Arkadiusz Jadczyk Arkadiusz Jadczyk
3404
BLOG

Jak umiera "interpretacja kopenhaska" mechaniki kwantowej?

Arkadiusz Jadczyk Arkadiusz Jadczyk Kultura Obserwuj notkę 14

Nie cała fizyka jest ponura. Szczęśliwie oprócz Kierkegaardowskiego ciągłego posuwania się naprzód w kierunku do nikąd” (patrz wczorajszy post Eine „Jak narodziła się “interpretacja kopenhaska " mechaniki kwantowej ?” ma ona także swoje „czarne łabędzie”, które, paradoksalnie, rozjaśniają i urozmaicają krajobraz oraz dodają otuchy. Zawdzięczamy to „oświeconym dysydentom”. W moim blogu poświęcam tym dysydentom sporo miejsca i uwagi. Oczywiście dysydentów jest wielu i nie wszystkim należy się skupiona uwaga. Niektórym należą się po prostu baty, niektórym wręcz solidne baty. Laik nie jest w stanie odróżnić jednych od drugich. Czy oznacza to, że laik ma pozostawać na pastwie mass mediów i „oficjalnej nauki”, jak to sugerował w dyskusji nad postem red. Terlikowskiego o teorii ewolucjiQuasi”? Przytomnie zareagował na to „tichy” odpowiadając Quasi:

„Oczywiście, że laik może samodzielnie zweryfikować (nie tylko popularno-, ale i ) naukowe wywody. Właśnie w poprzednim wpisie to uczyniłem. I tak, ujrzawszy, iż ekspert (czyli Ty) ewidentnie zaplątał się, i to w jak elementarnej sprawie, laik doszedł do wniosku, iż ów "ekspert" jest zaledwie "ekspertoidem". Szanse na to, iż "ekspert" plącze gdzie indziej (chowając pomieszanie za fachową terminologią) - dramatycznie wzrosły.”

Niechaj więc żywi nie tracą nadziei! Czyż obserwacja sporów ekspertów nie jest bardziej pasjonująca niż oglądanie piłki nożnej czy ciągnień loterii? Można obstawiać, można mieć ulubieńców, można się też przy tym czegoś nauczyć i to bez bólu! Potem zaś można imponować swoją erudycją przyjaciołom i mieć satysfakcję kiedy ze zdumieniem przecierają oczy :) Mistrzowie sportu często tak zaczynali – od kibicowania. Czemu ma to nie dotyczyć mistrzów myśli?

Mój post dzisiejszy jest pomyślany jako uzupełnienie wczorajszego postu Eine. Skorzystałem z nadarzającej się okazji i przedstawiam tekst, który chciałem i tak przedstawić już jakiś czas temu, kiedy pisałem o „pamięci wody” i Benveniste, i dalej nietuzinkowym fizyku od kwarków i wysokich energii Giuliano Preparacie. Zachęcam gorąco czytelnika do zapoznania się, choćby i pobieżnego, z treścią mojego postu „W imię nauki – głos wołającego na puszczy?” Przedstawię dziś fragmenty książki zmarłego parę lat temu Preparaty. Książka ta jest swego rodzaju testamentem naukowym (Giuliano Preparata zmarł 24-go kwietnia r. 2000, dwa lata po ukończeniu tej książki) i, po części, filozoficznym tego znanego i zasłużonego uczonego. Z konieczności ograniczę się do fragmentów wstępu i zakończenia, by uniknąć dyskusji spraw technicznych, które to sprawy nie są istotne dla zrozumienia o co w gruncie rzeczy tu idzie. Nawet we wstępie i w zakończeniu pojawią się jednak terminy wymagające naświetlenia. W takich momentach będę wstawiał moje własne komentarze. Moje własne badania naukowe i publikacje są, że użyję tego terminu, „współliniowe” z ideami profesora Preparaty. Sądzę iż zmierzam w tym samym kierunku, rozwijając jego idee i wypełniając luki treścią – nowym formalizmem matematycznym i nowymi, bardziej szczegółowymi ideami. Będę o tym pisał w moich „wstawkach”. Jako, że nie mogłem tych wstawek z sercem napisać nie wspominając o moich własnych badaniach, zdaję sobie sprawę z tego, że fakt ten może zrazić co niektórych czytelników, chcieliby oni bowiem „opracowania obiektywnego”. Jak można jednak opracowywać obiektywnie czyjeś opracowanie z natury subiektywne (bo Preparata nie ukrywa faktu, że jego punkt widzenia nie jest punktem widzenia „większości fizyków”.)?

