"Revoluția neterminată a lui Einstein" de Lee Smolin
(Imagine: © Penguin Press)
Mecanica cuantică este știința consacrată. Cazul s-a închis și vă mulțumesc foarte mult - sau atât de mulți s-ar certa.
Datorită lucrărilor de pionierat în anii 1920, mulți oameni cred că acum știm tot ce va trebui să știm vreodată despre mișcare pe scară atomică sau subatomică. Potrivit fizicianului danez Niels Bohr și adepții săi, putem afirma fie poziția exactă a unei particule atomice, fie traiectoria acesteia, dar nu putem face ambele în același timp. Acest tip de predicție nu poate fi decât probabilistic, niciodată absolut exact.
Fizicianul teoretic Lee Smolin, de la Institutul Perimetrului de Fizică Teoretică din Waterloo, Canada, și-a petrecut întreaga carieră provocând această viziune. Smolin consideră că triumful lui Bohr este un exemplu de carismă care înăbușește dizidența legitimă, chiar și de la dizidenți atât de importanți precum Albert Einstein și Erwin Schrödinger.
Astăzi, Smolin, urmând pe urmele lui Albert Einstein și continuând o lungă tradiție care include alți fizicieni, inclusiv David Bohm, caută o teorie pentru „completarea” fizicii cuantice, permițând descrieri exacte și nu probabilități confuze. Smolin are o perspectivă „realistă”, spre deosebire de viziunea „anti-realistă” a lui Bohr și a acoliților săi. Smolin își prezintă perspectiva în „Revoluția neterminată a lui Einstein"(Penguin Press, aprilie 2019). Space.com a luat legătura cu Smolin pentru a discuta despre carte, modul în care ideile noi devin dominante în știință și ce este el până acum.
Space.com: Care este diferența dintre abordările realiste și cele anti-realiste mecanica cuantică?
Lee Smolin: Pentru mine, diferența dintre cineva care este realist în ceea ce privește fenomenele cuantice față de cineva care nu este realist este, ca realist, credeți că există o poveste completă și există o descriere completă, că putem realiza orice proces atomic, a oricărui proces nuclear, a oricărui lucru care se întâmplă în lumea subatomică. Mecanica cuantică nu oferă o descriere completă a fiecărui proces în parte, și astfel nu poate fi completă. Trebuie să găsim o teorie mai profundă dincolo de ea. Mecanica cuantică este un pas către înțelegerea fizica subatomică, dar nu este ultimul pas. Așadar, treaba este să mergi mai profund și să inventezi sau să descoperi o teorie mai bună care să ofere o descriere completă.
Dacă sunteți ceea ce numim un anti-realist, atunci credeți că mecanica cuantică așa cum a fost scrisă în anii 1920 este, probabil, teoria finală și nu există motivația de a arăta mai profund.
Space.com: Vă referiți la persoanele care caută finalizarea teoriei cuantice ca „realiste naivi”, deoarece opiniile lor nu au nevoie de justificări conjugate. Puteți elabora pe acest termen?
Smolin: Naiv înseamnă într-adevăr sofisticat. Naive înseamnă că ați auzit toate obiecțiile de bază cu privire la ideea că putem oferi o descriere completă a lumii așa cum este și respingem-o pe acestea și o menținem ca obiectivul nostru de a înțelege natura complet și de parcă nu am fi fost aici. Știința este o descriere a naturii care ar trebui să fie obiectivă, nu impusă de experimentele noastre sau de ideile sau convingerile noastre.
Space.com: Oare „naiv” înseamnă să fii complet deschis ideilor și credințelor noi?
Smolin: Complet deschis? Nu. Oamenii uită că fizica, ca orice știință, are o istorie și o tradiție. Ia o idee simplă, cum ar fi impulsul, care ar trebui înțeles în contextul întregii discuții din secolele 16 și 17 despre principiul inerției, principiul relativității și așa mai departe. Nu puteți explica un concept precum impulsul fără a fi cufundat în întreaga istorie a conceptului.
Space.com: Cartea dvs. este clară și lucidă și este de înțeles de către persoane cu diverse niveluri de cunoștințe de fond. Care este procesul tău de scriere?
