Problemy 01/1993
Kot Schródingera jest żywy czy martwy? Jak się okazuje, na poziomie kwantowym jest on jednocześnie żywy i martwy. Jeśli do tej pory uważałeś, że tego typu bajki fizyków wynikają z niedokładności pomiaru lub praw statystycznych masz wyjątkową okazję zderzyć swoje przekonania z wyjątkowo dobrze podaną i druzgocząco nieoczywistą wiedzą dotyczącą świata na poziomie subatomowym. Ten artykuł to sztandarowy przykład świetnie i klarownie podanej wiedzy, wiedzy dotyczącej bardzo trudnych tematów.
Gorąco polecam.
Citronian-Man
----------------------------------------------------------------
Teoria kwantów doskonale opisuje wszystkie znane nam zjawiska oprócz grawitacji i świadomości; teoria ta została potwierdzona w niezliczonych doświadczeniach i chyba tylko bardzo nieliczni dopuszczają możliwość jej obalenia. Jednakże mimo tych oczywistych sukcesów wielu fizyków uważa, że podstawowa struktura pojęciowa teorii kwantów jest niezadowalająca i od czasu jej powstania do dzisiaj podejmowane są próby nadania tej teorii bardziej adekwatnej interpretacji.
W przeciwieństwie do innych teorii fizycznych teoria kwantów nie zrodziła się w wyniku świadomego namysłu; została ona narzucona ludzkości przez ujawniający się wszędzie w mikroświecie zagadkowy dualizm cząstkowo-falowy, wywołując w umysłach fizyków silny dysonans ze zdroworozsądkową wiedzą.
Twórca koncepcji fal materii, Louis de Broglie, nigdy nie zaakceptował ich probabilistycznej interpretacji. Werner Heisenberg, w którego świadomości najpierw pojawiła się koncepcja nowej teorii, podejrzewał, że są to zapewne bzdury, i nie spieszył się z opublikowaniem swojej pracy na ten temat. Uczynił to dopiero pod wpływem swoich kolegów.
Także Erwin Schródinger, który sformułował słynne równanie nazwane jego imieniem oraz wprowadził do fizyki funkcję falową, podczas dyskusji z Heisenbergiem i Bohrem w 1926 r. powiedział:, Jeżeli całe to przeklęte przeskakiwanie kwantowe miałoby rzeczywiście pozostać, to żałowałbym, że w ogóle wmieszałem się w teorię kwantów". Albert Einstein zaś kiedyś powiedział, że jeżeli mechanika kwantowa jest prawdziwa, to świat jest szalony. Einstein nigdy nie mógł pogodzić się z teorią kwantów i projektował różne doświadczenia myślowe, aby wykazać jej bezsensowność, argumentując, że Bóg nie gra w kości.
Niels Bohr, inspirator interpretacji kopenhaskiej obowiązującej w mechanice kwantowej, dowodził natomiast, że poglądy Einsteina są przestarzałe i pouczał go, że celem pracy naukowca nie jest mówienie Bogu, w jakie sposób ma zarządzać światem. Ale również Bohr nie był zachwycony teorią kwantów; po wygłoszeniu przemówienia na kongresie filozofów pozytywistów był bardzo niezadowolony z tego, że przyjęli tak życzliwie wszystko, co im mówił o teorii kwantów, i powiedział: „Ten, kto słysząc po raz pierwszy o kwancie działania nie dostaje zawrotu głowy, w ogóle nie zrozumiał, o czym mowa". Nawet w 1958 r. Bohr w swej książce „Atomie Physics and Human Knowledge" napisał, że „w ogóle nie ma świata kwantowego, jest tylko abstrakcyjny, kwantowy opis fizyczny".
