Poprzedni mój wpis ,był poświęcony krytyce popularyzacji astronomii przedstawiającej pewne wizje kosmologiczne,urągające [moim zdaniem] krytycznemu racjonalizmowi.W rozmowach pod tym wpisem, uwaga czytelników-blogerów skupiła się na zagadnieniu egzo-planet, oraz istnieniu planet Ziemio-podobnych z cywilizacjami super-ludzi.

Natomiast zagadnienie kosmologii kwantowej zostało pominięte.Spróbuję to naprawić,ale w innej perspektywie poznawczej.Interesuje mnie mianowicie następujące pytanie:

Jaka jest aktualnie mainstremowa interpretacja fizyki kwantowej?

Aby rozmowa była merytorycznie rzeczowa, należałoby dokonać szczegółowego przypomnienia twierdzeń i praw fizyki kwantowej,lecz nie jest to możliwe z uwagi na ograniczoną objętość “salonowego” wpisu.Ograniczę się do “abstraktu” i odsyłań do literatury podstawowej

Fizyka cząstek elementarnych ,często zwana fizyką mikroświata, lub fizyką kwantową ,operuje Modelem Standardowym ,którego podstawowa struktura formalna/matematyczna nazywa się Mechaniką Kwantową [QM].Obiektami badania fizyki mikroświata są składniki substancji materialnych [oraz relacje między nimi] o rozmiarach z przedziału : 10^(-5)- 10^(-13) [m],w przybliżeniu.Obiekty te nazywamy obiektami kwantowymi, lub układami kwantowymi.

Wiele pojęć i praw fizyki klasycznej zastosowanych do układów kwantowych prowadzi do sprzeczności z doświadczeniem/eksperymentem[1].Głównym powodem niemożliwości stosowania mechaniki klasycznej do opisu mikroświata, jest model przestrzeni konfiguracyjnej tej mechaniki, oraz idea determinizmu zdarzeń.

Modelem matematycznym bowiem mechaniki kwantowej jest przestrzeń Hilberta nad przestrzenią konfiguracyjną mechaniki klasycznej, oraz idea prawdopodobieństwa stanu układu kwantowego[2].

Przestrzeń Hilberta jest przestrzenią wektorową [liniową],czyli jej elementami są wektory,które muszą spełniać pewne warunki,np. posiadać “normę”, oraz musi być określony iloczyn skalarny dwóch wektorów.

Jeśli przestrzeń Hilberta jest liniowa to znaczy , że każdy wektor tej przestrzeni można przedstawić jako sumę innych wektorów tej przestrzeni [składowe wektory trzeba pomnożyć przez pewne liczby zespolone].Wartość tej sumy nazywamy kombinacją liniową wektorów przestrzeni Hilberta.

Każdy stan układu kwantowego [stan elektronu,protonu,stan atomu…] reprezentuje wektor przestrzeni Hilberta i dlatego nazywa się wektorem stanu.

Kombinacja liniowa wektorów przestrzeni Hilberta,czyli wektorów stanu sygnalizuje ,że

dowolny obiekt kwantowy może być w stanie ,który jest superpozycją [nakładaniem się] dowolnej liczby stanów o określonym prawdopodobieństwie.

Eksperymenty potwierdzaja tę fundamentalną ideę mechaniki kwantowej.

Drugim fundamentalnym zjawiskiem w świecie układów kwantowych[przewidzianym przez E.Schrödingeraw 1932r.] jest splątanie kwantowe[3].

Jeśli mamy układ dwóch obiektów kwantowych,to stan układu jest lepiej określony niż stan jego części. Przykład.

Jeżeli mierzymy polaryzację jednego z pary splątanych fotonów, to drugi[odległy od pierwszego o kilometry]w tak samo ustawionym polarymetrze, wykaże zawsze polaryzację przeciwną do pierwszego.

Tymczasem zmierzone polaryzacje każdego z fotonów z osobna, są zawsze przypadkowe.

Na podstawie tego zjawiska twierdzimy,że fizyka mikroświata jest nielokalna. Wykazał to teoretycznie J.S.Bell w pracy [4],a doświadczalnie pierwsi potwierdzili Freedman i Clauser w 1972.

