Dlaczego taki tytuł? Przecież od blisko wieku czytamy o determinizmie lub indeterminizmie w fizyce/ fizyki? A nie o interpretacji fizyki indeterministycznej lub deterministycznej.Postanowiłem zmienić logo tej kwestii dlatego, że te dwa pojęcia nie są pojęciami fizyki, lecz metafizyki lub ontologii fizyki.Na przykład Roger Penrose to wyczuł, i w swej “ summie” życia, jaką jest licząca ponad 1000 stron “Droga do rzeczywistości”[1],temu zagadnieniu poświęcił dwieście kilkadziesiąt stron, ale chytrze ,prawie nie użył, tych dwóch terminów( tylko raz jeden na s.780 napisał” deterministyczna dynamika”),a także pominął je w skorowidzu rzeczowym książki.W książce, której połowa poświęcona jest przeglądowi problemów mechaniki kwantowej nie ma rozdziału zatytułowanego np. “Indeterminizm fizyki współczesnej”!Co się właściwie stało z zagadnieniem “ determinizm i indeterminizm”, któremu w drugiej połowie XX wieku tysiące fizyków poświęcało raporty-komunikaty z badań i analiz, a setki płodziło grube tomy? Dlaczego obecnie nawet "“czarne łabędzie"” palcem po klawiaturze kompa nie chcą uderzyć w tej sprawie?Coś czuję ,że zagadnienie mamy “odfajkowane”, wobec tego zobaczmy, jaka to kunsztowna fajka i czym od niej zalatuje.Determinizm w przyrodzie, to pogląd według którego jeżeli znany jest stan układu fizycznego w dowolnej chwili oraz równania opisujące dynamikę tego układu, to jest możliwe wyznaczenie jednoznaczne dowolnego innego stanu tego układu zarówno w przyszłości jak i przeszłości. Jest to lapidarny schemat logiczny mojego autorstwa, słynnej i już historycznej, formuły definicyjnej Laplacea ,która w tłumaczeniu na język polski brzmi:Inteligencja, która by w danej chwili znała wszystkie siły ożywiające przyrodę, i wzajemne położenie rzeczy, które wchodzą w skład przyrody, i która ponadto była dostatecznie potężną, ażeby te dane poddać analizie, ogarnęłaby tą samą formułą, ruchy zarówno największych ciał wszechświata jak i najmniejszego atomu; nic nie byłoby dla niej niepewnym i przyszłość byłaby jej przytomna, podobnie jak przeszłość.[2] Oczywiście, w tle tej zasady spoczywa założenie o związku przyczynowym pomiędzy dwoma dowolnymi stanami tego układu.Joachim Metallman, najwybitniejszy polski filozof przyrodoznawstwa, niesłusznie pominięty milczeniem w historii nauki polskiej, w swoim dziele “Determinizm nauk przyrodniczych”[3],dziele pozostającym wciąż ważnym i aktualnym, przyjmuje jako równoważne pojęcia: “zasada przyczynowości” i “ zasada determinizmu”, ukazując jednocześnie multiplikacje znaczeniowe obydwu terminów.Nawet po odkryciu w dwadzieścia lat później procesów zwanych chaosem deterministycznym okazało się , że zasada przyczynowości jest do utrzymania, ale prewidyzm – przewidywalność jednoznaczna przyszłych stanów takich układów- nie.Chaos deterministyczny - z punktu widzenia matematyki, to własność równań lub układów równań, polegająca na dużej wrażliwości rozwiązań na dowolnie małe zaburzenie parametrów. Najczęściej są to równania nieliniowe różniczkowe lub różnicowe, opisujące układy dynamiczne.Jeśli takie równanie opisuje zmiany jakiegoś układu w czasie, to niewielkie zaburzenie warunków początkowych powoduje rosnące wykładniczo, z czasem, zmiany w zachowaniu układu. Znikoma różnica na jakimś etapie może po dłuższym czasie urosnąć do dowolnie dużych rozmiarów. Powoduje to, że mimo, iż model jest deterministyczny, w dłuższej skali czasowej wydaje się zachowywać w sposób losowy.Nikt nie wątpi, że pogoda w danym miejscu na Ziemi, jest skutkiem realnych przyczyn fizycznych, ale okazuje się, że jej przewidywalność jest bardzo niska i nie dlatego, że liczba przyczyn jest wielka i któreś z nich są nieznane.Układ fizyczny zwany atmosferą jest bardzo czuły na minimalne odchylenia od stanów równowagi, wystarczy minimalna zmiana parametrów a zaczyna się zachowywać chaotycznie ,przyjmując narastające