Jesteśmy społecznością, która kocha książki

Mechanika kwantowa to największa, dokonana w XX wieku, rewolucja widzenia świata. Dzięki niej mamy lasery, elektronikę od elektrowni atomowej przez narzędzia obrazowania mózgu po komputery i telefony. Teoretyczne wyliczenia parametrów fundamentalnych uzyskane dzięki niej zgadzają się do milionowych części z uzyskiwanymi doświadczalnie wartościami. Żadna inna teoretyczna koncepcja opisu świata nie jest tak dokładnie zbieżna z doświadczeniem. Jednak od jej powstania w połowie lat 20-tych ubiegłego wieku, istnieje niewyeliminowane napięcie między fizykami. Chodzi o jej fundamenty, interpretację jej sensu. Książka "Duch w atomie" daje wyraz tym, ciągłe trwającym, sporom między naukowcami. Autorzy Davies i Brown zawarli w niej kilkudziesięciostronicowe wprowadzenie w tematykę, a następnie zaprezentowali 8 rozmów radiowych z wybitnymi fizykami, które miały miejsce w 1986 roku w BBC. Centralne pojęcie omawiane i dyskutowane w książce to POMIAR. Jak go interpretować? Jaki wpływ na wynik ma obserwator? Co jest informacją i czy może ona poruszać się szybciej od światła? Czy istnieje, realizowany w praktyce, układ izolowany? Problem jest fundamentalny, bo już w pierwszym zdaniu autorzy przytaczają stwierdzenie Nielsa Bohra, 'ojca' kanonicznej interpretacji podstaw mechaniki kwantowej (str. 7),jako reklamę tematu: "... jeśli ktoś nie jest zszokowany mechaniką kwantową, to widocznie jej nie zrozumiał". Książka jest próbą pokazania w sposób dostępny dla laika, czemu tak jest, że mechanika kwantowa wymyka się pełnemu zrozumieniu na poziomie racjonalnym. Trzeba przyznać, że wypełnia to zadanie świetnie. Cały problem ze zrozumieniem tej teorii wynika z kilku faktów. Jeden to dualna natura cząstek elementarnych (np. foton, elektron),które czasami objawiają się swą naturę fali, czasami zachowują się jak punktowe cząstki. Kolejny, to prowadząca do paradoksów propagacja cząstek. Normalnie ewoluują deterministycznie (czyli jak w fizyce klasycznej - zgodnie z równaniami, określającymi DOKŁADNIE przyszły stan),natomiast w momencie pomiaru następuje probabilistyczny wybór jednej z możliwych teoretyczne wartości. Ponadto tzw. zasada nieoznaczoności Heisenberga narzuca na cząstki niezrozumiałe ograniczenie, które jest sprzeczne z naszą intuicją. Nie możemy bowiem jednocześnie Z DOWOLNĄ DOKŁADNOŚCIĄ zmierzyć pędu cząstki i jej położenia. I nie ma to związku z ograniczeniami sprzętowymi. Dla zobrazowania tych problemów autorzy przytaczają na początek doświadczenie Younga, gdzie przelatujące przez szczeliny fotony zachowują się tak, jakby wiedziały, ile akurat szczelin jest otwartych przed nimi (str. 20). Na zasadę Heisenberga niezgodą radykalnie zareagował Einstein wymyślając coraz to nowe eksperymenty, które miały obalić koncepcje fizyków kwantowych. Za każdym razem Bohr, Heisenberg czy Pauli potrafili odpowiedzieć. W 1935 Einstein wytoczył największe działo, publikując wraz z Podolskym i Rosenem artykuł, który miał ostatecznie rozstrzygnąć, kto ma rację. Praca ta na kilka dziesięcioleci zaangażowała największych fizyków w spór i poszukiwanie odpowiedzi jak rozumieć mechanikę kwantową (problem od nazwisk autorów nazwano paradoksem EPR). W problemie chodzi o próbę zrozumienia, jakim cudem dwie cząstki, które rozdzielono, mogą w sposób natychmiastowy uzgodnić parametry, którymi się charakteryzują, a które wydają się być jakoś skorelowane (str. 25-27). W 1964 paradoks EPR został rozstrzygnięty teoretycznie przez Johna Bella, zaś eksperyment doświadczalny przeprowadził Alain Aspect w 1982. Obaj panowie są rozmówcami w książce i w sposób bardzo interesujący opowiadają o problemie EPR i ich własnych zmaganiach z tym paradoksem. Z ich ustaleń wynika, że albo trzeba zrezygnować z faktu, że prędkość światła jest maksymalną możliwą prędkością wymiany informacji, albo nie istnieje obiektywna rzeczywistość (str. 67) . Te dwie drogi wciąż dzielą naukowców i przyczyniły się do powstania wielu alternatywnych wobec kanonicznej, tzw. kopenhaskiej interpretacji mechaniki kwantowej. Drugi cios, niejednoznacznym podstawom kwantowemu opisowi świata, starał się zadać w tym samym 1935 roku, Erwin Schrödinger, prezentując tzw. paradoks z kotem (nazwany jego nazwiskiem). Autorzy książki, we wstępie, krótko opisują paradoks (str. 42-44) . Sprowadza się on do stwierdzenia, że mechanika kwantowa poprzez niemożliwość jednoznacznego opisania stanu atomu zanim nie dokona się pomiar, prowadzi do absurdu, że kot (którego życie powiązano z atomowym eksperymentem),jest jednocześnie 'żywy' i 'martwy', dopóki tego nie sprawdzimy. Konsekwencje tego myślowego eksperymentu pozbawiają nas złudzeń, że świat kwantowy da się rozumieć na poziomie naszego, intuicyjnego i ograniczonego, pojmowania rzeczywistości. Między innymi te dwa paradoksy doprowadziły do powstania kilkudziesięciu możliwych interpretacji sensu mechaniki kwantowej. Mamy miedzy innymi koncepty ukrytych zmiennych Bohma, multiświaty Everetta. Dyskusja trwa, a jej końca nie widać. Aby oswoić to, czego się nie rozumie, trzeba się z tym zmierzyć. Mechanika kwantowa daje na to szansę bez cienia wstydu, a ta książka jest dobrą drogą świadomego obcowanie z ograniczeniami nas samych. "Duch w atomie" to potężna w treści pozycja. Liczy zaledwie 180 stron, ale prezentuje bogactwo tematów, wiedzy o największej przygodzie człowieka z pojmowaniem, czym jest rzeczywistość. Przy tym nie zawiera żadnego równania, więc powinien ją przeczytać każdy.