{"id":9459,"date":"2024-05-16T19:56:01","date_gmt":"2024-05-16T17:56:01","guid":{"rendered":"http:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=9459"},"modified":"2024-05-16T20:56:35","modified_gmt":"2024-05-16T18:56:35","slug":"czastki-na-fali","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2024\/05\/16\/czastki-na-fali\/","title":{"rendered":"Cz\u0105stki na fali"},"content":{"rendered":"
\n
\"\"
Ludwik de Broglie<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Dominuj\u0105ca interpretacja mechaniki kwantowej opiera si\u0119 na zasadzie „zamknij si\u0119 i licz\u201d. Zaprzecza, by nieobserwowane przez nikogo cz\u0105stki elementarne mia\u0142y jakiekolwiek po\u0142o\u017cenia czy pr\u0119dko\u015bci. Pozwala jedynie \u2013 albo a\u017c \u2013 na niezwykle dok\u0142adne przewidywanie wynik\u00f3w do\u015bwiadcze\u0144. Ten punkt widzenia podwa\u017ca Lee Smolin w ksi\u0105\u017cce „Niedoko\u0144czona rewolucja Einsteina\u201d.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Mechanika kwantowa urodzi\u0142a si\u0119 w b\u00f3lach na pocz\u0105tku XX w. W 1900 r. Max Planck wyja\u015bni\u0142 niewyja\u015bnione dot\u0105d promieniowanie cia\u0142a doskonale czarnego, stosuj\u0105c \u2013 w jego przekonaniu \u2013 przebieg\u0142y, cho\u0107 niemaj\u0105cy wiele wsp\u00f3lnego z rzeczywisto\u015bci\u0105 wybieg matematyczny: za\u0142o\u017cy\u0142, \u017ce energia przekazywana mo\u017ce by\u0107 tylko w dyskretnych pakietach, czyli kwantach.<\/p>\n\n\n\n

Einstein wykorzysta\u0142 to za\u0142o\u017cenie do wyja\u015bnienia efektu fotoelektrycznego, za co otrzyma\u0142 p\u00f3\u017aniej Nobla. Niels Bohr podj\u0105\u0142 pr\u00f3b\u0119 wyt\u0142umaczenia w ten spos\u00f3b budowy atomu. Nowa teoria \u015bwi\u0119ci\u0142a triumfy, odchodz\u0105c jednak od starego, potwierdzonego do\u015bwiadczalnie rozumienia \u015bwiat\u0142a jako fali i przyjmuj\u0105c pewne do\u015b\u0107 absurdalne za\u0142o\u017cenia. Kwant \u015bwiat\u0142a z matematycznej sztuczki umo\u017cliwiaj\u0105cej obliczenia awansowa\u0142 do rangi realnie istniej\u0105cego bytu. Nonsens osi\u0105gn\u0105\u0142 pe\u0142ni\u0119, gdy m\u0142ody doktorant Ludwik (tutaj kilka innych imion) ksi\u0105\u017c\u0119 de Broglie w swym kr\u00f3ciutkim doktoracie zasugerowa\u0142, \u017ce dzia\u0142a to tak\u017ce w drug\u0105 stron\u0119: ka\u017cdej cz\u0105stce elementarnej mo\u017cna przypisa\u0107 pewn\u0105 fal\u0119.<\/p>\n\n\n\n