Sugerowaną przez Bohra koncepcją komplementarności - według której opisy, falowy i korpuskularny, wzajemnie się uzupełniają - Euan Squires z University of Durham w Anglii skomentował następująco: „Idea komplementarności w teorii kwantów musi jednak przyjąć, że te dwa opisy są sprzeczne; chociaż oba są ważne pod niektórymi względami, nie mogą być dopasowane razem i nie mamy żadnej racji, aby oczekiwać, że będą. Nie ma rozumowego obrazu układu, który zawiera oba komplementarne opisy. W tym stanie rzeczy ortodoksyjna interpretacja zaczyna brzmieć jak czary, jak zbiór pustych słów, które świadczą tylko o tym, że rzeczywiście nie rozumiemy teorii kwantów".
Podobny pogląd wyraził współtwórca najlepiej poznanej dziedziny teorii kwantów - elektrodynamiki kwantowej, czyli kwantowej teorii pola elektromagnetycznego i jego oddziaływania z cząstkami naładowanymi, głównie elektronami - Richard P. Feynman, który rozpoczął swoje popularne wykłady z tej teorii, opisane w jego książce „QED osobliwa teoria światła i materii" słowami: „To, o czym będę mówił, stanowi przedmiot wykładów dla studentów studiów doktoranckich - czy sądzicie, że mogę to wytłumaczyć tak, abyście zrozumieli? Nie, nie zdołacie zrozumieć. [...] Nie rozumieją tego moi studenci fizyki. Sam tego nie rozumiem. Nikt tego nie rozumie".
Znany nie tylko wśród fizyków wybitny fizyk i filozof Carl von Weizsacker w swojej książce „Jedność przyrody" zaś napisał „[...] nie jestem w stanie rozumieć teorii kwantów, jeśli nie rozumiem Platona (świata idei Platona - Z.M.J.)".
Mimo takiego stanu rzeczy przez kilkadziesiąt lat, aż do niedawna, większość fizyków nie przejmowała się zbytnio tymi sprawami. Wyraził to jasno Eyvind Wichmann w swoim znanym wśród fizyków podręczniku fizyki kwantowej wydanym w 1971 r. - gdzie napisał: „Autor nie przeczy, że zagadnienie przewidywalności czy nieprzewidywalności jest w zasadzie interesującym pytaniem i że jest to właściwy przedmiot do filozoficznych spekulacji. Warto jednak wspomnieć, że zawodowi fizycy obecnie zdają się nie przywiązywać żadnej wagi do tych zagadnień. Autor nie może sobie przypomnieć ani jednej dyskusji przy obiedzie, w której wspomniano by kiedykolwiek o tej sprawie. (W rozmowach przy obiedzie porusza się na ogół wszystkie zagadnienia, które zajmują myśli fizyków.) Można chyba powiedzieć, że fizycy bardzo mało myślą o teorii pomiarów w mechanice kwantowej, z wyjątkiem sytuacji, kiedy prowadzą wstępny wykład dla studentów na ten temat".
Squires wyjaśnił ten brak zainteresowania wymienionym problemem w następujący sposób: „Ważnym aspektem ortodoksji w teorii kwantów jest milcząca doktryna mniej więcej taka: teoria sprawdza się, więc nie należy martwić się zbytnio, dlaczego tak jest, i trzeba jedynie stosować ją nadal!" A twórca koncepcji kwarków Murray Gell-Mann uzasadnił to na- stępująco: „Fakt, że adekwatne opracowanie filozoficzne było tak długo odkładane, jest bez wątpienia spowodowany faktem, że Niels Bohr tak wyprał mózgi całej generacji teoretyków, iż myślą, że praca została wykonana pięćdziesiąt lat temu".
Sprecyzujmy więc to, czego głównie nie rozumiemy. Jak wiadomo, stan układu mikroskopowego jest w teorii kwantów wyrażony - w języku matematyki - za pomocą funkcji falowej. Funkcja ta, określona w czasie i przestrzeni, zawiera maksymalną informację, jaką w ogóle można uzyskać o stanie badanego układu w danej chwili oraz o jego ewolucji w czasie. Oprócz wskazania zbioru wartości liczbowych, które dana wielkość fizyczna może przyjmować, funkcja falowa informuje jeszcze o tym, jakie jest prawdopodobieństwo doświadczenia (otrzymania) każdej z tych wartości podczas pomiaru. Funkcja falowa nie przepowiada natomiast tego, którą z tych wartości otrzyma się dzięki pomiarowi, chyba że już wcześniej ktoś wykonał pomiar i jest już wiadomo, jaką wartość przyjmuje dana wielkość fizyczna w badanym układzie.