Oczywiście jest więcej niż jeden sposób na przeciwstawienie się interpretacji kopenhaskiej. Różni „dysydenci” proponują różne drogi. Przyszłość wykaże czy i która z nich okaże się najprzydatniejsza. Może Eine coś napisze o innych podejściach i wtedy Czytelnik będzie miał pełniejsze/obiektywniejsze spojrzenie.

 

Giuliano Preparata


Giuliano Preparata, „An Introduction to a Realistic Quantum Physics” („Wstęp do realistycznej fizyki kwantowej”), World Scientific, New Jersey (2002)


"Wstęp


Od prawie trzydziestu lat prowadzę wykłady uniwersyteckie w dziedzinie (prawie) całkowicie zaabsorbowała moją działalność badawczą : Quantum Field Theory (QFT) [Kwantowa Teoria Pola] i oddziaływania cząstek elementarnych, dziś znane jako Model Standardowy (SM)."


Komentarz: Mechanika kwantowa dotyczy jednej cząstki lub skończenie wielu cząstek. Typowe zastosowanie mechaniki kwantowej to np. chemia kwantowa badająca własności atomów i molekuł. Mechanika kwantowa nie opisuje procesów kreacji i anihilacji (tworzenia i niszczenia) cząstek i przemian jednych cząstek w inne. Procesy takie opisuje kwantowa teoria pola, gdzie nie stawiamy żadnego apriorycznego ograniczenia na liczbę cząstek uczestniczących w procesach. W kwantowej teorii pola nie mówimy o „stanach cząstek” lecz o „stanach pola”. Typowy stan oddziałującego pola kwantowego to superpozycja nieskończonej liczby kotów Schrödingera – każdy z kotów mający inną liczbę cząstek. Formalizm matematyczny kwantowej teorii pola jest znacznie trudniejszy niż formalizm matematyczny mechaniki kwantowej. Fizycy używają tam typowo takich terminów jak „przestrzeń Focka, stan próżni (która wcale nie jest próżna, bo może mieć „nieskończoną energię” i są fizycy spekulujący o możliwości jej wykorzystania oraz bankierzy łożący na takie badania niemałe pieniądze), operatory kreacji i anihilacji, operatory pola, stany koherentne, diagramy Feynmana itd.

"Stąd miałem niezliczone okazje by obserwować zauważyć niepokój, w samej rzeczy zaambarasowanie studentów awansujących z mechaniki kwantowej (QM) do QFT, jedynego rozsądnego kwantowego opisu relatywistycznego świata, gdzie liczba cząstek-kwantów nie może być ustalona."

Komentarz: Nierelatywistyczna (przed-Einsteinowska) kwantowa teoria pola ma się dobrze. Natomiast połączenie szczególnej teorii względności z mechaniką kwantową doprowadziło najpierw do małych paradoksów („Zitterbewegung” itd) a następnie do powstania relatywistycznej kwantowej teorii pola, która aż tak dobrze się nie ma, bowiem wymaga recept kuchennych by się pozbyć nonsensownych odpowiedzi. Fizycy nauczyli się te recepty ubierać w piękne ubranka i dawać im piękne nazwy, jednak ubranka te, jak je trochę pociągnąć, rozłażą się.

„Rozsądny, to jest dobre słowo, ale czy można ten przymiotnik zastosować do samej QM? Przyparci do muru w tej sprawie studenci, wychodząc ze swych instytucjonalnych kursów nierelatywistycznej QM, bez wyjątku pokazali jak niepewne i niespokojne są ich uczucia względem teorii naukowej, która , jak by nie było, ma już więcej niż siedemdziesiąt lat i przenika do niemal wszystkich wycinków współczesnej techniki. Jeśli idzie o ich intelektualne nastawienie do QM, to jest ono niemal bez wyjątku "konwencjonalistyczne" całkowicie skoncentrowane na przepisach i procedurach. Opiera się ono w dużej mierze na interpretacji Kopenhaskiej i towarzyszącym jej probabilistycznemu i subiektywistycznym podejściu.”

Komentarz: Pisał na ten temat Eine.

