W języku polskim nie ma jednego odpowiednika terminu angielskiego „computational physics ”.Stosuje się :fizyka komputerowa, fizyka informacyjna, fizyka informatyczna ,a nawet zbyt ryzykowanie „informatykę kwantową” uznaje się za znośny odpowiednik przywołanego (w tytule artykułu) tego angielskiego terminu.
Mimo tej niejednoznaczności terminologicznej, nikt nie ma trudności w określeniu znaczenia terminu np. fizyka informatyczna. Jest to fizyka , która do swoich problemów badawczych [zarówno doświadczalnych jak i teoretycznych], stosuje komputery.
Perimeter Institute for Theoretical Physics ,Canada
W pierwszym przypadku , komputery sterują pomiarami, lub elektronicznymi układami, oraz akwizują dane pomiarowe i także sterują komunikacją między układem badanym, a obserwatorem. Istotnym rozwinięciem eksperymentu fizycznego są symulacje i modelowanie komputerowe zjawisk niedostępnych bezpośrednio w laboratorium, np. współczesna astronomia teoretyczna rozwija się gwałtownie dzięki symulacjom i modelowaniu komputerowym.
Natomiast teoretyczna fizyka komputerowa zajmuje się numerycznymi metodami rozwiązywania specjalnych równań fizyki[ w tym szczególnie – równań nieliniowych].
Jednak w ostatnich kilku latach notuje się nowe zjawisko związane z physics computational, które ukazuje nowy sens i znaczenie tej dyscypliny dla fizyki. Na czym ten nowy sens polega?
Dokonuje się przeformułowania całych struktur teorii fizycznych w języku teorii informacji. Naukoznawcy są zgodni w tym , że zastosowanie innego języka do opisu zjawisk i definicji pojęć, oraz sformułowań praw, może prowadzić do odkrycia nowych faktów.
Przecież mechanika kwantowa to model teoretyczny, w którym zastosowano inny aparat matematyczny/pojęciowy od tego ,jaki występował w mechanice klasycznej.
Na przykład ,zgodnie z koncepcją von Neumanna, QM operuje przestrzeniami funkcyjnymi ,w tym zespoloną przestrzenią Hilberta, pojęciami algebry abstrakcyjnej i teorii operatorów [1].
Stan układu kwantowego jest reprezentowany przez wektor stanu, a przestrzeń zespolona Hilberta jest przestrzenią stanów określonego układu fizycznego. Wielkość fizyczna zaś jest reprezentowana przez hermitowski operator liniowy działający w przestrzeni Hilberta. Wartości własne tego operatora są interpretowane, jako możliwe wartości wyników pomiarowych tej wielkości.
Ten formalizm pozwala dokonywać bardzo ścisłych przewidywań zachowania się układu kwantowego, podczas określonych aktów pomiarowych na tym układzie , umożliwiając tym samym budowę działającej technologii kwantowej.
Przedstawiony formalizm jest już w pewnym sensie historyczny i obecnie przeformułowany jest na znacznie bardziej ogólny język form różniczkowych i wiązek wektorowych , którego fundamentem są rozmaitości Riemanna.
Jednak rozumienie natury zjawisk , procesów i obiektów świata kwantowego[ mikroświata] nie ma poprawnego odniesienia do tego formalizmu , a przeciwnie – jest uwikłane w aporie i sprzeczności. Sprzeczności szczególnie z tautologiami rachunku formalnej logiki dwuwartościowej i nie tworzy tzw. obrazu świata akceptowanego przez umysł.
Istnieje cały szereg prac z filozofii fizyki kwantowej ,których autorzy usiłują stworzyć przekonujący obraz przyrody w skali mikro, lecz trudno powiedzieć ,że zwieńczone są one powodzeniem teoriopoznawczym.
Zrozumiałe jest więc wystąpienie już w 2001 roku, Luciene’a Hardy z propozycją przeformułowania mechaniki kwantowej (QM)ujętej w formalizm Hilberta ,na formalizm teorii systemów i teorii informacji [2].
Lucien Hardy jest profesorem fizyki teoretycznej w słynnym Perimeter Institut [Kanada] założonym przez L.Smolina i zajmuje się już od dłuższego czasu konceptualnymi podstawami mechaniki kwantowej. Startował w 1992 roku w National University of Ireland, doktoryzował się pod kierunkiem prof.E.J.Squiresa, habilitował się na uniwersytecie La Sapienza w Rzymie, przedstawiając oryginalną wersję eksperymentu EPR, znana pod nazwą „The Hardy’s paradox „ [3],a następnie kilka lat pracował na uniwersytecie w Oxfordzie.
Jego zainteresowania badawcze są skupione od początku, na problemie informacyjnego podejścia do mechaniki kwantowej i kwantowej teorii grawitacji. Ma ambicję uformowania równoważnej wersji fizyki "mikro", w języku operacyjnym oraz w ujęciu aksjomatycznym informatyki i to w dużym zakresie .
Próbuje wyprowadzić mechanikę kwantową z zasad fizycznych związanych z wyszukiwaniem, przechowywaniem i transformowaniem informacji. W informacyjnej postaci QM nie ma pojęć tradycyjnej fizyki , takich jak: położenie, pęd, energia, stan układu, itd.
W pracy z roku 2001 przedstawił [2] roboczą wersję pięciu aksjomatów , z których próbował uzyskać probabilistyczny charakter formalizmu QM.W następnych pracach[4, 5] pogłębił podejście i poszerzył formalizm teorii systemów ,uzyskując ciekawe wyniki np. w sprawie przyczynowości w QM.
W ostatniej pracy [5] zmodyfikowane , pozwoliły mu na zbudowanie prawie kompletnej mechaniki kwantowej bez formalizmu i języka Hilberta i von Neumanna[przestrzeni Hilberta i C * algebry].T
wórczość Luciene Hardy jest inspiracją dla fizyków włoskich[Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D’Ariano,Palo Perinotti] , austriackich [ A.Zeilinger ,M.Brukner].
Równolegle do niej ,także w polskiej fizyce pojawiają się próby przeniesienia języka teorii systemów i automatów do konkretnych zagadnień.
Na przykład I.Białynicki-Birula publikuje w 1994 roku pracę [5], w której za pomocą zaproponowanej sieci automatów komórkowych otrzymuje [przy pewnych założeniach] równania Weyla, Diraca i Maxwella dla cząstek bezmasowych i masowych o spinie ½ , 1.P
Pewnym zaskoczeniem może być to , że późniejsze [w stosunku do publikacji L.Hardyego] prace prezentują zmienioną aksjomatykę teorii informacji [np. zob.pozycja 7], która jednak również pozwala otrzymać główne twierdzenia QM o układzie kwantowym z określonymi parametrami.
Zapoznanie się z pracami ząbkującej "computational physics" jest pewnego rodzaju przygodą intelektualną.
Co z tej przygody wynika?
Po pierwsze, nie dostrzegłem by "computational physics" formułowała jakieś przewidywania do wystąpienia nowych faktów , formułowała hipotezy istnienia czegoś, co przed jej pojawieniem się, nie było nawet przeczuwane.
To nie jest optymistyczne i malkontenci mogą zawołać : ten L.Hardy to filolog, a nie fizyk.
Po drugie, jest coś niesamowitego w tym fakcie , że przyrodę można opisać w różnych językach. Ten fakt ma swoje konsekwencje: to język stosowany powoduje , że badamy taką nie inną warstwę przyrody, że obcujemy z takimi, a nie innymi zjawiskami i prawami.
Rzeczywistość, którą badamy, dana jest nam w określonym języku. Tysiąc lat temu ludzie obcowali z radykalnie inną rzeczywistością czyli przyrodą. Za tysiąc lat będą obcować nasi następcy też z inną przyrodą.
Pokora w procesie badania i wypowiadania prawd o przyrodzie powinna być rysem głównym postawy fizyka.
Literatura
[1]R.Penrose, Droga do rzeczywistości,Warszawa,2007,rozdz.11,12,22
[2] L. Hardy, Quantum theory from five reasonable axioms,2oo1
[3] L.Hardy, Nonlocality for two particles without inequalities for almost all entangled states",Phys.Rev.71,11,1665,1993
[4] L.Hardy ,Quantum Theory From Five Reasonable axioms,Oxford,2008
[5] L.Hardy,Reformulating and Reconstruting Quantum Theory,2011
[6] I.Białynicki-Birula,Weyl,Dirac and Maxwell equations on a lattice as unitary cellular automata,Phys.Rev. D 49 6920 ,1994
[7]G.Chiribella,K.D'Ariano,P.Perinotti,Informational derivation of Quantum Theory,Phys.Rev. A 84 012311,2011
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