Smolin: De ce vă mulțumesc! Voi lua asta ca un compliment. Am foarte multă experiență și o mulțime de practici care predau fizică modernă neconștienților. La diferite universități, am predat frecvent cursuri de „fizică pentru umanități” sau „fizică pentru poeți”. Așadar, am foarte multă experiență în respectarea diferitelor strategii pedagogice pe care să le folosesc în predarea fizicii cuantice sau a relativității laicilor.
O carte ca aceasta are mai multe audiențe simultan. Mă adresez experților și colegilor, dar în primul rând mă adresez laicilor. Și primul laic care contează este editorul. Insist mereu să lucrez cu un editor care are o diplomă în literatură sau științe umaniste sau istorie - nu o diplomă în știință. De asemenea, am mai mulți cititori de teste care nu au educație în știință. Toți m-au împins să clarific, să clarific, să clarific și, dacă este nevoie, să rescriu cartea. Această carte specială a trecut prin trei rescrieri complete. Nimic nu a mai rămas pe podeaua camerei de tăiat, ca să zic așa. Întregul prim proiect a fost complet abandonat și reconceptualizat, iar rezultatul a fost o carte mult mai bună, în opinia mea.
Space.com: Având în vedere că a fost complet rescris de mai multe ori, cât a durat să scrie cartea?
Smolin: Scrierea nu este treaba mea de zi; meseria mea de zi este să fiu fizician teoretic. Dar în timpul liber, ca să zic așa, vreo trei ani. Vor trece o lună sau șase săptămâni când voi lucra în primul rând la carte, iar apoi vor trece șase luni și voi reflecta și mă voi gândi la asta și apoi mă voi cufunda din nou timp de trei săptămâni sau o lună. Așa a fost așa peste o perioadă de trei ani.
Space.com: Cartea dvs. detaliază istoria fizicii cuantice la începutul secolului XX. De ce revoluția cuantică antirealistă declanșată de Niels Bohr a devenit punctul de vedere dominant - în aparenta clipire a unui ochi?
Smolin: Au fost două lucruri care au acționat simultan. Unul dintre ei, și cel mai important, a fost uimitorul succes experimental. Umanitatea a trecut în mai puțin de 30 de ani de la a fi reconciliată cu ideea că materia este formată din atomi către o teorie completă a fizicii atomice. Și a funcționat substanțial pentru a explica spectrele [curcubeul de culori produse prin separarea componentelor luminii de lungimea lor de undă], forțele, compușii chimici - totul! Apoi foarte repede, fizica nucleară, fizica particulelor, cum funcționează stelele - astrofizică.
Deci, succesul experimental a fost uluitor și a fost rapid. Măsurate împotriva acestui lucru, disidența chiar și de oameni precum Einstein, Schrödinger și de Broglie, care au spus: „Așteptați puțin! Bazele sunt o mizerie!” Toate acestea ar putea fi măturate sub covor.
Acesta a fost primul lucru. Al doilea lucru este prestigiul și carisma lui Niels Bohr, cu sprijinul pe care l-a avut guvernul danez și compania de bere Carlsberg, pentru a înființa un centru în care totul a trecut prin el. Personalitatea lui foarte hipnotică, carismatică, ar putea influența gândurile unei generații de oameni ieșiți dintr-un război cumplit [Primul Război Mondial]. Deci este o grămadă de lucruri diferite simultan.
Space.com: Și alte teorii nu au putut avansa.
Este uluitor faptul că teoria undelor pilot a lui de Broglie - chiar dacă ar putea fi campionată de Einstein, de de Broglie și într-un fel de Schrödinger - nu a avut niciun impact, în ciuda faptului că acestea nu erau nobilimi. Aceștia erau oameni de renume mondial, cu premii Nobel, care făcuseră științe grozave, dar disidența lor putea fi totuși ignorată timp de câteva generații.
[Teoria undelor pilot, pe care Louis de Broglie a dezvoltat-o în anii 1920 și David Bohm a extins în anii 1950, afirmă că electronii cuprind atât particule cât și unde și că particulele se mișcă în direcția în care undele le ghidează. Este determinist, nu probabilistic.]