W przeciwieństwie do fizyki klasycznej opisującej bezpośrednie, świadome doznania (poznawalne za pomocą narządów zmysłowych obiekty materialne i ich położenia podlegają newtonowskim prawom ruchu, tak że w ogóle zapominamy o świadomości), podstawowe pojęcia występujące w teorii kwantów, takie jak funkcja falowa i prawdopodobieństwo, nie są przedmiotem świadomego doświadczenia zmysłowego.
Mechanika kwantowa jest zupełnie zadowalającą teorią funkcji falowej, zmieniającej się z czasem w sposób deterministyczny. Z funkcji tej można dowiedzieć się wiele o zbiorach możliwych wartości badanych wielkości fizycznych, a także o prawdopodobieństwach otrzymania poszczególnych wartości podczas pomiaru, ale czegoś jeszcze potrzeba, aby „stworzyć" te wartości. Człowiek jest zdolny do wykonywania takich pomiarów wielkości fizycznych, dzięki którym otrzymuje tylko jedną wartość liczbową dla każdej mierzonej wielkości; możemy być świadomi tylko jednego wyniku pomiaru. I ten dysonans poznawczy między tym, co teoria kwantowa oferuje, a tym, co uzyskujemy podczas pomiaru, budzi niezadowolenie u wielp fizyków. Gdyby nie ta świadomość pojedynczego wyniku pomiaru, opis świata fizycznego, jaki daje teoria kwantów, byłby zadowalający. W ten sposób zrodził się problem polegający na tym, jak przywrócić współzależność między pojedynczym wynikiem pomiaru, którego człowiek jest świadomy, i opisem, jaki daje fizyka kwantowa. Zagadnienie to nazwano problemem pomiarowym w mechanice kwantowej. Aby jeszcze bardziej przybliżyć ten problem Czytelnikowi, pokażę go w czterech prostych przykładach, związanych z pomiarami w świecie mikroskopowym.
Przykład 1
Otrzymana z równania Schródingera funkcja falowa danego obiektu, np. elektronu, jest zazwyczaj wygładzona i często nigdzie nie przyjmuje zerowych wartości. Według interpretacji kopenhaskiej oznacza to, że cząstkę odpowiadającą tej funkcji falowej można znaleźć w każdym punkcie przestrzeni; inaczej mówiąc, położenie tej cząstki można „stworzyć" wszędzie z określonym prawdopodobieństwem, na ogół różnym dla różnych punktów w przestrzeni. Jeżeli natomiast wykonamy pomiar, to znajdziemy ją tylko w jednym miejscu; otrzymamy tylko jedno jej położenie. I nie możemy interpretować tego faktu w ten sposób, że przed pomiarem cząstka znajduje się w jakimś punkcie przestrzeni, ale nie wiemy w którym. Przyjmując takie wyjaśnienie nie moglibyśmy zrozumieć interferencji fal materii. ,
Przykład 2
Wyobraźmy sobie układ składający się z pewnej bariery ujemnego potencjału i elektronu lecącego z jakąś prędkością z lewej strony, w kierunku tej przeszkody. Celem doświadczenia jest znalezienie odpowiedzi na pytanie: czy elektron pokona barierę? Według fizyki klasycznej możemy dokładnie przewidzieć - gdy znamy własności obiektu i bariery-czy obiekt przeleci przez barierę, czy też zostanie przez, nią zatrzymany. W opisie kwantowym natomiast znana jest tylko funkcja falowa obiektu, którą otrzymuje się z równania Schródingera; gdy więc fala de Broglie'a elektronu zbliży się do bariery, na przykład od lewej strony, część funkcji falowej zostanie odbita od bariery, część zaś przeniknie przez barierę. W ten sposób funkcja falowa ma określone wartości po obu stronach bariery (ryc. Ib). Zgodnie z interpretacją kopenhaską teoria kwantów informuje nas jedynie o tym, jakie jest prawdopodobieństwo pokonania bariery przez elektron.
