Jesteśmy społecznością, która kocha książki

„W fizyce teorie są zbudowane z matematyki. Posługujemy się nią nie dlatego, że chcemy odstraszyć ludzi niezaznajomionych z geometrią różniczkową i algebrami Liego z gradacją; posługujemy się nią, ponieważ jesteśmy głupcami. Matematyka pozwala nam zachować rzetelność – chroni nas przed okłamywaniem samych siebie i innych. Z matematyką można się mylić, ale nie da się kłamać.”

Niemiecka fizyczka i filozofka Sabine Hossenfelder w swojej książce pt. „Zagubione w matematyce. Fizyka w pułapce piękna” postanowiła skomentować aktualny zastój w fizyce wysokich energii opowieścią o tytułowej pułapce piękna teorii fizycznych i wynikających z tego konsekwencjach.

Hossenfender za główny cel obrała sobie odpowiedź na pytanie czy opis rzeczywistości w najbardziej fundamentalnej skali musi być wyrażony poprzez eleganckie i piękne w swojej formie prawa fizyczne. W tym celu przeprowadza rozmowy z wieloma znamienitymi fizykami, np. Nimą Arkani-Hamedem, Frankiem Wilczkiem czy nieżyjącym już Stevenem Weinbergiem. Będąc w opozycji do swoich interlokutorów uważa, iż natury nie interesuje piękno, dlatego też wobec każdego konstruktu fizycznego trzeba postawić jasne wymagania – określone predykcje eksperymentalne. Mniejsze znaczenie, według niej, ma sama forma równań, a jeszcze mniejsze wyłaniająca się z nich naturalność albo precyzyjnie dostrojone. Laik (jak jak) raczy jednak zapytać – o co w ogóle chodzi z naturalnością i dostrojeniem? No i w tym momencie zaczynają się schody…

Autorka tak ujmuje sprawę:

„Jak wyjaśniłam, większość zagadnień, którymi obecnie zajmujemy się w fizyce fundamentalnej, ma związek z numerycznymi koincydencjami. Precyzyjne dostrojenie masy Higgsa, silny problem CP, mała wartość stałej kosmologicznej – nie są to niespójności; to przeczucia natury estetycznej.”

Naturalność w największym z możliwych uogólnień to brak ww. „numerycznych koincydencji” lub arbitralnie dodanych składników teorii, jak np. wyznaczonych doświadczalnie mas cząstek Modelu Standardowego. Precyzyjne dostrojenie natomiast dopuszcza tego typu dodatki w modelu fizycznym.

Zasadniczo, większa część książki została poświęcona problemom dzisiejszej fizyki teoretycznej, która znalazła się w swego rodzaju ślepym zaułku. Hossenfelder upatruje przyczyn stagnacji nie tylko w umiłowaniu teoretyków do piękna lecz także coraz większej komercjalizacji i urynkowieniu nauki (wyścigi po granty), uleganiu błędom poznawczym, a także konformizmowi badaczy, skupionych w największych ośrodkach naukowych głównego nurtu (teoria strun), często będących hamulcowymi innowacyjności. Jak widać, to wszystko kwestie wewnętrzne środowiska fizycznego co czyni tę pozycję dosyć trudną dla czytelnika poszukującego ciekawych treści popularnonaukowych. Niemniej, autorka przy okazji objaśniła niektóre pojęcia fizyczne bardzo rzetelnie i profesjonalnie; bez zbędnych analogii i przekłamań; sama „czysta” fizyka, acz bez matematyki. Wystarczy choćby spojrzeć na opis funkcji falowej:

„Sama funkcja falowa nie odpowiada żadnej obserwowanej wielkości, ale na podstawie jej wartości bezwzględnej można obliczać prawdopodobieństwa dla pomiarów fizycznych obserwabli – z wyjątkiem szczególnych okoliczności wynik pojedynczego pomiaru jest nieprzewidywalny.” s. 78

„Zaczyna się od funkcji falowej. Jest to matematyczny obiekt opisujący dany układ fizyczny. Często mówi się o niej jako o zadającej stan układu, jednakże – i tu zaczyna robić się ślisko – nie da się jej obserwować poprzez jakikolwiek pomiar. Funkcja falowa jest tylko czymś pośrednim; można za jej pomocą tylko obliczyć prawdopodobieństwa możliwych pomiarów pewnych obserwabli. To jednak oznacza, że po pomiarze funkcja falowa musi ulegać swego rodzaju aktualizacji, tak aby zmierzony stan miał teraz prawdopodobieństwo równe 1. Aktualizacja ta – określana niekiedy mianem „kolapsu lub redukcji” – jest natychmiastowa; następuje w tej samej chwili dla całej funkcji falowej, bez względu na to, jak szeroko funkcja ta była rozprzestrzeniona. Jeśli na przykład obejmowała swoim zasięgiem dwie odległe wyspy, to dokonanie pomiaru na jednej z nich determinuje prawdopodobieństwo na drugiej.