Cred că în final oamenii de știință sunt ființe umane și suntem influențați de tot felul de lucruri, de la părtinirea inconștientă la ambiție până la forțele sociale. Istoria mecanicii cuantice devine o poveste demnă de contemplat, dar nu este o poveste neobișnuită.
Space.com: Cum au reacționat colegii tăi la cartea ta?
Smolin: Nimic până acum nu a fost surprinzător. Părerile mele sunt cunoscute în cadrul comunității fizicienilor. Oricât de provocator ar părea în structura cărții, nu există nicio discuție care să nu fi fost dezbătută foarte bine între fizicieni.
Singurul lucru nou este ultimele câteva capitole. Mi-am asumat un risc mare să-mi așez lucrările actuale pe masă.
Space.com: Vă rugăm să descrieți lucrările actuale.
Smolin: Cel mai important lucru pe care îl fac în noua mea lucrare este să iau în serios rolul nonlocalității. [nelocalizarea se referă la capacitatea obiectelor de a influența acțiunile altor obiecte care sunt foarte îndepărtate în spațiu și timp.] Dacă doriți să oferiți o descriere realistă și completă a ceea ce se întâmplă atunci când aveți două particule sau mai multe care au interacționat și sunt ceea ce numim „încurcat”, atunci modul în care alegeți să manipulați una dintre particule poate influența pe celelalte, chiar dacă sunt foarte îndepărtate. Și asta înseamnă că trebuie să te iei în serios că influențele nu sunt constrânse de ideea că lucrurile afectează doar ceea ce este aproape de ele.
Așadar, o iau în serios și încerc să fac o teorie în care aceste legături cuantice sunt fundamentale și să apară noțiunea de spațiu. Spațiul nu există; putem face o descriere emergentă, aproximativă a spațiului, în același mod în care folosim presiunea și temperatura pentru a descrie un gaz.
Nu sunt în niciun caz singura persoană care încearcă să dezvolte această teorie. Ideea că spațiul poate apărea din înțelegere este o idee veche care capătă o nouă tracțiune de la oameni Roger Penrose. Teoria mea este că spațiul poate fi emergent, dar că timpul este fundamental și că cauzalitatea este fundamentală. Aceasta este o părere cu care un număr de oameni ar fi de acord și cu mulți oameni nu ar fi de acord.
Space.com: Care este scopul final al realizării acestui tip de lucrări teoretice?
Smolin: Ideea este să dezvoltăm și să inventăm o teorie din care poți deduce predicții care experimentează testarea. Majoritatea persoanelor serioase nu iau în serios o propunere teoretică decât dacă vine cu o modalitate de a o testa, cel puțin în principiu, dacă nu chiar acum în practică. Fără experiment, pentru un teoretician este atât de ușor să vorbească matematica frumoasă, ceea ce este greșit și nu are nicio legătură cu natura. Avem nevoie de experți care să distrugă ideile și să reducă posibilitățile.
Doar ultima generație sau două sunt cele care teoriei sunt greu de testat. Deci, puteți avea o întreagă generație de lucru pe modelele de fizică a particulelor care depășesc modelul standard și acestea nu sunt testate experimental. Acest lucru este neobișnuit și, din păcate, caracterizează perioada noastră.
Multe persoane care sunt serioase în domeniul fizicii teoretice fundamentale muncesc foarte mult pentru a tachina și inventa propuneri care sunt testabile acum. Versiunea mea de nonlocalitate prezice că efectele cuantice se datorează parțial faptului că atomii sunt foarte similari cu un număr vast de atomi din univers. Dacă am putea crea un sistem cuantic care să fie unic - care nu avea copii complete nicăieri în universul observabil - nu s-ar supune mecanicii cuantice, s-ar supune unor ecuații oarecum diferite. Acest lucru este aproape în prag de ceea ce laboratoarele experimentale în mecanică cuantică pot testa acum.
Acest articol a fost editat și condensat pentru claritate. Poti cumpărați „Revoluția neterminată a lui Einstein” de pe Amazon.com.
- Acești „spooky” atomi încurcați doar au adus calculul cuantic cu un pas mai aproape
- Quasarii antici oferă dovezi incredibile pentru înțelegerea cuantică
- De ce nu se poate explica mecanica cuantică gravitația? (Op-Ed)