Tak powsta\u0142 dualizm korpuskularno-falowy. W skr\u00f3cie: ka\u017cda cz\u0105stka jest jednocze\u015bnie fal\u0105, a w\u0142a\u015bciwo\u015bci korpuskularne (cz\u0105steczkowe) b\u0105d\u017a falowe przejawia w zale\u017cno\u015bci od zaplanowanego do\u015bwiadczenia. Niebadana cz\u0105stka nie posiada wi\u0119c w pe\u0142ni w\u0142a\u015bciwo\u015bci cz\u0105steczkowych. Wbrew powszechnemu rozumieniu elektron w tym uj\u0119ciu nie jest ma\u0142\u0105 \u017c\u00f3\u0142t\u0105 pi\u0142eczk\u0105 okr\u0105\u017caj\u0105c\u0105 j\u0105dro zbudowane z nieco wi\u0119kszych czerwonych i niebieskich pi\u0142eczek. Trudno powiedzie\u0107, \u017ce okr\u0105\u017ca on j\u0105dro, poniewa\u017c nie istnieje w \u017cadnym okre\u015blonym miejscu ani nie ma \u017cadnej okre\u015blonej pr\u0119dko\u015bci. Dopiero odpowiednio zaplanowane do\u015bwiadczenie zmusza go do przyj\u0119cia albo po\u0142o\u017cenia, albo pr\u0119dko\u015bci, nigdy tych dw\u00f3ch warto\u015bci jednocze\u015bnie (zabrania tego zasada nieoznaczono\u015bci Heisenberga). Obserwowane po\u0142o\u017cenie czy pr\u0119dko\u015b\u0107 przyjmuj\u0105 wtedy jednak warto\u015bci losowe \u2013 z prawdopodobie\u0144stwem wyznaczanym kwadratem amplitudy funkcji falowej. Nieobserwowany elektron rozp\u0142ywa si\u0119 w przestrzeni.<\/p>\n\n\n\n

Absurd, prawda? Ale wielokrotnie potwierdzony do\u015bwiadczalnie. Pozwalaj\u0105cy przewidzie\u0107 wyniki do\u015bwiadcze\u0144 z udzia\u0142em wielkiej populacji elektron\u00f3w z dok\u0142adno\u015bci\u0105 do 19 miejsc po przecinku. To dzi\u0119ki niemu dzia\u0142a komputer czy telefon, na kt\u00f3rym czytacie Pa\u0144stwo ten tekst.<\/p>\n\n\n\n

Na pytania, co to w\u0142a\u015bciwie znaczy, jak wygl\u0105da i czym jest nieobserwowany \u015bwiat, fizycy kwadratowi przez dekady reagowali wzruszeniem ramion. Obrazuje to odpowied\u017a udzielona przez wyk\u0142adowc\u0119 studentowi cytowana we wst\u0119pie. Teoria dzia\u0142a, pozwala liczy\u0107. Czego chcie\u0107 wi\u0119cej? To tzw. interpretacja kopenhaska (w Kopenhadze mieszka\u0142 Bohr).<\/p>\n\n\n\n

Interpretacji odmawiaj\u0105cej rozmowy o rzeczywistym \u015bwiecie przez lata przeciwstawia\u0142a si\u0119 niewielka grupka uczonych, z biegiem czasu coraz liczniejsza. Powstawa\u0142y odmienne sposoby rozumienia mechaniki kwantowej.<\/p>\n\n\n\n

Interpretacja Everetta postulowa\u0142a istnienie wielu \u015bwiat\u00f3w, tak by wykluczy\u0107 podejrzan\u0105 losowo\u015b\u0107 uzyskiwanych w eksperymentach wynik\u00f3w. Przyjmuje, \u017ce ka\u017cdy mo\u017cliwy wynik jest tak samo realny, tylko istnieje w innym \u015bwiecie. Smolin opowiada si\u0119 jednak za inn\u0105, znacznie wcze\u015bniejsz\u0105 interpretacj\u0105.<\/p>\n\n\n\n

Ju\u017c wspominany de Broglie rozwa\u017ca\u0142 tzw. koncepcj\u0119 fali pilotuj\u0105cej. Wed\u0142ug niej istnieje ca\u0142y czas, niezale\u017cnie od obserwacji, rzeczywista cz\u0105stka, kt\u00f3rej zachowaniem rz\u0105dzi opisywana zasadami mechaniki kwantowej fala. Nie znamy i nie mo\u017cemy zna\u0107 wyj\u015bciowego po\u0142o\u017cenia ani pr\u0119dko\u015bci cz\u0105stki, wobec czego wynik pojedynczego do\u015bwiadczenia istotnie wydaje nam si\u0119 losowy. Niemniej warto\u015bci te realnie istniej\u0105. Cz\u0105stka gdzie\u015b jest i ma jak\u0105\u015b pr\u0119dko\u015b\u0107.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"
Mo\u017cliwe trajektorie cz\u0105stek po mini\u0119ciu podw\u00f3jnej szczeliny<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Koncepcj\u0119 t\u0105 rozwija\u0142 B\u00f6hm. Mia\u0142 jednak niewielk\u0105 grup\u0119 uczni\u00f3w i pozostawa\u0142 poza g\u0142\u00f3wnym nurtem fizyki. Podr\u0119czniki i ksi\u0105\u017cki popularnonaukowe traktowa\u0142y j\u0105 raczej jako podawan\u0105 w przypisie ciekawostk\u0119, tym bardziej \u017ce nie dodaje nic do przewidywa\u0144 mechaniki kwantowej, postuluje natomiast niemo\u017cliwe do wykrycia cz\u0105stki.<\/p>\n\n\n\n

