? Pentru că nu avem acces la realitatea acestuia. Nu știm ce e acel lucru pe care-l identificăm în experimentele noastre și-l numim „electron”. Poate e un fel de punct de... ceva, dar poate e parte din ceva mai mare, cum ar fi un câmp cuantic ce vibrează și produce ceea ce noi numim „electroni”. În fapt, așa spune teoria câmpurilor cuantice, cea mai de succes teorie în ce privește explicarea aspectelor fundamentale ale lumii.
→ Citește o Introducere în teoria câmpurilor cuantice
În urmă cu câțiva ani o imagine neclară albastră (cea de mai sus) a făcut senzație: „cercetătorii au reușit să fotografieze un electron!”. Am aflat în fine cum arată un electron? Un electron, particulă elementară, nu arată nicicum, până când cineva nu se străduiește să-l privească. Iar în funcție de metoda de observare, acesta va arăta într-un fel sau altul.
Un electron nu poate fi văzut direct de aparatul vizual al omului. Ne trebuie instrumente ajutătoare, care sunt construite pentru a capta un anumit tip de semnal, după ce interacționăm cu electronul. În urma acestei interacțiuni și în funcție de tipul de informație pe care-l captăm și interpretăm cu ajutorul mașinilor noastre - vom avea o imagine a unui electron. Arată electronul așa în realitate? Întrebarea nu are sens.
Bun, dar ceva există totuși, nu? O fi un punct, o fi o vibrație dintr-un câmp cuantic, o fi altceva, dar ceva e?
În principiu, răspunsul ar trebui să fie „DA!”, ceva este, pentru că-l identificăm în experimente, ne lovim de el... Dar pentru că nu putem delimita acel „ceva” și nu suntem nici măcar siguri că proprietățile pe care le-am identificat sunt singurele avute și complet definitorii pentru acel „ceva”, nu prea avem despre ce vorbi în mod clar...
Din punctul meu de vedere, Sabine este un pic „mai filozof” decât filozoful, pentru că înțelege foarte bine natura instrumentală a fizicii.
Cel mai probabil, un fizician înțelege, cu durere și dezamăgire, faptul că fizica este doar un model uman de descriere a lumii, fără mare legătură însă cu ce se întâmplă în univers, atunci când se străduiește să înțeleagă exact ce se întâmplă, atunci când încearcă să vadă ce este dincolo de ecuații și teorii. Iar într-o zi ești obligat să admiți că nu poți vorbi despre ce este „dincolo”, că realitatea lumii este un mister, iar fizica, precum întreaga știință, este o metodă omenească de a interpreta obiectul observațiilor.
Revenind la filozof, Philip Goff, trebuie spus clar că acesta nu spune că el crede că electronii există, ci că „sunt parte dintr-o explicație teoretică bună”. În fapt, citind dialogul dintre cei doi, cred că nu s-au înțeles prea bine unul pe altul, deși punctele lor de vedere sunt totuși apropiate.
La urma urmelor, chiar știind că nu poți spune că un electron „există”, trebuie să vorbești despre electroni, iar simpla mențiune sugerează că ar exista, chiar dacă în mintea vorbitorului acest aspect nu este asumat.
Aceasta este, dacă vreți, „tragedia” fizicii moderne, aceea de a vorbi despre lume ca și când entitățile pe care le include în discurs ar fi unele independente, clar delimitate, cu toate proprietățile în mod clar identificate, deși, în fapt, fizica este doar un instrument de sondare a lumii și predicție a unor fenomene.