To zjawisko nazwano „redukcją" lub „zawaleniem się" (ang. collapse) funkcji falowej. Ażeby należycie zrozumieć niezwykłość tego zjawiska, należy pamiętać, że funkcja falowa nie jest jedynie stwierdzeniem naszej wiedzy o danym układzie fizycznym w sensie klasycznego prawdopodobieństwa, według którego w rozważanym przypadku cząstka miałaby określony procent szans przebywania po lewej stronie bariery i określony procent szans przebywania po jej prawej stronie. W przypadku takiej interpretacji układ ten byłby opisany przez matematyczną funkcję rozkładu prawdopodobieństwa i po wykonaniu pomiaru zmieniłby się tylko stan naszej wiedzy o układzie. Nic natomiast nie wydarzyłoby się w świecie fizycznym. Taka interpretacja funkcji falowej jest prosta, ale nie znajduje zastosowania w fizyce kwantowej, albowiem nie wyjaśnia zjawiska interferencji fal materii. Trzeba więc z konieczności przyjąć, że właśnie funkcja falowa jako amplituda fali de Brog- lie'a elektronu jest badanym elektronem; fala de Broglie'a elektronu i elektron to jedna i ta sama rzecz i nie ma nic poza tym, jeżeli myślimy tylko o elektronie. A wtedy powinno stać się jasne, że „zawalenie się" lub inaczej „redukcja" funkcji falowej przy pomiarze stanowi prawdopodobnie jedną z największych zagadek nie tylko w fizyce, ale także w filozofii.
Przykład 3
Trzecie doświadczenie dotyczy pomiaru spinu elektronu. Jak wiadomo, cząstka ta ma spin połówkowy i w danym kierunku przyjmuje jedną z dwóch wartości: albo +1/2 albo -1/2; dla uproszczenia oznaczam je symbolami: „+" i „-". Naśladując słynne myślowe doświadczenie Schródingera zastosuję do pomiaru spinu odpowiednią aparaturę, zmodyfikowaną w ten sposób, że miernik jest połączony ze spustem naładowanego rewolweru, wycelowanego w kota. Cały zestaw wraz ze źródłem elektronu, właściwą aparaturą pomiarową oraz rewolwerem i kotem umieszczam w specjalnym pojemniku, z którego nie wydostaje się na zewnątrz żadna informacja. Połączenie aparatury pomiarowej z rewolwerem jest takie, że gdy elektron ma spin „+" to rewolwer strzela i zabija kota, jeżeli zaś spin ma wartość „-", to nie strzela i kot jest żywy.
Według mechaniki kwantowej, przed pomiarem rozważany układ jest opisany przez funkcję falową obejmującą oba wyniki; inaczej mówiąc, układ ten znajduje się w stanie, w którym kot jest i żywy, i martwy! Z równania Schródingera nie można w ogóle otrzymać takiej funkcji falowej, która nie zawierałaby obu tych możliwości, co jest zrozumiałe, ponieważ równanie to opisuje ewolucję układów w czasie w sposób deterministyczny. Należy więc przyjąć, że funkcja falowa opisująca elektron zawiera zarówno stan „+" jak i stan „-"
W wyniku pomiaru otrzymujemy natomiast probabilistycznie tylko jedną z tych dwóch możliwości: albo „+" (kot martwy) albo „-" (kot żywy). Wynik pomiaru nie jest znany, dopóki ktoś nie otworzy pojemnika i nie zbada stanu kota. Jeżeli jednak okaże się, że kot jest martwy, czyli spin elektronu jest „ + ", to już raczej niemożliwe jest uzyskanie wyniku „-" (ożywienie kota), a zatem część funkcji falowej zawierająca stan „-" powinna zredukować się do zera. I może nasunąć się pytanie: kiedy ta redukcja funkcji falowej następuje? Czy przed wystrzałem, czy wtedy gdy rewolwer strzela lub gdy kot traci życie, czy też wtedy, kiedy w rezultacie zbadania kota informacja o jego stanie dociera do czyjejś świadomości?