To nie jest eksperyment myślowy; takie doświadczenie faktycznie przeprowadzono” s. 174

Podsumowując, bardzo przyjemnie spędziłem czas przy lekturze „Zagubione w matematyce”, nawet jeśli nie do końca do mnie skierowany był centralny przekaz. Na minus jedynie fakt, iż miałem nieodparte wrażenie dużego żalu autorki do swoich kolegów po fachu za to, że zwyczajnie nie słuchają jej rad. Jednakowoż, nie polecam tej książki osobom szukającym "fizycznej rozrywki". Polecam wyłącznie tym, których bardziej interesują specyficzne problemy społeczności fizycznej aniżeli samej fizyki. 8/10

„W fizyce teorie są zbudowane z matematyki. Posługujemy się nią nie dlatego, że chcemy odstraszyć ludzi niezaznajomionych z geometrią różniczkową i algebrami Liego z gradacją; posługujemy się nią, ponieważ jesteśmy głupcami. Matematyka pozwala nam zachować rzetelność – chroni nas przed okłamywaniem samych siebie i innych. Z matematyką można się mylić, ale nie da się...

John Gribbin napisał bardzo zwięzłą (~100 stron) i niełatwą książeczkę o sześciu interpretacjach (czyli tytułowych kwantach ukojenia) fizyki kwantowej pt. „Sześć niemożliwych rzeczy. Kwanty ukojenia i tajemnice subatomowego świata”.

Wstępem (o nazwie konwulsja pierwsza) nie mogło być oczywiście nic innego jak opis eksperymentu z dwoma szczelinami (bądź dwoma otworami, jak preferuje autor). Doświadczenie (kilka jego wersji) przedstawione zostało dosyć lakonicznie, acz poprawnie. Mimo wszystko, dużo lepszą analizę znajdziemy np. "Co się dzieje w świecie kwantów?" Łukasza Lamży i Marcina Łobejko. Drugą konwulsję (a więc kontynuację wstępu) stanowi wyjaśnienie pojęcia splątania kwantowego i zjawiska nielokalności. Mamy zatem nieco o paradoksie EPR i nierówności Bella - znowuż bardzo króciutko. Dalsza część, a zarazem główna treść pozycji to omówienie sześciu interpretacji określonych przez Gribbina ukojeniami (doprawdy? mnie to one bardziej pasują do konwulsji). Poszczególnym interpretacjom poświęconych zostało +/- 10 stron, a zatem na około 70 stronach zmieściło się wyjaśnienie interpretacji kopenhaskiej, fali pilotującej/zmiennych ukrytych, wielu światów, dekoherencji kwantowej, statystycznej/zespołowej oraz transakcyjnej/bezczasowej (sic!). Bardzo duże zagęszczenie zaawansowanej problematyki w małej objętości - to doprawdy wielkie wyzwanie.

Niestety, w moim przekonaniu, zamysł autora się nie sprawdził, dlatego, że nie bardzo wiem do kogo skierowane są "ukojenia". Dla laika za trudne, dla eksperta zbyt banalne, dla "średniaka" niedopowiedziane. Dla mnie osobiście również trochę krzywdzące wobec interpretacji kopenhaskiej. Mam bowiem wrażenie, iż Gribbin widzi problem tylko w niej i obwinia przy tym Bohra twierdząc, że swym autorytetem zdecydował o jej popularności wśród fizyków. A może zwyczajnie ta interpretacja ma najmniejszy bagaż metafizyczny ze wszystkich?

Przechodząc do meritum problemu wynikającego z pisania o interpretacjach to moim zdaniem bez objaśnienia minimum formalizmu jakim operuje "klasyczna" mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, operatory, obserwable, zasada Borna) nie da się w pełni pojąć o co właściwie chodzi z tymi interpretacjami i dlaczego niektórzy nie akceptują wersji kopenhaskiej. Oczywiście, najważniejszy punkt wyjścia to doświadczenie z podwójną szczeliną, lecz nie mniej istotną kwestię stanowi teoria. (Polecam w tej materii dwie lektury z mała zaawansowaną matematyką: "Elementy mechaniki kwantowej dla filozofów" M. Heller, "Filozoficzne zagadnienia mechaniki kwantowej" A. Łukasik). Tego, między innymi, mi zabrakło w "Sześciu niemożliwych rzeczach". Gdyby interpretacje stanowiły tylko dodatek do "tajemnic subatomowego świata" to taki zarys w zupełności wystarczyłby. Niestety, gdy fabułę stanowi filozofia fizyki to koniecznością wręcz musi być pokazanie najpierw fizyki, a dopiero po niej aspektów filozoficznych.

Podsumowując - 5.5/10.

P.S. Zabrakło w książce też np. interpretacji relacyjnej czy obiektywnego kolapsu.

John Gribbin napisał bardzo zwięzłą (~100 stron) i niełatwą książeczkę o sześciu interpretacjach (czyli tytułowych kwantach ukojenia) fizyki kwantowej pt. „Sześć niemożliwych rzeczy. Kwanty ukojenia i tajemnice subatomowego świata”.

Wstępem (o nazwie konwulsja pierwsza) nie mogło być oczywiście nic innego jak opis eksperymentu z dwoma szczelinami (bądź dwoma otworami, jak...

„Zgodnie z tym, co głosi fizyka klasyczna, istnieje coś takiego jak obiektywna rzeczywistość. A jeśli granice rzeczywistości wytycza ‘przepustowość’ percepcji tego, co nas otacza, i filtry złożone z naszych uprzedzeń i poglądów?”

Lektura początkowych rozdziałów książki pt. „Śniadanie z cząstkami. Opowieść o nauce, jakiej jeszcze nie było” napawa optymizmem. Przedstawione w nich zostały ciekawe refleksje dotyczące nauki i omówiono jak dogmaty czy uprzedzenia sprawiają, że momentami postęp w nauce staje się niezwykle trudny, a także objaśniono pokrótce na czym polega zmiana paradygmatu. Okazuje się jednak, że kuszące kilka wstępnych fragmentów książki zostaje następnie zamienione na opowieść fantastyczno-naukową o wróżkach kwantowych czy przenikających przez ściany elektronach w barze - parafrazując porzekadło można by rzec, że im dalej w mikroświat tym więcej chaosu w książce.

Moim zdaniem ciężko cokolwiek zrozumieć z fizyki, a tym bardziej kwantowej, jeśli operuje się wyłącznie alegoriami i przypowieściami. „Wszystko powinno się robić tak prosto, jak tylko to jest możliwe, ale nie prościej” jak zauważył swego czasu Einstein. „Śniadanie z cząstkami” zaś przekracza pewną granicę „prostości”, za którą mamy już historie niemal rodem z Lema (nie umniejszając naturalnie literaturze fantastycznej). Dlatego też nie sposób rozeznać się na podstawie treści o co tak naprawdę chodzi z tunelowaniem kwantowym, zasadą nieoznaczoności, splątaniem kwantowym, itd. Dodatki na końcu książki lakonicznie starają się objaśnić trudniejsze pojęcia, lecz to zdecydowanie za mało. Oczywiście oprócz pierwszych części książki, które uważam za interesujące, znajdą się i dalej ciekawe akapity czy strony, ale całość wyszła bez polotu, a co gorsze bez solidnie przedstawionej wiedzy.

Nie chcę uchodzić za ignoranta zważywszy, że książka ma wiele pozytywnych opinii, aczkolwiek w kategorii przystępnych pozycji popularno-naukowych traktujących o fizyce kwantowej można znaleźć wiele wartościowszych dzieł.

Podsumowując, mocno rozczarowałem się (być może przez braki w wyobraźni) zawartością współdzieła fizyczki Soni Fernández Vidal i pisarza Francesca Mirallesa. Niemniej zgodzę się z przekazem wynikającym z tytułu - rzeczywiście nie było jeszcze takiej opowieści o nauce, a przynajmniej ja osobiście nie spotkałem się z taką formą przekazu popularno- fantastyczno-naukowego. Przekazu bardziej efektownego niż efektywnego. 5.5/10

„Zgodnie z tym, co głosi fizyka klasyczna, istnieje coś takiego jak obiektywna rzeczywistość. A jeśli granice rzeczywistości wytycza ‘przepustowość’ percepcji tego, co nas otacza, i filtry złożone z naszych uprzedzeń i poglądów?”