„Zawsze uważałem (i bynajmniej nie byłem w tym odosobniony), tą sytuację za niezadowalającą, włączając w to fakt, że krytyczna debata o takich fundamentalnych sprawach pozostawała ograniczona do niewielkiej społeczności "fundamentalistów", na pograniczu fizyki, metafizyki i filozofii. Stąd spróbowałem poświęcić (z konieczności małą) część moich wykładów na prezentację mojego punktu widzenia, który próbuje ponownie nakierować Fizykę Kwantową (QP) na silnie realistyczne widzenie świata, idąc śladami wielkich tradycji Galileusza i Einsteina, które to tradycje ukształtowały głęboką strukturę współczesnej nauki. Ale bez systematycznego przedstawienia czułem, że moje wysiłki są skazane na wywarcie bardzo małego lu wręcz żadnego efektu. Stąd zdecydowałem się poświęcić część swojego czasu wakacyjnego (lato 1998) i dedykować ten Esej moim studentom (jak również tym wszystkim, którym te problemy leżą na sercu) którzy, jak mam nadzieję, odniosą pożytek z przedstawienia im idei i analiz, które nie łatwo znajdą w literaturze im dostępnej.

Esej ten napisany jest w języku angielskim z dwóch powodów. Po pierwsze jest to język zwykle używany w nauce i studenci fizyki powinni dobrze wiedzieć jak pożyteczną rzeczą jest by móc czytać (i mówić) w tym języku biegle. Po drugi hoduję w sobie nadzieję, że nadejdzie dzień gdy stanie się rzeczą pożądaną by mieć dostęp do tych idei w szerszym świecie.”

Komentarz: Dzień taki jeszcze nie nadszedł, ale liczba niezadowolonych z przebywania w kopenhaskim więzieniu rośnie i wkrótce może przekroczyć masę krytyczną, kiedy to zacznie się lawina. I ja w tym kierunku pracuję.

Przejdźmy teraz do zakończenia książki Preparaty. Zakończenie to będzie wymagało nieco rozleglejszych komentarzy ze względu na pojawiające się w nim idee i terminy odnoszące się do materiału zawartego na sześćdziesięciu poprzedzających stronach.

 

„Rozważania końcowe

Jak to wyjaśniłem we Wstępie, motywacja tego Eseju ma być głównie filozoficzna: wezwanie do i udział w świetnej tradycji realizmu, której to tradycji zawdzięczamy niewiarygodny wzrost współczesnej Nauki. Pokazałem, że aby zapewnić realistyczne podejście do fizyki kwantowej trzeba odrzucić myśl, że QM [mechanika kwantowa] jest kompletną, samouzgodnioną teorią świata kwantowego, która to idea nie zostawia nam innego wyboru poza podpisaniem się pod konwencjonalizmem interpretacji kopenhaskiej. I w ostatnim rozdziale wykazałem, że QM jest ścisłą konsekwencją odpowiedniej QFT [Kwantowej Teorii Pola] w granicy "nieskończonego rozcieńczenia" gdzie świat jest zaludniony jedynie przez małą, skończoną liczbę kwantów.”

Komentarz: Wyjaśnienie o co tu chodzi zaprowadziło by nas dalej niż to dziś zamierzam zrobić. Poprzestanę więc tylko na jednym: wiele „paradoksów” mechaniki kwantowej znika, gdy zamiast o stanach cząstek myślimy o stanach „pola”. Np. miast o elektronach mówimy o kwantowym polu elektronowym, miast o fotonach mówimy o kwantowym polu elektromagnetycznym. Pola grawitacyjnego, jak sądzę, kwantować nie należy. Pole grawitacyjne to inny „gatunek”. Zauważę wszak, że zamiast paradoksów logicznych pojawiają się wszak wtedy paradoksy matematyczne. Tak się jednak dzieje tylko wtedy gdy upieramy się przy szczególnej teorii względności w wydaniu Einsteina, z jego odrzuceniem „eteru” i absolutyzacja prędkości światła. Zatem, jeśli ktoś ma oczy i uszy otwarte – w końcu tego tunelu może zobaczyć ... światło i niebiańskie śpiewy. Tyle, że tunel nie jest krótki i trochę w nim straszy.