Na koniec tego niezbędnego „abstraktu” fizyki mikroświata, „humanistom” polecam przeczytanie odpowiednich rozdziałów pozycji[5] autorstwa noblisty z fizyki i zarazem wybitnego znawcy filozofii przyrody.

Przejściem do współczesnej mainstreamowej interpretacji fizyki mikroświata będzie następujące stwierdzenie:

współczesna interpretacja fizyki kwantowej jest zbudowana na zanegowaniu i odrzuceniu interpretacji kopenhaskiej.

Kilka zdań przypomnienia interpretacji kopenhaskiej QM.

Twórcą i liderem upowszechnienia światowego kopenhaskiej interpretacji QM był Niels Bohr. Nie tylko noblista z fizyki, lecz równocześnie najwybitniejszy myśliciel problematyki filozofii przyrodoznawstwa w latach trzydziestych ubiegłego wieku.

Niels  Bohr (1885-1962),foto:wikipedia

Interpretacja ta ma super-bogatą wykładnię w dziesiątkach lub setkach dzieł , wśród których świetną pozycję zajmuje praca [6]-tłumaczona na sześć języków- prof. Czesława Białobrzeskiego, światowej rangi fizyka polskiego[dwukrotnie nominowany do nagrody Nobla] .

Interpretacji kopenhaskiej poświęciłem -tutaj na salonie-ponad dwadzieścia wpisów ,a teraz ograniczę się do przedstawienia jej głównych idei.

Centralną ideą tej interpretacji jest twierdzenie o przepaści ontycznej i epistemicznej pomiędzy światem mikro a światem makroskopowym.Prawa fizyki mikro-świata są niezgodne ze zdrowym rozsądkiem i racjonalizmem ufundowanym na logice formalnej dwuwartościowej.Obiekty kwantowe istnieją podwójnie:potencjalnie i realnie,natomiast obiekty makroskopowe istnieją realnie.

Dualizm obiektów kwantowych określa zasada komplementarności Bohra.Komplementarność potencjalności i realności obiektów kwantowych rozstrzyga pomiar wielkości fizycznaj świata mikro.W jego akcie następuje redukcja/kolaps funkcji falowej [wektora stanu] i układ kwantowy przechodzi do jednej z własnych funkcji operatora reprezentującego mierzoną wielkość ,a przewidywalność wyniku przejścia jest niemożliwa, gdyż znane jest tylko prawdopodobieństwo tego przejścia.

Drugą cenralną ideą interpretacji kopenhaskiej jest postulat [czyli założenie] o charakterze twierdzenia:

Funkcja falowa (wektor stanu) układu kwantowego reprezentuje stan wiedzy człowieka mierzącego (obserwatora) o układzie kwantowym.

Taki postulat sugeruje , że redukcja [kolaps] funkcji falowej nie jest zjawiskiem czysto fizycznym,występuje bowiem w badaniu mikroświata potrójny układ: obiekt kwantowy- akt pomiaru- świadomy obserwator.

Projekt rozstrzygającego eksperymentu zaproponował K.Popper, a wykonali Kim i Shih w 1999 roku z rezultatem dyskusyjnym.

Przedstawione wyżej centralne idee kopenhaskiej interpretacji QM zostały odrzucone przez aktualną,mainstremową interpretację QM.

Nie oznacza to jednak,że mainstremowa , aktualna interpretacja QM nie ma treści pozytywnej,nie wnosi nic nowego i oryginalnego w stosunku do interpretacji kopenhaskiej.

Jest całkiem przeciwnie,albowiem aktualna interpretacja QM opiera się na dwóch fundamentalnych pojęciach :koherencji i dekoherencji,które były poza polem uwagi szermierzy i propagatorów interpretacji kopenhaskiej.

Autorem pomysłu dekoherencji i jej roli w ewolucji obiektu kwantowego był w roku 1970 profesor fizyki teoretycznej Uniwersytetu w Heidelbergu H.Dieter Zeh.

Pełną teorię dekoherencji przedstawił i rozwinął [w latach 1982-1996]Wojciech Żurek,pochodzący z Bielska-Białej,absolwent UJ w Krakowie,światowej sławy fizyk ,prof. Los Alamos National Laboratory.

prof.Wojciech   Żurek (1951-) Foto:  Wikipedia

Jeśli funkcje falowe dwóch [lub więcej]obiektów kwantowych są spójne/koherentne , to możliwe są kwantowe zjawiska: superpozycji oraz splątenia. .Natomiast dekoherencja kwantowa,która polega na oddziaływaniu otoczenia/środowiskana obiekt kwantowy, powoduje rozprzestrzenianie się spójnosci i splątania,jednocześnieuniemożliwiając ich rejestrację lokalnie.

Superpozycja[splątanie]staje się wspólną właściwością układu kwantowegoi jego otoczenia/środowiska, toteż nie można już tych efektów stwierdzić .

Dekoherencja jest procesem nieodwracalnym [w sensie termodynamiki] i stanowi realizację kwantowego pomiaru.Dekoherencja,przez informatyków jest rozumiana, jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

Efekt dekoherencji nie ma nic wspólnego z obserwacją świadomego obserwatora,kwantowość w makroskopowym świecie nie musi mieć świadomego umysłu: potrzebne jest tylko otoczenie pełne rzeczy w znaczeniu ontycznym

Spójność kwantowa oraz dekoherencja otoczenia/środowiska definiują więcz jednej strony kwantowość, a z drugiej - makroskopowość i tym samym nie ma przepaści między mikro-światem a makro-światem- jest płynne przejście.między tymi światami.O tym co dzieje się z układem kwantowym, decyduje otoczenie/środowisko. Szkoła kopenhaska jgnorowała to zagadnienie.

Prof.W.Żurek,w ostatnich latach stał się ewolucjonistą i propagatorem idei doboru naturalnego i wpadł na pomysł tzw.darwinizmu kwantowego.Według niego wyłanianie się świata makroskopowego[opisywanego fizyką klasyczną] ze świata kwantowego jest procesem darwinowskiego doboru naturalnego.

System o olbrzymiej ilości stanów kwantowych przechodzi do bardzo zredukowanego zbioru stanów tzw.wskaźnikowych .Eliminacja zdegenerowanych, patologicznychsuperpozycji kwantoweji splątania kwantowegojest wymuszona [dowodzi prof. W.Żurek] przez procesy oddziaływania ciał makroskopowych z otoczeniem.

Ze stanowiska ontologii ,kopenhaska interpretacja QM ma przewagę nad interpretacją Zeha-Żurka dlatego,że europejską tradycją myślenia o bycie jest jego ontyczna różnorodność .Tymczasem likwidacja nieciągłości między mikro,a makro-światem likwiduje tę różnorodność: wszystko jest kwantowe, wszędzie są kwanty.Jeszcze gorzej jest w episteme.

Bowiem aktualna,mainstremowa interpretacja QM jest totalitarna poznawczo.Cały wszechświat otwiera się w niej za pomocą jednego wytrycha.Jest nim mechanika kwantowa, ukryta teoria wszystkiego.Tymczasem do tajemnic przyrody prowadzi wiele drzwi o różnych zamkach, otwieranych różnymi kluczami.

Literatura

[1] D.Halliday,R.Resnick,J.Walker,Podstawy fizyki,tom 5,PWN,Warszawa,2003,I wyd.s.199-219(elementarne ujęcie)

[2]R.Penroe,Droga do rzeczywistości,Prądzyński i s-ka,Warszawa,2007,s.503-552( dla zaawansowanych)

[3] loc.cit.,s.552-582

[4]J. S. Bell.,On the Einstein Podolsky Rosen Paradox. „Physics”, III,5,1964,s. 195-200.(dla zaawansowanych)

[5] F.Wilczek,Lekkość bytu,Prószyński i S-ka,Warszawa,2011,s.13-140,(dla humanistów)

[6] Cz.Białobrzeski,Podstawy poznawcze fizyki świata atomowego,PWN,Warszawa,1984

[7] H. D. Zeh, W. Zurek,Decoherence, Quantum mechanics, Entanglement, ..Elsevier Ltd.2009