wartości odchyleń od poprzedniego stanu aż do następnego ,bardzo chwiejnego stanu równowagi.Mówimy obrazowo o “efekcie motyla”, którego drgnienie skrzydełek może doprowadzić do tornado w bardzo odległym miejscu. Podczas całego procesu chaotycznego działają przyczyny zmian narastających i dlatego jest termin ”deterministyczny chaos”. Procesy chaotyczne z tzw. atraktorami jeszcze silniej można powiązać z determinizmem przyczyn i skutków.Rozstrzygające jednak pytanie brzmi: czy wszystkie procesy przyrody są zdeterminowane?Odpowiedź : w świecie makroskopowym i w świecie kosmicznych wymiarów(np. układ planetarny)- tak. Czyli, w świecie opisywanym przez mechanikę klasyczną i klasyczny elektromagnetyzm.I w bardzo długim przedziale czasowym.Jednak już minął wiek cały, jak istnieje i burzliwie się nadal rozwija fizyka zjawisk “mikro”, fizyka rzeczywistości zmysłowo niedostępnej bezpośrednio, zwana fizyką kwantową lub mechaniką kwantową.Schemat pojęciowy i matematyczny mechaniki kwantowej doprowadził do zakwestionowania zasady determinizmu ontologicznego, a w chwili obecnej wręcz do odrzucenia jej i wprowadzenia w jej miejsce ontologii opartej o pojęcie przypadku, pojęcie zjawisk i procesów aprzyczynowych, przypadkowych w absolutnym sensie.W pierwszej fazie tej historii (miała ona miejsce w pierwszej połowie ubiegłego wieku),zakwestionowanie zasady determinizmu przyszło przez fakt odkrycia, a następnie i zastosowania do analiz prawomocności tej zasady - relacji nieoznaczoności W.Heisenberga [4].Uderzenie poszło w kierunku przesłanki w laplasowskim sformułowaniu zasady determinizmu:”Jeżeli znany jest stan układu fizycznego w danej chwili..”. Długa i obfita dyskusja nad zasadą nieoznaczoności Heisenberga doprowadziła do obalenia tej przesłanki (zobacz [5 i 6]).Stan układu kwantowego(cząstki kwantowej,np. elektronu, fotonu)określony przez pęd i współrzędne położenia w czasoprzestrzeni nie może być ściśle wyznaczony, nie z powodów technicznych ,lecz z istoty i charakteru oddziaływania pomiędzy układem kwantowym a obserwatorem( lub dokładnie pisząc- przyrządem pomiarowym).Ścisła wiedza o stanie układu kwantowego w danej chwili( stanu określonego przez pary tzw. wielkości nie komutujących)jest niemożliwa do uzyskania dlatego, że akt pomiaru zmienia ten stan o wielkość określoną statystycznie, z pewnym prawdopodobieństwem.Druga faza destrukcji zasady determinizmu w obrębie mechaniki kwantowej ,czyli w odniesieniu do zjawisk i obiektów kwantowych wystąpiła w wyniku analizy procesów nazwanych przez R.Penrosea :procesami typu U i typu R.Ewolucja układu kwantowego jest opisywana równaniem falowym Schroedingera, które jest liniowym równaniem różniczkowym o kształcie formalnym analogicznym np. do równania fali akustycznej (mechanicznej) lub elektromagnetycznej.Jednak funkcja spełniająca to równanie, nie ma bezpośredniego sensu fizycznego i wartość bezwzględna kwadratu jej amplitudy przedstawia ewolucję w przestrzeni i czasie prawdopodobieństwa zachowania się cząstki kwantowej pomiędzy aktami emisji i detekcji. Pomiędzy tymi aktami, ewolucja stanu układu spełnia klasyczną definicję determinizmu i mówimy o procesie U.Natomiast w aktach oddziaływania układu kwantowego z układem makroskopowym jakim jest przyrząd pomiarowy(szczeliny, zwierciadła półprzepuszczalne, detektor), funkcja falowa podlega natychmiastowej redukcji(kolaps funkcji),zmienia skokowo swą wartość, co nie pozwala na ścisłe prognozowanie zachowanie układu w akcie pomiaru, jedynie na dokładne obliczenie prawdopodobieństwa tego zachowania.Proces ten ,zwany procesem R , następuje skokowo, jest absolutnie przypadkowy(probabilistyczny) i nieodwracalny.Faza druga, zasygnalizowana powyżej, doczekała się olbrzymiej liczby kontrowersyjnych stanowisk, a dyskusje ogniskowały się wokół interpretacji sensu funkcji falowej “psi” oraz istnienia (lub nie istnienia) procesów R w rzeczywistości fizycznej. Pojawił się -paradoksalny na gruncie fizyki- problem natury i roli świadomości człowieka w badaniu świata mikroobiektów. W sumie trzeba stwierdzić bezstronnie ,że obraz rzeczywistości kwantowej w świetle rozumienia procesów R ,coraz bardziej oddalił się od opisu deterministycznego.I wreszcie ostatnią fazą destrukcji interpretacji deterministycznej świata kwantowego, jest współczesna nam, a dotycząca interpretacji nierówności Bella i prób rozstrzygnięcia problemu dychotomicznego: lokalne i nierealne albo nielokalne i realne.Oczywiście, dotychczasowe, nieliczne eksperymenty w optyce kwantowej lub informatyce kwantowej podlegają sprzecznym wzajemnie interpretacjom. Jedni utrzymują ,że wykazano empirycznie, iż świat obiektów kwantowych jest separowalny (czyli lokalny),ale nie jest obiektywnie realny, lecz stwarzany w aktach pomiarowych i w takim przypadku kwestia, której poświęcony jest niniejszy wpis po prostu znika. Dlaczego mamy dyskutować o determinizmie/indeterminizmie czegoś, co nie istnieje? Chociaż z drugiej strony wielu fizyków uważa negowanie istnienia rzeczywistości za pozbawione sensu, np. R.Penrose pisze wręcz:“ Koniecznie potrzebujemy koncepcji rzeczywistości ,chociażby tylko prowizorycznej i przybliżonej ,gdyż bez niej nasz obiektywny wszechświat a zatem i cała nauka po prostu wyparowuje przed naszymi oczami ,pogrążonymi w głębokiej kontemplacji.(s.485).Inni, przeciwnie widzą obiekty kwantowe w splątaniu(czyli rzeczywistość nielokalna) ale na podłożu obiektywnie realnym (potencjał kwantowy Bohma lub idea podwójnego rozwiązania Brogliea).Jednocześnie w poprzek kwestii tematyki wpisu, biegnie linia demarkacyjna wyznaczona jeszcze przez N.Bohra : racjonalne i irracjonalne w opisie świata kwantowego. Ciągle przed oczyma mam zdanie W.Heisenberga, które przytacza A.Lande:” upieranie się przy postulacie kompletnego wyjaśnienia logicznego czyniłoby naukę niemożliwą”[7].A.Zelinger, po latach, drastycznie uogólni to stwierdzenie,i zapyta ( w odniesieniu do obiektów kwantowych-przypis mój):”jak można dokonać potwierdzenia postrzegania ,skoro nie ma żadnego rzeczywiście istniejącego przedmiotu?” [8,s. 204] .Post niniejszy jest telegraficzną “mapą drogi”, możliwe ,że uda mi się w przyszłości omówić bardziej detalicznie szereg wąskich kwestii, tu jedynie zamarkowanych, takich jak: co jest rzeczywiste w świecie kwantów? Zmienne dynamiczne? stany? Albo : jaki jest sens fizyczny superpozycji stanu, czy i dlaczego istnieje wpływ świadomości na ewolucję stanu, czym są zdarzenie przypadkowe, rzeczywistość akauzalna, na czym polega relatywizm poznawczy w mechanice kwantowej, co to znaczy ”istnienie” obiektu kwantowego?Ale już teraz mogę orzec –co najmniej na swój użytek poznawczy- że została odkryta rzeczywistość ontologicznie inna od tej, w której istnieje życie i funkcjonuje świadomość w postaci dotychczas znanej.Gdzie przebiega granica między tymi warstwami? Jakie są ich oddziaływania i uwarunkowania wzajemne? Czy ta inna ontologia, jest nie pojmowalna przez rozum ludzki w zasadniczym sensie? A może jej nie pojmowalność jest spowodowana niekompletnością mechaniki kwantowej, która może być usunięta w nowej teorii? Literatura[1] R.Penrose, Droga do rzeczywistości-Wyczerpujący przewodnik po prawach rządzących Wszechświatem,Warszawa,2007[2] P.S.Laplace, Essai philosophique sur les probabilites,VIII ed. Paris,1912 s.7[3]J.Metallmann,Determinizm nauk przyrodniczych,Kraków,1934[4] W.Heisenberg, Fizyka a filozofia,Warszawa,1965[5]D.Bohm, Przyczynowość i przypadek w fizyce współczesnej,Warszawa,1961[6]B.Gawecki, Zagadnienie przyczynowości w fizyce,Warszawa,1969[7] A.Lande,New foundations of quantum mechanics,3 r.ed.London,1998[8] Nowa fizyka i kosmologia-rozmowy z Dalajlamą,pod red.A.Zajonca,Warszawa,2007.
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