Lektura początkowych rozdziałów książki pt. „Śniadanie z cząstkami. Opowieść o nauce, jakiej jeszcze nie było” napawa optymizmem. Przedstawione...

„Właśnie takie jest znaczenie przełomowego pomysłu Heisenberga – pytanie o orbitę elektronu, który z niczym nie oddziałuje, nie ma sensu. Taki elektron nie znajduje się na żadnej określnej orbicie, ponieważ jego własności fizyczne sprowadzają się do tego, jak wpływa na inne obiekty, na przykład światło, które wysyła, gdy oddziałuje. Jeśli elektron nie oddziałuje, to nie ma własności.”

Carlo Rovelli, fizyk teoretyczny, jeden z czołowych przedstawicieli kandydatki na teorię wszystkiego – pętlowej grawitacji kwantowej, a także autor licznych książek popularnonaukowych, napisał esej historyczno-filozoficzny pt. „Helgoland. Sens kwantowej rewolucji”. Tytułowy Helgoland to wyspa położona na Morzu Północnym 70 km od niemieckiego wybrzeża, na której Werner Heisenberg, fizyk, noblista i twórca zasady nieoznaczoności, odkrył mechanikę kwantową w wersji macierzowej.

Praca Rovellego skupia się przede wszystkim na wprowadzeniu w jego własną propozycję pojmowania zachowania świata atomowego, czyli w tzw. relacyjną interpretację mechaniki kwantowej. Mamy zatem krótkie omówienie niektórych zasad fizyki kwantowej w 1 rozdziale oraz zwięzły opis 4 najbardziej znanych interpretacji teorii kwantowej (kopenhaskiej, wielu światów, ukrytych zmiennych oraz fizycznej redukcji funkcji falowej) w następnym. Pozostałe 5 rozdziałów stanowi już filozoficzno-fizyczna analiza interpretacji relacyjnej i niektórych tematów pobocznych, np. dosyć duży fragment poświęcony został problemowi świadomości.

Koncepcja mikroświata opartego na relacjach, a więc ukazywaniu się cech fizycznych jakiegoś obiektu jedynie poprzez oddziaływanie z innym, stanowi bardzo ciekawą alternatywę dla kopenhaskiej mechaniki kwantowej. Założenia tejże interpretacji można streścić fragmentem z książki:

„Najważniejsza idea jest prosta: nie możemy oddzielić własności obiektu od ciał, które z nimi oddziałują, bo jego własności mogą się przejawić tylko w wyniki takich oddziaływań. W ostatecznym rozrachunku wszystkie własności obiektu (zmienne) przejawiają się i istnieją jedynie w odniesieniu do innych obiektów.

Ten najważniejszy aspekt fizyki kwantowej nazywa się fachowo „kontekstowością”. Obiekty istnieją zawsze w jakimś kontekście.

Odizolowany obiekt, rozważany oddzielnie, w oderwaniu od jakichkolwiek oddziaływań, nie przybywa w żadnym określonym stanie. Możemy mu najwyżej przypisać pewną probabilistyczną skłonność do ujawnienia się w taki czy inny sposób. […]”

Relacyjna mechanika kwantowa pozwala pozbyć się niektórych trudności pozostałych interpretacji, jak choćby problemu obserwatora, kwestii fizyczności fali prawdopodobieństwa, wielu światów czy tajemniczych zmiennych. Tym niemniej, podobnie jak inne, nie posiada silnego argumenty, który mógłby przemawiać na jej korzyść.

Książka Carlo Rovellego to dosyć trudna i miejscami frustrująca pozycja popularnonaukowa. Głównie dlatego, że mało w niej opisów samych zjawisk kwantowych, a dużo pisania o płynących z nich konsekwencjach filozoficznych. Do tego głęboka analiza sporu Lenina z Bogdanowem moim zdaniem niewiele wnosi do głównego wątku lektury. Gdyby autor skupił się więcej na fizyce i cechach relacyjnej interpretacji mechaniki kwantowej zamiast na szukaniu motywów filozoficznych powstania własnej idei to zdecydowanie moja ocena byłaby wyższa. 6/10 – można przeczytać, ale nie polecam.

„Właśnie takie jest znaczenie przełomowego pomysłu Heisenberga – pytanie o orbitę elektronu, który z niczym nie oddziałuje, nie ma sensu. Taki elektron nie znajduje się na żadnej określnej orbicie, ponieważ jego własności fizyczne sprowadzają się do tego, jak wpływa na inne obiekty, na przykład światło, które wysyła, gdy oddziałuje. Jeśli elektron nie oddziałuje, to nie ma...

Chad Orzel, profesor fizyki z Union College w Schenectady w stanie Nowy York, w swojej książce pt. "Śniadanie z Einsteinem. Zdumiewające zjawiska kwantowe wokół nas." podjął się trudnego zadania wytłumaczenia podstaw działania zjawisk ze świata kwantów, na których opiera się funkcjonowanie wielu otaczających nas na co dzień urządzeń, tudzież wyjaśnienia niektórych nietrywialnych aspektów natury. Dodatkowo, starał się przekazać swoja wiedzę jak najdokładniej i bez zbędnych uproszczeń lecz zarazem w formie popularnej. Biorąc pod uwagę to karkołomne zadanie autorowi jak najbardziej należą się wyrazy uznania. Niemniej, mam doprawdy mieszane uczucia po przeczytaniu "Śniadania z Einsteinem".

Książka rozpoczyna się naprawdę fenomenalnie. Pierwsze dwa rozdziały przypominały mi nieco "Dlaczego rzeczy są takie jakie są", noblisty Subramanyana Chandrasekhara, czyli książkę, którą stawiam za wzór literatury popularnonaukowej. Przyznam się nawet, iż w moim uznaniu Chad Orzeł przedstawił jedno z najlepszych objaśnień "katastrofy w nadfiolecie" tj. problemu związanego z promieniowaniem ciała doskonale czarnego, który jak się później okazało, zapoczątkował prace nad teorią kwantową. Autor wychodząc od klasycznego pojęcia zasady ekwipartycji energii, będącej częścią tzw. rozkładu Maxwella-Boltzmanna, poprzez rzetelną krok po kroku analizę modelu Rayleigha–Jeansa, wykazał dlaczego te obliczenia prowadzą do absurdalnych i niepokrywających się z rzeczywistym rozkładem energii promieniowania w ciele doskonale czarnym wyników. Dopiero Max Planck, swoją "kwantową sztuczką", poprawnie wyjaśnił prawidłowy obraz tego promieniowania.

Byłem doprawdy pod wielkim wrażeniem początkowej treści. Niestety, dalej zaczęło się dziać coś dosyć dziwnego. Ciągle bardzo ambitny poziom rozdziałów zaczął zawierać coraz więcej niedopowiedzeń i analogii, które ciężko wyjaśnić bez zaprezentowania choćby prostych wzorów fizycznych. Napiszę wprost - zacząłem się gubić. Pomimo, że wiele z tej problematyki było mi znane już wcześniej. Bardzo trudno choćby wyglądały opisy orbitali elektronowych oraz wynikająca z nich chemia, ogólna tematyka liczb kwantowych czy obraz samego spinu. Mając odniesienie do książki Chandrasekhara, gdzie w prosty sposób wyjaśniono np. własności liczb kwantowych i pokazano nawet jak prosto je obliczyć, w "Śniadaniu z Einsteinem" powstał pewien miszmasz z nieścisłości i zagmatwanego rozumowania (oczywiście możliwe również, że za odbiór tego dzieła odpowiada po prostu moje (nie)rozumienie tak trudnych problemów).

Oceniam książkę na 6/10. Osobiście wołałbym dostać od autora analizę mniejszej ilości problemów, ale przedstawioną jak w pierwszych rozdziałach, ewentualnie dwukrotnie dłuższą książkę. Odnoszę bowiem wrażenie, że zamysł autora jak i wstępna jego realizacja były znakomite. Potem zaś zwyciężyła koncepcja w myśl której nie wypada tworzyć książki popularnonaukowej o zbyt wielkiej objętości - a szkoda, gdyż czuję swego rodzaju złość wymieszaną z olbrzymi niedosytem.

Chad Orzel, profesor fizyki z Union College w Schenectady w stanie Nowy York, w swojej książce pt. "Śniadanie z Einsteinem. Zdumiewające zjawiska kwantowe wokół nas." podjął się trudnego zadania wytłumaczenia podstaw działania zjawisk ze świata kwantów, na których opiera się funkcjonowanie wielu otaczających nas na co dzień urządzeń, tudzież wyjaśnienia niektórych...