Pozwala jednak poradzi\u0107 sobie z trudnymi do zaakceptowania cechami mechaniki kwantowej. Likwiduje jej niedeterministyczny kawa\u0142ek, pozwala wierzy\u0107 w rzeczywisto\u015b\u0107, kt\u00f3ra istnieje r\u00f3wnie\u017c wtedy, kiedy jej nie obserwujemy. „Ksi\u0119\u017cyc nie znika, gdy na niego nie patrz\u0119\u201d \u2013 m\u00f3wi\u0142 jeden z fizyk\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n

Z niedeterministyczn\u0105 nauk\u0105 nie m\u00f3g\u0142 pogodzi\u0107 si\u0119 r\u00f3wnie\u017c przez lata walcz\u0105cy z interpretacj\u0105 kopenhask\u0105 Einstein, autor jeszcze bardziej znanego aforyzmu „B\u00f3g nie gra w ko\u015bci\u201d. Dzi\u0119ki fali pilotuj\u0105cej unikamy tak\u017ce niemo\u017cliwego wr\u0119cz do poj\u0119cia balastu ontologicznego w postaci niesko\u0144czonej liczby non stop p\u0105czkuj\u0105cych \u015bwiat\u00f3w z interpretacji wielo\u015bwiatowej Everetta, kt\u00f3ra w dodatku, jak zauwa\u017ca Smolin, nie pozwala na wyprowadzenie prawdopodobie\u0144stw okre\u015blanych przez klasyczn\u0105 mechanik\u0119 kwantow\u0105.<\/p>\n\n\n\n

Przed uj\u0119ciem B\u00f6hma stoj\u0105 jednak powa\u017cne problemy. Przyjmuje istnienie niewykrywalnych cz\u0105stek, kt\u00f3re w dodatku nie widz\u0105 si\u0119 wzajemnie (oddzia\u0142uj\u0105 ze sob\u0105 nie cz\u0105stki, lecz ich funkcje falowe), postuluje te\u017c istnienie olbrzymiej liczby pustych ramion funkcji falowych, na kt\u00f3rych nie przebywa \u017cadna cz\u0105stka.<\/p>\n\n\n\n

Co wi\u0119cej, jak dowi\u00f3d\u0142 Bell, \u017cadna teoria cz\u0105stek elementarnych obejmuj\u0105ca zmienne ukryte nie mo\u017ce by\u0107 lokalna. Lokalno\u015b\u0107 oznacza, \u017ce cz\u0105stki oddzia\u0142uj\u0105 bezpo\u015brednio tylko na swoje najbli\u017csze otoczenie, a pr\u0119dko\u015b\u0107 rozchodz\u0105cego si\u0119 oddzia\u0142ywania nie przekracza pr\u0119dko\u015bci \u015bwiat\u0142a. Szybsze oddzia\u0142ywanie by\u0142oby sprzeczne z teori\u0105 wzgl\u0119dno\u015bci Einsteina. Postuluj\u0105cy istnienie niemo\u017cliwych do poznania zmiennych Smolin dopuszcza wi\u0119c z konieczno\u015bci nielokalno\u015b\u0107, a zatem i tak nielubiane przez Einsteina „upiorne dzia\u0142anie na odleg\u0142o\u015b\u0107\u201d. Z tego ju\u017c Einstein taki zadowolony by nie by\u0142.<\/p>\n\n\n\n

Marcin Nowak<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bibliografia<\/strong><\/p>\n\n\n\n