 

  • „Łatwo mogę wyobrazić sobie jak "normalny" naukowiec naszych czasów szydzi z tego oświadczenia: wielkie rzeczy! Co zyskaliśmy? Przewidywanie nowej zjawisk? Nowy zbiór metod obliczeniowych? Jedynie inna interpretacja naukowego znaczenia symbolów matematycznych w kwantowo-mechanicznych formułach, co nie posuwa nas na krok naprzód w naszej długiej podróży przez energię i materię. Bo takie właśnie jest nastawienie pozytywistów, którzy całkowicie zdominowali współczesną naukę, na ogół niezainteresowani kwestiami zasad, filozofii, i chętnie koncentrują się na "praktycznych" aspektach ich działalności, której zasięg jest, jednakże, ściśle ograniczyły przez sztywny "paradygmat", który stoi, bez ich wiedzy, na cokole filozofii, włączając w to konwencjonalizm „made in Kopenhaga”.

  • W historii nauki zwykle nie dostrzega się, że wszystkie ucieczki od realizmu, poczynając od Bellarmino i Arystotelejczyków i kończąc na Lorentzu i Poincaré, choć trudne do atakowania na czysto logicznym gruncie, przyniosły jednak szkodę postępowi nauki, i dowiodły w końcu swej bezmyślności.”

Komentarz: Znajdujemy tu ciekawe stwierdzenie o „trudności atakowania interpretacji kopenhaskiej na logicznym gruncie”. Koresponduje to z dyskusją postu Eine, który w jednym z komentarzy pisze: „Nie oceniam wartości logicznej interpretacji kopenhaskiej w tym post-cie. [...] Są inne interpretacje schematu matematycznego QED niezgodne z nią, gdyż filozofia fizyki, to nie fizyka i dowodów matematycznych w niej nie ma. Lecz to jest temat "ocean",setki prac ! Czy ja do tego dojdę- nie wiem. Może zacznę, może.” Wydaje mi się, że miast szukać dziur w interpretacji kopenhaskiej ekonomiczniej jest, w samej rzeczy, przyjrzeć się, bez strachu, innym interpretacjom.

„Czy nie taki sam los czeka konwencjonalizm w QM? Sądzę, że odpowiedź na to pytanie jest pozytywna. Zgodnie z dyskusją w Rozdz. 3.3, jeśli porzuci się QM atomowej i molekularnej materii na korzyść pełnej QFT, jak każdy realista powinien zrobić, wtedy łatwym i natychmiast dostępnym staje się przejście do granicy "klasycznej" poprzez proste klasyczne równania ruchu tak, że pojawia się możliwość Superradiant Przejścia Fazowego (SPT).”

 

Komentarz: Pojawiły się tu dwa nowe terminy: „granica klasyczna” i „przejście fazowe”. Terminy te są, moim zdaniem niesłychanie ważne. Co więcej, dalej moim zdaniem, konwencjonalny formalizm mechaniki kwantowej, a nawet kwantowej teorii pola, operuje tymi terminami w rękawiczkach i ma uwiązane ręce. Lepiej jest w tzw. algebraicznej kwantowej teorii pola. Pisałem trochę o tym w „W co wierzyć? Komu wierzyć?” O tym co to jest „Superradiant przejście fazowe” może napisze coś hazelhard, bo to wiąże się m.in. z laserami. Ja nie znam nawet odpowiednika polskiego dla „superradiant”. „Nadpromieniste”? Z tymi przejściami fazowymi można mieć zresztą niezłą frajdę. Kiedy uczony prelegent mówi o przejściu fazowym, zadajemy pytanie: „czy przejście fazowe zachodzi w czasie?” Prelegent najpierw nie rozumie pytania, po czym, kiedy już sens pytania do niego dotrze, odpowie: „oczywiście”. Wtedy pytamy „czy przejście fazowe jest opisywane równaniem Schrödingera?”. Prelegent robi wtedy niepewną minę i rozgląda się po audytorium szukając pomocy. W końcu odpowiada: „oczywiście, tylko że to sprawa trochę skomplikowana ....”. Wtedy pytamy: „skoro jest opisywane równaniem Schrödingera, to jak długo ono trwa?” Przeciętny prelegent wyjaśni to przy pomocy szybkiego machania rękami oraz przywołania na pomoc karcących spojrzeń z audytorium – wyobrażamy sobie te zwracające się w kierunku pytającego głowy i ten podnoszący się szumek. Prelegent obyty odpowie: istnieją ścisłe matematycznie modele przejść fazowych. W modelach tych przechodzimy do granicy termodynamicznej....” „No to ile ono trwa?” - pytamy. Odpowiedź: „Co zapytanie? Wymaga nieskończenie długiego czasu i nieskończonej objętości.” N a tym możemy poprzestać, bo dalej nie zajdziemy. Tyle, że w przyrodzie przejścia fazowe zachodzą nagminnie w skończonej objętości w czasami w bardzo krótkim czasie. Odkryliśmy, że król jest nagi. Teraz naszym zadaniem jest go ubrać. Nasz prelegent będzie się jednak (nie zawsze, ale dość często) zachowywał inaczej, jeśli uda nam się go naciągnąć na rozmowę zakrapianą np. Żubrówką. Wtedy okaże się, że świetnie rozumie nasz problem i życzy nam powodzenia na naszej drodze. On sam, niestety, musi dbać o żonę i dzieci oraz o studentów i o granty, inaczej nie da rady opłacić bieżących, stale rosnących wydatków.