Ogólnie rzecz biorąc można powiedzieć, że niezaobserwowany obiekt mikroskopowy istnieje jako spójne nałożenie się wszystkich możliwych jego stanów, jakie dopuszcza funkcja falowa. Dopiero wtedy, kiedy obserwator dokonuje pomiaru umożliwiającego rozróżnienie tych stanów, a więc pomiaru jakiejś wielkości fizycznej, np. spinu, funkcja falowa „redukuje się", czyli badany obiekt przechodzi w jeden określony stan. John Wheeler z Princeton University wyjaśnia, że zjawiska kwantowe nie są ani falowe, ani cząstkowe, ale pozostają wewnętrznie nieokreślone aż do chwili wykonania pomiaru. Dzisiaj wiadomo, że fotony, neutrony a nawet całe atomy mogą zachowywać się czasem jak cząstki, czasem jak fale, ale o tym, czy są cząstkopodobne, czy falopodobne, dowiadujemy się dopiero podczas pomiaru.
Dawniej sądzono, że pomiar wymaga bezpośredniego zaburzenia stanu badanego obiektu i w ten sposób interpretowano zasadę nieoznaczoności. Wprawdzie w większości przypadków rzeczywiście dokonuje się pomiarów zaburzających, jednakże w 1991 r. Leonard Mandel z University of Rochester i jego współpracownicy stwierdzili doświadczalnie, że raczej informacja niż bezpośrednie oddziaływanie obserwatora lub jego aparatury pomiarowej może zmienić zachowanie fotonu z falopodobnego na cząstkopodobne! Co więcej, grupa Raymonda Chiao z University of California w Berkeley odkryła w 1992 r., że przez wymazanie informacji, która wywołała zmianę zachowania fotonu z falopodobnego na cząstkopodobne, można z powrotem odzyskać falopodobne własności fotonów! Mogłoby to oznaczać, że zredukowaną funkcję falową można dzięki wymazaniu informacji znów złożyć w jedną całość. A więc w przypadku opisanego pomiaru spinu elektronu oznaczałoby to, że po wymazaniu informacji o zmierzonej wartości spinu można przejść ze stanu, w którym kot jest bądź żywy, bądź martwy - z powrotem do stanu, w którym kot jest i żywy, i martwy.
Przykład 4
W 1935 r. Albert Einstein i jego dwaj młodzi współpracownicy, Borys Podolski i Nathan Rosen, zaproponowali myślowy eksperyment, który miał pokazać, że mechanika kwantowa jest błędna. Zapytali mianowicie, co stanie się, gdy cząstka złożona z dwóch protonów rozpadnie się, wysyłając protony w przestrzeń? Według mechaniki kwantowej, dopóki obydwa protony nie zostaną zaobserwowane, dopóty ich własności są nieokreślone; tzn. nałożone są we wszystkie możliwe ich stany; każdy z wymienionych protonów porusza się więc we wszystkich możliwych kierunkach. Z zasady zachowania pędu wynika natomiast, że jeżeli jeden z protonów kieruje się na zachód, to drugi musi podążać na wschód. Mierząc zatem pęd jednego z protonów, tym samym znamy pęd drugiego z nich, nawet wtedy gdy zawędrował już do odległej galaktyki. Einstein twierdził, że wszystkie własności każdego z protonów muszą być ustalone w chwili rozpadu wymienionej cząstki utworzonej z dwóch protonów, gdyż w przeciwnym razie miałoby miejsce jakieś „działanie duchów na odległość".
Aż do lat sześćdziesiątych większość fizyków uważała, że problem ten jest wyłącznie teoretyczny, lecz w 1964 r. John Bell z Europejskiego Ośrodka Badań Jądrowych (CERN) w Genewie pokazał, że w przypadku cząstek związanych ze sobą teoria kwantów rzeczywiście przewiduje silniejsze korelacje o charakterze statystycznym, niż sugerował Einstein. Przewidywania Bella zostały niedawno potwierdzone doświadczalnie przez AJaina Aspecta z Uniwersytetu w Paryżu oraz Johna Rarity'ego i Paula Tapstera z Royal Signals and Radar Establishment w Anglii. Einsteinowskie „działanie duchów na odległość" okazało się więc faktem!
Przedstawiony w powyższych przykładach problem pomiarowy - oraz związane z nim najnowsze odkrycia - jest wystarczająco ważny, aby zainteresować nie tylko fizyków, ale także filozofów. Nie dotyczy on bowiem tylko jednej szczególnej teorii, ale w ogóle doświadczalnego poznawania świata materialnego. Wymienione fakty zdają się przypominać w pewnym sensie myśli starożytnego filozofa greckiego Platona i osiemnastowiecznego filozofa angielskiego George'a Berkeleya .
W ciągu ostatnich dziesięcioleci podjęto wiele prób rozwiązania tego problemu, co nie powinno dziwić, jeżeli nie zapomni się o fakcie, że mechanika kwantowa jest fundamentalną teorią świata fizycznego. Niektórzy fizycy sugerowali nawet zastąpienie tej teorii jakimś nowym opisem świata fizycznego lub przynajmniej uzupełnienie równania Schródingera jakimś dodatkowym członem. Inni natomiast proponowali jedynie zmianę jej interpretacji lub tylko uzupełnienie interpretacji kopenhaskiej.
Podsumowując kiedyś długą i bardzo krytyczną dyskusję nad pewną propozycją nowej teorii cząstek elementarnych Bohr powiedział: „Zgadzamy się wszyscy, że teoria jest szalona. Pytanie, które nas dzieli, brzmi jednak: czy jest wystarczająco szalona, by mogła być prawdziwa?"
Jako wyjaśnienie wszystkich tych „szaloności" chciałbym teraz przedstawić koncepcję cytowanego już Euana Squiresa - opublikowaną w 1990 r., w jego książce „Conscious Mind in the Physical World" i innych artykułach. O tym, czy jest wystarczająco szalona, mogą zadecydować tylko przyszłe eksperymenty. Jest to koncepcja oparta na założeniu, że istnieją dwa fundamentalnie różne światy: świat zjawisk fizycznych i świat treści świadomości .
Przed prezentacją tej koncepcji chciałbym zwrócić uwagę na fakt nie zawsze dostrzegany przez nie- -fizyków, że w świecie fizycznym, jaki przedstawia współczesna fizyka, nie ma jasności, kolorów, dźwięków, zapachów, smaków, zimna, ciepła i tego wszystkiego, co odczuwamy dzięki zmysłowi dotyku, a także bólu, przyjemności itd. Wprawdzie fizycy opisując zjawiska fizyczne często używają takich terminów, jak „ciepło", fale „głosowe", promieniowanie „podczerwone" lub „nadfioletowe", „światło", prędkość rozchodzenia się „światła" lub „dźwięku", a nawet „kolorowe" kwarki itd., ale każdy fizyk wie, że tym nazwom przypisuje się zupełnie inne znaczenie fizyczne. Należy jednak zaznaczyć, że percepcji zmysłowej dokładnie odpowiadają określone zjawiska fizyczne, jak to pokazałem w tabeli. Istnieją dwie możliwości wyjaśnienia tego faktu: albo opis, jaki daje współczesna fizyka jest nieadekwatny do realnie istniejącego jakiegoś Wszechświata, którego nie znamy, albo wymienione zjawiska należą do innego świata, którego fizyka nie opisuje. W tym ostatnim przypadku można by powiedzieć, że te zjawiska należą do świata świadomości, ponieważ jesteśmy świadomi ich istnienia.
Pierwszą świadomościową teorię pomiaru zaproponował w 1962 r. znakomity fizyk amerykański węgierskiego pochodzenia Eugene Paul Wigner, laureat Nagrody Nobla. Zgodnie z jego hipotezą redukcja funkcji falowej następuje wtedy, kiedy świadoma jaźń dowiaduje się o wyniku pomiaru. Wśród wybitnych uczonych, sympatyków tej hipotezy, był także twórca matematycznych podstaw mechaniki kwantowej i współtwórca komputera, John von Neumann.
Squires podjął ostatnio próbę rozwiązania problemu pomiarowego w teorii kwantów łącząc świadomościową koncepcję pomiaru z tzw. wieloświatową interpretacją teorii kwantów, zaproponowaną po raz pierwszy w 1957 r. przez Hugha Everetta z Princeton. Według Everetta, zakładającego istnienie funkcji falowej Wszechświata, nie ma redukcji funkcji falowej, bowiem sam pomiar sprawia, że Wszechświat „rozszczepia się" na wiele gałęzi odpowiadających różnym wynikom pomiaru. Squires sądzi jednak, że lepszą nazwą dla tej hipotezy byłoby raczej określenie „wiele widoków jednego Wszechświata".
Uważa on, że „fizyka" zdefiniowana przez teorię kwantów jest całkowicie opisana przez funkcję falową, tj. przez niematerialny obiekt istniejący we wszystkich punktach przestrzeni i czasu i ewolujący z czasem zgodnie z liniowym równaniem, które w przybliżeniu nierelatywistycznym (dla małych prędkości w porównaniu z prędkością światła) jest równaniem Schródingera. Podobny pogląd wyraził John Bell pisząc w swej książce „Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics", że teoria kwantów nie ma kłopotów z dualizmem falowo-korpuskularnym, ponieważ ona nie ma żadnych cząstek.
Taka fizyka nie obejmuje jednak - ogólnie rzecz biorąc - nic takiego, co odpowiadałoby naszemu świadomemu doświadczeniu jednego wyniku pomiaru. Zatem nasuwa się wniosek, że musi być poza fizyką jeszcze jakiś dodatkowy składnik rzeczywistości, który przyporządkowuje nasze doświadczenie funkcji falowej. Squires sądzi, że tym składnikiem jest świadomość, ponieważ wiadomo, że na pewno istnieje i nie ma dla niej naturalnego miejsca w fizyce. Cząstki natomiast ukazują się dzięki jakiemuś wpływowi świadomości na funkcję falową. Świadomość jednak nie zmienia funkcji falowej, lecz spośród szeregu opcji dawanych przez funkcję falową, czyli fizykę, wybiera świat doświadczany przez człowieka.
Taka koncepcja rzeczywistości przypomina tradycyjny dualizm Kartezjusza, ale łatwo zauważyć, że te dwa dualistyczne poglądy nie są identyczne. Kartezjusz uważał świat fizyczny za coś materialnego oraz konkretnego i do tego dodał raczej mglistą, niematerialną „duszę". Zaś w dualizmie wyjaśniającym problem pomiarowy w mechanice kwantowej, przeciwnie, fizyka jest reprezentowana przez funkcję falową, która z pewnością jest niematerialna. Drugi składnik rzeczywistości, świadomość, jest także niematerialny, a rzeczy materialne (cząstki) powstają, inaczej mówiąc, są stwarzane dzięki specyficznej relacji między tymi dwoma niematerialnymi pojęciami: świadomością i funkcją falową. Indywidualna świadomość człowieka ma taką fundamentalną właściwość, że może doświadczać tylko częściowego obejrzenia tej złożonej rzeczywistości - nie zmienia funkcji falowej, lecz spośród wielu możliwych wyników pomiaru, jakie z określonym prawdopodobieństwem każdego z nich przewiduje teoria kwantów, wybiera tylko jeden wynik i tylko ten jeden wynik jest przedmiotem doświadczenia.
Taka interpretacja rodzi jednak natychmiast nowy problem: dlaczego wszyscy inni obserwatorzy doświadczają tego samego wyniku pomiaru? Jest tylko jedna odpowiedź na to pytanie: może być tylko jeden wybór. Najprostszym sposobem zapewnienia wyboru tego samego wyniku pomiaru (obserwacji) dla wszystkich obserwatorów jest postulowanie, że istnieje tylko jedna, uniwersalna Świadomość. Kiedy człowiek wykonuje pomiar jakiejś wielkości fizycznej, Świadomość decyduje o wyniku doświadczenia i obowiązuje prawo pierwszeństwa; wszyscy następni obserwatorzy tego samego zjawiska otrzymują ten sam wynik, jeżeli oczywiście pomiar został przeprowadzony poprawnie. Koncepcja jednej Świadomości daje jeszcze inne korzyści, na przykład, nie potrzeba rozważać istnienia ogromnego zbioru indywidualnych świadomości czekających cierpliwie na noworodków, aby połączyć się z poszczególnymi ciałami.
Według tej koncepcji indywidualne świadomości poszczególnych ludzi powstają dlatego, że różne są ich fizyczne ciała, zwłaszcza mózgi. Właśnie mózg jest tym układem fizycznym, dzięki któremu człowiek jest świadomy świata fizycznego. Można więc powiedzieć, że mózgi są oknami świadomości na świat fizyczny, i stwierdzenie to można rozszerzyć także na zwierzęta. Rozumując w ten sposób można wysnuć wniosek, że świadomość świata fizycznego może być stopniowana: niektóre mózgi (okna) mogą być lepsze od innych. Stopień świadomości człowieka jest niewątpliwie nieporównywalnie wyższy od stopni świadomości różnych gatunków zwierząt, które są także zróżnicowane między sobą.
We wcześniejszej swojej pracy Sguires sugeruje, że oprócz tylko jednej uniwersalnej Świadomości mogłyby istnieć także indywidualne świadomości, złączone z każdym mózgiem. Powtarzalne wyniki pomiarów mogłyby być wtedy uzyskane dzięki przekazywaniu informacji między Świadomością uniwersalną i świadomościami indywidualnymi. Wydaje się jednak, że pierwszy model jest prostszy.
Z zaproponowanego przez Squiresa modelu wynika, że rzeczywistość ma dwa aspekty: istnieje jedna funkcja falowa Wszechświata i jedna uniwersalna Świadomość. Obiekty materialne (cząstki) są „stwarzane" przez uniwersalną Świadomość zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, tzn. przez wybór przedmiotów doświadczenia z ogromnej liczby możliwości. Wybór ten jest w zasadzie przypadkowy, dzięki czemu spełniona jest reguła prawdopodobieństwa. Jednakże istnienie przypadkowego wyboru sugeruje możliwość występowania także nieprzypadkowej, dowolnej selekcji przedmiotów doświadczenia. Gdyby zdarzyło się to w mózgu, mogłoby odpowiadać doświadczeniu tzw. wolnej woli.
Koncepcja Squiresa jest niewątpliwie interesującą i logicznie dobrze opracowaną hipotezą, która rozwiązuje zagadkę teorii kwantów nie zmieniając nic ani w równaniu Schródingera, ani nawet w obowiązującej interpretacji funkcji falowej. Jest ona także zgodna z dzisiejszym stanem wiedzy w fizyce. Może jednak okazać się zbyt trudną do przyjęcia dla tych, którzy mają nadzieję, że pewnego dnia świadomość zostanie wyjaśniona przez jakąś nie znaną dzisiaj teorię fizyczną i tym samym treść świadomości - a więc również to wszystko, czym zajmują się nauki humanistyczne, staną się działem fizyki.
Autor: Zdzisław M. Jarzębski
Ważne linki dotyczące autora:
Zdzisław M. Jarzębski - Energia słoneczna: konwersja fotowoltaniczna
Literatura uzupełniająca:
.
Multimedia:
Klasyczne przedstawiene problemu kota Schródingera
Zabawnie ale rzeczowo o problemie kota Schródingera
Trochę więcej o cząstkach, spinach i kolapsie funkcji falowej
Zachęcamy do dyskusji na temat podanych w artykule treści
oraz wklejania linków do materiałów multimedialnych.
Redakcja
oraz wklejania linków do materiałów multimedialnych.
Redakcja
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz