„Einsteinova nedokončená revolúcia“ od Lee Smolina
(Obrázok: © Penguin Press)
Kvantová mechanika je ustálená veda. Prípad sa uzavrel a ďakujem veľmi pekne - alebo by sa mnohí argumentovali.
Vďaka priekopníckej práci v 20. rokoch veľa ľudí verí, že teraz vieme všetko, čo budeme potrebovať vedieť o pohybe v atómovom alebo subatomárnom meradle. Podľa dánskeho fyzika Nielsa Bohra a jeho nasledovníkov môžeme tvrdiť presnú polohu atómovej častice alebo jej trajektóriu, ale nemôžeme robiť obidve súčasne. Tento druh predpovede môže byť iba pravdepodobný, nikdy úplne presný.
Teoretický fyzik Lee Smolin z Perimeter Institute for Teoretical Physics in Waterloo, Canada, strávil celú svoju kariéru spochybňovaním tohto názoru. Smolin je presvedčený, že Bohrov triumf je príkladom charizmy potlačujúcej legitímny disent, dokonca aj od takých významných disidentov, ako sú Albert Einstein a Erwin Schrödinger.
Smolin dnes, po stopách Alberta Einsteina a pokračujúc v dlhej tradícii, ktorá zahŕňa ďalších fyzikov vrátane Davida Bohma, hľadá teóriu „dokončiť“ kvantovú fyziku tým, že umožní presný popis a nie neurčité pravdepodobnosti. Smolin zastáva „realistický“ pohľad, na rozdiel od „nereálneho“ pohľadu na Bohra a jeho akolytov. Smolin vysvetľuje svoju perspektívu v „Einsteinova nedokončená revolúcia„(Penguin Press, apríl 2019). Space.com dohnal Smolin, aby diskutoval o knihe, o tom, ako sa nové vedecké nápady stávajú dominantnými vo vede a čo robí dodnes.
Space.com: Aký je rozdiel medzi realistickým a anti-realistickým prístupom k kvantová mechanika?
Lee Smolin: Podľa mňa je rozdiel medzi niekým, kto je realistom v kvantových javoch, s niekým, kto nie je realistom, ako realista si myslíte, že existuje úplný príbeh a existuje úplný popis, ktorý môžeme dosiahnuť akýmkoľvek atómovým procesom, akéhokoľvek jadrového procesu, všetkého, čo sa deje v subatomárnom svete. Kvantová mechanika neposkytuje taký úplný popis každého procesu jednotlivo, a preto nemôže byť úplný. Musíme nájsť hlbšiu teóriu. Kvantová mechanika je krokom k porozumeniu subatomická fyzika, ale nie je to posledný krok. Úlohou je teda ísť hlbšie a vymyslieť alebo objaviť lepšiu teóriu, ktorá dáva úplný opis.
Ak ste tým, čo nazývame anti-realista, potom si myslíte, že kvantová mechanika, ako bola napísaná v 20. rokoch, je možno konečnou teóriou a neexistuje žiadna motivácia pozerať sa hlbšie.
Space.com: Hovoríte o ľuďoch, ktorí hľadajú dokončenie kvantovej teórie, ako o „naivných realistoch“, pretože ich názory nepotrebujú spletité zdôvodnenia. Môžete tento termín spracovať?
Smolin: Naive v skutočnosti znamená sofistikovaný. Naivný znamená, že ste počuli všetky základné námietky proti myšlienke, že môžeme poskytnúť úplný opis sveta, aký je, a odmietnuť ich a považovať ich za náš cieľ, aby sme úplne pochopili prírodu a akoby sme tu neboli. Veda je opis prírody, ktorá má byť objektívna a nie je vynucovaná našimi pokusmi alebo našimi myšlienkami alebo vierou.
Space.com: Znamená „naivný“ úplnú otvorenosť novým myšlienkam a presvedčeniam?
Smolin: Úplne otvorené? Nie. Ľudia zabúdajú, že fyzika, rovnako ako každá veda, má históriu a tradíciu. Vezmite si jednoduchú predstavu, ako je hybnosť, ktorá by sa mala chápať v kontexte celej diskusie od 16. a 17. storočia o princípe zotrvačnosti, zásade relativity a tak ďalej. Nemôžete vysvetliť pojem, ako je hybnosť, bez toho, aby ste boli ponorení do celej histórie tohto pojmu.
Space.com: Vaša kniha je jasná a prehľadná a je zrozumiteľná pre ľudí s rôznymi úrovňami základných znalostí. Aký je váš proces písania?
Smolin: Prečo, ďakujem! Beriem to ako kompliment. Mám veľa skúseností a veľa skúseností s výučbou modernej fyziky pre nevedcov. Na rôznych univerzitách som často vyučoval kurzy „fyzika pre humanitné vedy“ alebo „fyzika pre básnikov“. Mám teda veľa skúseností s honovaním rôznych pedagogických stratégií, ktoré sa majú používať pri výučbe kvantovej fyziky alebo relativity voči laikom.
Kniha, ako je táto, má niekoľko divákov súčasne. Obraciam sa na odborníkov a kolegov, ale predovšetkým na laikov. A prvý laik, na ktorom záleží, je redaktor. Vždy trvám na spolupráci s redaktorom, ktorý má tituly z literatúry alebo humanitných vied alebo histórie - nie tituly z prírodných vied. Mám tiež niekoľko testovacích čitateľov, ktorí nemajú vedecké vzdelanie. Všetci ma nútili objasniť, objasniť, objasniť a podľa potreby prepísať knihu. Táto kniha prešla tromi úplnými prepismi. Na poschodí v miestnosti na strihanie nič nezostalo. Celý prvý návrh bol úplne opustený a rekonceptualizovaný a výsledkom bola podľa môjho názoru oveľa lepšia kniha.
Space.com: Vzhľadom na to, že sa viackrát úplne prepísalo, ako dlho trvalo písanie knihy?
Smolin: Písanie nie je moja denná práca; moja denná práca je teoretický fyzik. Ale vo svojom voľnom čase, aby som tak povedal, asi tri roky. Keď budem v prvom rade na knihe, bude to mesiac alebo šesť týždňov a potom pôjde šesť mesiacov a ja o tom premýšľam a premýšľam o tom a potom sa znova ponorím na tri týždne alebo mesiac. Bolo to tak počas troch rokov.
Space.com: Vaša kniha podrobne popisuje históriu kvantovej fyziky na začiatku 20. storočia. Prečo sa nereálne realistická kvantová revolúcia vyvolaná Nielsom Bohrom stala dominantným pohľadom - zdanlivo mrknutím oka?
Smolin: Existovali dve veci, ktoré konali súčasne. Jedným z nich a najdôležitejším bol ohromujúci experimentálny úspech. Ľudstvo prešlo za menej ako 30 rokov od zmierenia s myšlienkou, že hmota je tvorená atómami, až po úplnú teóriu atómovej fyziky. Podstatne to fungovalo na vysvetlenie spektier [dúhových farieb vytvorených separáciou zložiek svetla ich vlnovou dĺžkou], síl, chemických zlúčenín - všetko! Potom veľmi rýchlo, jadrová fyzika, časticová fyzika, ako fungujú hviezdy - astrofyzika.
Experimentálny úspech bol teda ohromujúci a bol rýchly. Na rozdiel od toho nesúhlasili dokonca aj ľudia ako Einstein, Schrödinger a de Broglie, ktorí povedali: „Počkajte minútu! Základy sú neporiadok!“ To všetko sa dalo zamiesť pod koberec.
To bola prvá vec. Druhou vecou je prestíž a charizma spoločnosti Niels Bohr s podporou dánskej vlády a spoločnosti na výrobu piva v Carlsbergu založiť centrum, v ktorom cez neho prešlo všetko. Jeho veľmi hypnotická charizmatická osobnosť by mohla ovplyvniť myšlienky generácie ľudí, ktorí vychádzajú z hroznej vojny [prvá svetová vojna]. Takže je to banda rôznych vecí naraz.
Space.com: A ďalšie teórie sa nemohli posunúť ďalej.
Je ohromujúce, že teória pilotných vĺn de Broglie - aj keď by ju mohla presadzovať Einstein, de Broglie a spôsobom Schrödinger - nemala žiadny vplyv, napriek tomu, že to neboli nikto. Boli to svetovo preslávení ľudia s Nobelovými cenami, ktorí urobili veľkú vedu, ale ich nesúhlas sa napriek tomu mohol niekoľko generácií ignorovať.
[Teória pilotných vĺn, ktorú vyvinul Louis de Broglie v 20. rokoch a David Bohm v 50. rokoch 20. storočia, tvrdí, že elektróny zahŕňajú častice aj vlny a že častice sa pohybujú v smere, ktorým ich vlny vedú. Je deterministický, nie pravdepodobný.]
Myslím si, že vedci sú v konečnom dôsledku ľudskí bytia a my sme ovplyvňovaní všetkými druhmi vecí, od podvedomia po zaujatosti až po ambície spoločenským silám. História kvantovej mechaniky sa stáva príbehom, ktorý stojí za premýšľanie, ale nie je to neobvyklý príbeh.
Space.com: Ako reagovali vaši kolegovia na vašu knihu?
Smolin: Zatiaľ nič nebolo prekvapujúce. Moje názory sú dobre známe v komunite fyzikov. Akokoľvek provokatívne sa to môže zdať v štruktúre knihy, neexistuje diskusia, o ktorej sa medzi fyzikmi veľmi dôkladne diskutovalo.
Jedinou novinkou je niekoľko posledných kapitol. Riskoval som, keď položím svoju súčasnú prácu na stôl.
Space.com: Opíšte svoju aktuálnu prácu.
Smolin: Najdôležitejšou vecou, ktorú v mojej novej práci robím, je vážna úloha nelokality. [nelokálnosti odkazuje na schopnosť objektov ovplyvňovať činnosť iných objektov, ktoré sú v priestore a čase veľmi vzdialené.] Ak chcete uviesť realistický, úplný opis toho, čo sa deje, keď máte dve alebo viac častíc, ktoré interagovali a sú to, čo nazývame „zamotané“, potom to, ako sa rozhodnete manipulovať s jednou z častíc, môže ovplyvniť ostatné, aj keď sú veľmi ďaleko od seba. A to znamená, že musíte brať vážne, že vplyvy nie sú obmedzené myšlienkou, že veci ovplyvňujú iba to, čo je im najbližšie.
Beriem to vážne a snažím sa vytvoriť teóriu, v ktorej sú tieto kvantové spletence zásadné a objavuje sa pojem vesmír. Priestor neexistuje; Môžeme urobiť vznikajúci, približný popis priestoru rovnakým spôsobom, ako na opis plynu používame tlak a teplotu.
V žiadnom prípade nie som jediný človek, ktorý sa snaží túto teóriu rozvíjať. Myšlienka, že z prepletenia môže vzniknúť priestor, je starou myšlienkou, ktorá od ľudí získava novú trakciu Roger Penrose, Moja teória je taká, že priestor sa môže objaviť, ale ten čas je zásadný a že kauzalita je zásadná. To je názor, s ktorým by mnoho ľudí súhlasilo, a veľa ľudí by s nimi nesúhlasilo.
Space.com: Aký je konečný cieľ vykonávania tohto druhu teoretickej práce?
SmolinCieľom je vyvinúť a vymyslieť teóriu, z ktorej môžete odvodiť predpovede, ktoré experimenty testujú. Väčšina vážnych ľudí neberie teoretický návrh vážne, pokiaľ neprichádza so spôsobom, ako ho otestovať, prinajmenšom v zásade, ak nie teraz, v praxi. Bez experimentu je pre teoretika také ľahké rozprávať krásnu matematiku, čo je zlé a nemá nič spoločné s prírodou. Potrebujeme expertov, aby vytrhli nápady a zúžili možnosti.
Je to len posledná generácia alebo dve, v ktorej sa teórie ťažko testujú. Takže môžete mať celú generáciu práce na, povedzme, časticovo-fyzikálnych modeloch, ktoré idú nad rámec štandardného modelu a tieto nie sú experimentálne testované. Toto je nezvyčajné a bohužiaľ to charakterizuje naše obdobie.
Mnoho ľudí, ktorí sú vážni v oblasti základnej teoretickej fyziky, veľmi ťažko pracuje na vykorisťovaní a vymýšľaní návrhov, ktoré sú teraz testovateľné. Moja verzia nelokality predpovedá, že kvantové efekty sú čiastočne spôsobené skutočnosťou, že atómy sú veľmi podobné veľkému počtu atómov vo vesmíre. Keby sme mohli vytvoriť kvantový systém, ktorý by bol jedinečný - ktorý nemal žiadne úplné kópie kdekoľvek v pozorovateľnom vesmíre - neposlúchol by kvantová mechanika, dodržiaval by som trochu odlišné rovnice, ktoré som odvodil. To je takmer na prahu toho, čo sú teraz experimentálne laboratóriá v kvantovej mechanike schopné testovať.
Tento článok bol kvôli prehľadnosti upravený a zúžený. Môžeš kúpiť „Einsteinovu nedokončenú revolúciu“ na Amazon.com.
- Tieto „strašidelné“ zapletené atómy práve priniesli kvantové výpočty o jeden krok bližšie
- Starovekí kvasári poskytujú neuveriteľné dôkazy o kvantovom zapletení
- Prečo nemôže kvantová mechanika vysvetliť gravitáciu? (Op-Ed)