Hazelhard i inni mające podobne doświadczenia mnie poprawią, jeśli w opisie zjawiska machania rękami i wciągania przez tryby maszyny coś przesadziłem.

„Ktoś może protestować, że SPT zostało odkryte w dwupoziomowym układzie Dicke, dwupoziomowym układzie, gdzie materia jest traktowana w modzie QM; jednakże, powód dla którego jego niezwykła waga nie została doceniona, i jego istnienie zapomniane, moim zdaniem musi być przypisany matematycznej trudności podejścia a'la K. Hepp i E. Lieb.”

Komentarz: Hepp i Lieb to wybitni fizycy matematyczni. Zrobili świetną robotę matematyczną ..... w ramach konwencjonalnego modelu. W jednym ze specjalnych numerów czasopisma szwajcarskiego Helvetica Physica Acta, w numerze wydanym zresztą na cześć Klausa Heppa (i Waltera Hunzikera), opublikowałem pracę pokazującą jak można wyjść poza konwencjonalne modelu i rozwiązać problemy na których konwencjonalna mechanika kwantowa się łamie. Pisałem trochę o tym w „Dialogu o czasie zdarzeń i teorii kwantów

„Z drugiej strony, przy pełnym traktowaniu QFT, ogólność SPT staje się od razu oczywista, a także konieczna.

Czas pokaże czy odkrycie QED [QED – Elektrodynamika Kwantowa] spójności fazy skondensowanej skłoni do istotnej „zmiana paradygmatu” w naszym obrazie mikro/makroskopowego świata, i popchnie ludzkość w kierunku nowej ery materii i energii.”

Komentarz: „Spójność fazy skondensowanej” - o co tu chodzi? Wystarczy poszukać w sieci „kondensat Bosego- Einsteina”. Rzecz modna i ważna – ale konsekwencji metodologicznych i filozoficznych jeszcze nie wyciągnięto.

„Co możemy stwierdzić z przekonaniem już teraz, to to, że realizm QFT otwiera nam oczy na cudowny świat zjawisk, który do tej pory pozostawał ukrytym do naszego wzroku, zablokowany przez uprzedzenia i ograniczone oczekiwania z dziwacznego i konwencjonalistycznego „Weltanschauung.”

Chcę podziękować jak najcieplej moim współpracownikom E. Del Giudice i G. Lo Iacono za ich nieocenioną pomoc.”

A ja chcę podziękować, choć nieco za późno, Giuliano Preparacie za porywający, jak dla mnie, i szczery tekst. A jego książkę gorąco polecam wszystkim adeptom i kandydatom na adeptów kwantowej alchemii. Sprowadźcie ją do swoich zakładowych bibliotek!

Naukowiec, zainteresowany obrzeżami nauki. Katalog SEO Katalog Stron map counter Życie jest religią. Nasze życiowe doświadczenia odzwierciedlają nasze oddziaływania z Bogiem. Ludzie śpiący są ludźmi małej wiary gdy idzie o ich oddziaływania ze wszystkim co stworzone. Niektórzy ludzie sądzą, że świat istnieje dla nich, po to, by go pokonać, zignorować lub zgasić. Dla tych ludzi świat zgaśnie. Staną się dokładnie tym co dali życiu. Staną się jedynie snem w "przeszłości". Ci co baczą uważnie na obiektywną rzeczywistość wokół siebie, staną się rzeczywistością "Przyszłości" Lista wszystkich wpisów  

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Kultura