„Maždaug prieš šešiasdešimt metų garsus amerikiečių fizikas Richardas Feynmanas Kornelio universitete skaitė paskaitų ciklą, skirtą plačiajai auditorijai. Jose jis pastebėjo, kad buvo laikas, kai, remiantis laikraščių pranešimais, reliatyvumo teoriją suprato ne daugiau kaip dvylika žmonių visame pasaulyje. Feynmanas abejojo, ar tai iš tikrųjų tiesa, bet tvirtino: niekas nesupranta kvantinės teorijos.“ (Šioje filmo įrašo vietoje girdisi garsus juokas.) Šis sakinys nuo to laiko buvo dažnai ir noriai cituojamas, siekiant parodyti tariamą šios teorijos nesuprantamumą. Šio tomo pavadinimas taip pat remiasi šia idėja.
Žinoma, sunku įsivaizduoti, kad mokslininkai šimtą metų sėkmingai taikė šią teoriją jos nesuprasdami. Ir taip nėra. Kaip aiškina Feynmanas, jo teiginys tik išreiškia neįmanomumą suvokti teorijos iš anksto nusistovėjusioje sistemoje ir naudoti klasikinės fizikos vaizdinius. Dėl šios priežasties jis apibūdina teoriją aiškiai, nebandydamas griebtis analogijos su pažįstamomis sąvokomis.
Atrodo, kad mūsų autoriai taip pat laikosi šio požiūrio. Priešingai nei teigiama jų knygos pavadinime, pratarmėje jie teigia: Kvantinė fizika jokiu būdu nėra nesuprantama. Šie autoriai, kurie asmeniniame gyvenime taip pat yra pora, yra Frankas Verstraete, Gento universiteto profesorius, ir Céline Broeckaert, belgų aktorė, autorė ir menininkė. Antrojo autoriaus užduotis tikriausiai pirmiausia buvo išversti galbūt gana sausą vyro autoriaus diskusiją į ryškesnę ir paprastesnę kalbą. Tačiau dar reikia išsiaiškinti, ar tokie sakiniai kaip šis yra tikrai naudingi: „Žvaigždėtą naktį, kažkur tarp idiliškos Pizos kiparisų medžių, Galilėjus sustiprino įtarimą, kad jam gali padėti tik matematika.“ „Sėdėdamas šalia pasvirusio bokšto, jis svajingai žvelgė pro savo ne mažiau revoliucinį išradimą – teleskopą.“ Be to, Galilėjus neišrado teleskopo, bet buvo pirmasis, kuris jį nuosekliai naudojo astronominiams stebėjimams – ir jis tai padarė Venecijos Respublikoje.
Apskritai abu autoriai nėra labai tikslūs savo istorinėse pastabose. Pavyzdžiui, jie teigia, kad Werneris Heisenbergas, prieš šimtą metų viešėjęs Helgolande, baigė straipsnį, kuriame priėjo prie to paties rezultato, kaip ir Erwinas Schrödingeris savo darbe – tik Schrödingeris tuo metu net nebuvo parašęs savo darbo. Su nuostaba taip pat skaitome, kad radijo imtuvai jau buvo konstruojami Maksvelo laikais (1873 m.).
Autoriai savo diskusiją pradeda aprašymu apie savo flamandų tautiečio Simono Stevino, kuris neteisingai stovi Galilėjaus šešėlyje, pasiekimus. Jau 1586 m. Stevinas, atlikdamas eksperimentus su objektais, numestais nuo Naujosios bažnyčios bokšto Briugėje, sugebėjo įrodyti, kad skirtingo svorio objektai krenta tuo pačiu greičiu. Tačiau ar tai iš tikrųjų nušvietė protą ir suformavo jį taip, kad tai tiesiogiai lėmė kvantinės teorijos gimimą, kaip teigiama, nėra visiškai įtikinama.
Pagrindinė kliūtis suprasti kvantinę teoriją yra kvantinės mechanikos būsenos, apibūdinančios kiekvieną sistemą mikropasaulyje ir, tikėtina, už jo ribų. Tai banginės funkcijos, kurios turi savybę, kad bet kokia šių funkcijų superpozicija taip pat gali apibūdinti sistemą. Gerai žinomas Šriodingerio katės, egzistuojančios keistoje tarpinėje būsenoje – gyvos ir mirusios, – mintinis eksperimentas iliustruoja pasekmes, kylančias, kai šis superpozicijos principas išplečiamas iš mikropasaulio į makropasaulį. [1]
Tokie pavyzdžiai vis dar įžiebia kartais karštas diskusijas tarp ekspertų apie teisingą kvantinės teorijos interpretaciją – priešingai nei grynai aprašomasis Feynmano požiūris. Autoriai čia vadovaujasi perspektyva, kuri buvo ypač paplitusi ankstyvaisiais teorijos metais, kurią propagavo Heisenbergas ir Nielsas Bohras. Būtent tada banginė funkcija nustojo apibūdinti realią būseną, o veikiau informaciją, gautą po matavimo. Bet kodėl formalizmas, kuris sėkmingai apibūdina, pavyzdžiui, eksperimentiškai stebimą makromolekulės būsenų superpoziciją, neturėtų atspindėti realybės? Tiesą sakant, tokia realistinė interpretacija dabar įgauna didelį populiarumą – nors akivaizdu, kad tai turi būti nelokali realybė su (Einšteino žodžiais tariant) „baisiu veiksmu per atstumą“. Kvantinių sistemų sąveika veda prie sistemų susipynimo, kuris gali išlikti net ir per savavališkus atstumus, pavyzdžiui, per kelis šimtus kilometrų kvantinėje erdvėje. kriptografijos eksperimentai. Net keistų superpozicijų nepastebėjimas, kaip Šriodingerio katės eksperimente, gali būti paaiškintas susietumu – konkrečiai, susietumu su nepastebėtais sąveikaujančios aplinkos laisvės laipsniais (klaidingai vadinamais „triukšmas“ knygoje).
Knygos stipriosios pusės slypi srityse, susijusiose su Gento profesoriaus tyrimų sritimi. Skaitytojai sužino, kas laiko kietuosius kūnus kartu, kaip kvantinė teorija yra pagrindinių chemijos dėsnių pagrindas ir kokį svarbų vaidmenį ši teorija atlieka kasdieniame gyvenime – nuo išmaniųjų telefonų lustų iki MRT tyrimų medicinoje. Žinoma, taip pat aptariami visur esantys kvantiniai kompiuteriai, kurių veikimas pagrįstas susietumu. Kalbant apie matematinę pusę, knyga atskleidžia didžiulę simetrijos (ir jos laužymo) svarbą fizikoje.
Taigi, ar suprasite kvantinę teoriją perskaitę šią knygą? Tikriausiai ne. Tačiau jus gali užkrėsti autorių entuziazmas ir sudominti noras skaityti daugiau. Kodėl gi nepradėjus nuo filmuotų Feynmano paskaitų? Kaip pabrėžia fizikas, jokių išankstinių žinių nereikia – išskyrus anglų kalbą.
Frank Verstraete ir Céline Broeckaert: „Kodėl niekas nesupranta kvantinės teorijos“. Tačiau kiekvienas turėtų apie ją ką nors žinoti.
C.H. „Beck Verlag“, Miunchenas, 2025. 351 puslapis, iliustracijos, kieti viršeliai, 28,00 €.“ [2]
1. Kvantinės mechanikos supratimą pirmiausia apsunkina kvantinių būsenų, kurias vaizduoja banginės funkcijos (Ψcap psi), prigimtis ir superpozicijos principas.
Pagrindinės priežastys, kodėl tai kelia sunkumų supratimui:
• Nesuderinamų būsenų superpozicija: Banginės funkcijos leidžia sistemai egzistuoti kelių, iš pažiūros skirtingų ir netgi prieštaringų fizinių būsenų superpozicijoje vienu metu.
• Matavimo problema: Nors teorija matematiškai apibūdina sistemas kaip esančias superpozicijose (pvz., dalelė vienu metu dviejose vietose), matavimai visada duoda vieną, apibrėžtą rezultatą. Šis prieštaravimas – kad teorija numato superpoziciją, bet mes stebime vieną būseną – yra pagrindinė „matavimo problemos“ dalis.
• Neintuityvus pobūdis: Skirtingai nuo klasikinės fizikos, kvantinė mechanika nagrinėja tikimybes, o ne tikrumus. Banginė funkcija reiškia tikimybės amplitudę, o ne tiesioginį, apčiuopiamą ar „lokalizuojamą“ fizinį objektą, kol jis neišmatuojamas.
• Banginės funkcijos negalima stebėti: Pati banginė funkcija yra kompleksinių verčių matematinis vienetas, kurio negalima tiesiogiai stebėti ar nubraižyti, todėl sunku susiję su kasdiene, fizine patirtimi.
• Analogijos nesėkmė: standartinės, kasdienės intuicijos apie, tarkime, dalelės buvimą tam tikroje vietoje tam tikru laiku yra visiškai užginčytos, nes banginė funkcija neegzistuoja įprastoje fizinėje erdvėje, o abstraktesnėje, daugiamatėje erdvėje.
Iš esmės, nors matematinis superpozicinių banginių funkcijų formalizmas pateikia neįtikėtinai tikslias prognozes (pvz., interferencijos modelį dvigubo plyšio eksperimente), jis neatitinka mūsų patirties apie vienalytę, apibrėžtą realybę.
2. Zustände, die die Welt bedeuten: Frank Verstraete und Céline Broeckaert wagen eine einfache Erklärung der Quantenmechanik. Frankfurter Allgemeine Zeitung; Frankfurt. 12 Nov 2025: 10. CLAUS KIEFER
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą