Podążając szlakiem klasyków naukowej literatury, sięgnąłem ostatnio do dzieła legendarnego astronoma, sir Arthura Eddingtona. Zawarta w niej przenośnia z dwoma stołami, wciąż wydaje się świetnym asumptem do dyskusji z pogranicza nauki i ontologii.

Profesor Cam­bridge w Nowym obliczu natury, rozważa dwa stoły. Pierwszy jest tym prostym meblem, przy którym wszyscy codzien­nie zasia­damy. Ot, pro­sto­kątny, naj­czę­ściej drew­niany blat i cztery nogi. Nazwę go stołem laika – przy czym nie nadaję temu słowu pejo­ra­tyw­nego zabar­wie­nia. Takim laikiem pozo­staje każdy z nas, nie roz­pa­tru­jąc każdej drobnej czyn­no­ści pod kątem fizycz­nym i nie roz­bi­ja­jący każdego spo­tka­nego przed­miotu na czynniki pierwsze. Stół laika to poje­dyn­czy przed­miot, taki jakim go widzimy nie­uzbro­jo­nym okiem, wypeł­nia­jący pewną defi­ni­cję i skon­stru­owany w jaśnie okre­ślo­nym celu.

Stół numer dwa to stół fizyka  czy też w nomen­kla­tu­rze Edding­tona  stół naukowy. Już nie mebel, lecz pewien obiekt wymy­ka­jący się ze stan­dar­do­wego poznania zmy­sło­wego. Żeby była jasność: nie chodzi o jakąś pla­toń­ską ideę stołu, wciąż obracamy się w świecie jak naj­bar­dziej mate­rial­nym. Na pozór może się to wydać dziwne, gdyż to własnie nasze zmysły, z defi­ni­cji służą do badania tego co nama­calne. Pozwa­lają nam smakować, wąchać, patrzeć czy dotykać, ale jak zaraz się okaże, nie przy­no­szą nam nawet ułamka wiedzy o stole fizyka. 

Wyobraźmy sobie, że nasze oczy dys­po­nują powięk­sze­niem godnym mikro­skopu elek­tro­no­wego, albo i lepszym. Jesteśmy teraz niczym enig­ma­tyczne neutrino, bez­ob­ja­wowo pene­tru­jące naszą planetę, ani razu nie wchodząc w inte­rak­cję z budu­ją­cymi ją czą­stecz­kami. Co widzimy patrząc na stół? Pojawia się przed nami obraz struk­tury materii, jednak innej od tej jaką widujemy na co dzień. Obser­wu­jemy coś na kształt chmury, mglistej poświaty, będącej w istocie prze­świ­tu­jącą siecią drga­ją­cych molekuł i atomów. Co naj­bar­dziej zdu­mie­wa­jące dla laika: stół naukowy to niemal sama próżnia. Poszcze­gólne atomy – nie wspo­mi­na­jąc o prze­strzeni między nimi – pozo­stają w ponad 99% puste. Cała masa, kwarki i elek­trony, to co decyduje o tym, iż materia w istocie jest materią, sku­mu­lo­wana zostaje w zaska­ku­jąco mikrej obję­to­ści. Mogąc zre­du­ko­wać własne rozmiary do stan­dar­dów sub­a­to­mo­wych, byli­by­śmy w stanie prze­fru­nąć przez blat, nie inaczej niż spa­ce­ru­jąca osoba prze­cho­dzi przez mgłę. Gdybyśmy jakimś cudem wypom­po­wali całą tę pustkę, czyli zmiaż­dżyli drewno tak aby wszyst­kie cząstki leżały tuż obok siebie, musie­li­by­śmy szukać naszego stołu z lupą.
“Próżnia jest co prawda prze­nik­nięta polami sił, ale te należą do kate­go­rii wpływów, a nie rzeczy. Nawet do tej malu­teń­kiej części nie­próż­nej nie możemy prze­nieść starego wyobra­że­nia sub­stan­cji”.
Oczy­wi­ście takie przed­sta­wie­nie tematu możemy uznać za lekko krzyw­dzące, bowiem próżnia w fizyce odgrywa nie­oce­nioną rolę i nie wolno się jej po prostu pozbyć. Dzięki kwan­to­wej naturze wszech­rze­czy, prze­la­tu­jąc przez pustą rzekomo prze­strzeń, tra­fia­li­by­śmy na nagłe fluk­tu­acje, wyra­sta­jące tu i ówdzie cząstki wir­tu­alne, czy śmi­ga­jące wszędzie nośniki oddzia­ły­wań, spa­ja­jące to wszystko w całość. To eks­tre­mal­nie dyna­miczny mikro­świat – ale znów – egzo­tyczny i tak różny od rze­czy­wi­sto­ści dostęp­nej naszym zmysłom. Pomy­śl­cie jakie to sur­re­ali­styczne. Jak niewiele materia zawiera materii. Gdy uderzamy ręką w stół laika, materia po prostu zderza się z materią, ciało stałe uderza w drugie ciało stałe napo­ty­ka­jąc opór. Trudno o bardziej intu­icyjne zjawisko. Tym­cza­sem ręka ude­rza­jąca w stół fizyka to nie­wy­raźna mgławica eks­pre­syj­nych drobin, zbli­ża­jąca się do drugiej tego typu mgławicy. Żeby było cie­ka­wiej, oba ezo­te­ryczne twory nigdy się prze­nikną ani nawet nie zetkną, ponieważ nie­wi­dzialna siła elek­tro­ma­gne­ty­zmu sku­tecz­nie unie­moż­li­wia zbli­że­nie jednych atomów do drugich. Kwantowa mgiełka złożona głównie z niczego, pozo­staje utwar­dzona za sprawą nie­uchwyt­nego pola. Zmysł dotyku laika okazuje się oszu­stwem – przecież palce fizyka niczego nie dotykają, przy­naj­mniej w laickim rozu­mie­niu tego słowa.

A to dopiero początek zabawy. To co laik traktuje jako materię stołu – solidny, sztywny, roz­po­zna­walny zmysłami budulec – w ogóle nie przy­staje do materii stołu fizyka. Spójrzmy na elektron. Wła­ści­wie trudno opisać co powin­ni­śmy zobaczyć, korzy­sta­jąc wyłącz­nie ze słownika języka powszech­nego. Bo co robi cząstka ele­men­tarna szargana przez zasadę nie­ozna­czo­no­ści Heisen­berga? Czym ona w ogóle jest? Świetnie ujmował to nie­za­stą­piony Richard Feynman: “Elek­trony zacho­wują się jak fale, lecz nie do końca, a czasem działają jak cząstki, lecz również nie do końca”. W rze­czy­wi­sto­ści laika funk­cjo­nują cząstki oraz fale, ale nie obiekty wyka­zu­jące ten zwa­rio­wany dualizm. Nie ma tu skoków kwan­to­wych, nie ma ciągłej nie­pew­no­ści, nie ma nie­ozna­czo­no­ści i para­doksu obser­wa­tora. Kiedy uderzamy dłonią w stół laika, zawsze wiemy czego się spo­dzie­wać. Kiedy robimy zamach na stół fizyka, istnieje pewna szansa, że nasza ręka przeleci przez blat. Stół laika udo­stęp­nia się dla naszego dotyku przez wielkie uśred­nie­nie sza­leństw rzą­dzą­cych stołem fizyka.
Edding­ton nie spro­wa­dza jednak stołu fizyka po prostu do symbolu dziwactw mecha­niki kwan­to­wej. Zmie­nia­jąc per­spek­tywę na makro­sko­pową, również doj­dziemy do wniosku, że istota naszego mebla wciąż nie jest jasna. Weźmy pod uwagę cho­ciażby szcze­gólną teorię względ­no­ści. Nie musimy zadawać sobie oso­bli­wego pytania: “jak stół postrzega upływ czasu”. Wystar­czy nam samo zjawisko kontr­ak­cji, czyli względ­no­ści odle­gło­ści. Gdybyśmy wyobra­zili sobie, że posia­damy wyjąt­kowy akce­le­ra­tor stołów i możemy w jego wnętrzu potrak­to­wać nasz obiekt podobnie do cząstek roz­pę­dza­nych w tunelu LHC, dostrze­gli­by­śmy rzeczy prze­dziwne. Odle­głość między nogami stołu uległaby dra­stycz­nemu skró­ce­niu, tym więk­szemu, im bliżej zna­leź­li­by­śmy się pręd­ko­ści światła. Oczy­wi­ście gdybyśmy wpadli do akce­le­ra­tora wraz ze stołem i poru­szali się w podobnym tempie, oka­za­łoby się, że stół wcale się nie zmienił. Oba pomiary są pra­wi­dłowe, bowiem nie istnieje jeden, obiek­tywny opis tego samego obiektu. Wszytko zależy od ruchu obser­wa­tora.

To coś więcej niż tylko inte­lek­tu­alna żon­glerka. Stoły Edding­tona uświa­da­miają nam jak bardzo jesteśmy ogra­ni­czeni. Jak daleko znaj­du­jemy się od pełnego zro­zu­mie­nia tego co zdaje się nam naj­bliż­sze. Skła­niają nas wręcz do pytania: czy kate­go­ria pełnego poznania w ogóle istnieje? Poj­mu­jemy przecież stół laika tylko na pewnym poziomie, przy czym nie jest on ani mniej, ani bardziej rze­czy­wi­sty od stołu fizyka. Jest po prostu inny. Każdy element wszech­świata, jak i on sam, pozo­staje inny zależnie od sposobu naszego spoj­rze­nia. Bez nauko­wych okularów widzimy tylko stół laika – ponieważ należymy z nim do jednego świata. Nie jesteśmy maleńcy niczym elektron, ani olbrzymi jak Betel­geza. Wyewo­lu­owa­li­śmy gdzieś po środku i nasz aparat poznaw­czy posiadł zdolność do łatwego poznania wyłącz­nie stołu laika. Odkrycie tego drugiego wymaga gigan­tycz­nego wysiłku.
Zobacz też: Mrówcza teoria wszyst­kiego

Chri­sto­pher Langton napisał nie­wielki program, którego boha­terką jest – zacho­wu­jąca się zgodnie z zestawem kilku banal­nych reguł – mrówka. Wir­tu­alny owad porusza się po dwu­wy­mia­ro­wej, podzie­lo­nej na kwa­dra­towe pola, płasz­czyź­nie. Przy wdep­nię­ciu na pole białe musi zawsze skręcić w prawo, a przy wejściu na czarne, zawsze w lewo. (…)

Nie trzeba być geniu­szem aby zauważyć, że ślad pozo­sta­wiony przez mrówkę Langtona, z początku cha­rak­te­ry­zuje chaosem, wręcz loso­wo­ścią. Sytuacja ta jednak nie trwa wiecznie: nie­ocze­ki­wa­nie, po ponad 10 tysią­cach kroków z rze­ko­mego nie­po­rządku, wyła­niają się zor­ga­ni­zo­wane, sche­ma­tyczne struk­tury…
Nie trak­tuj­cie tego jako truizm. Kon­se­kwen­cje takiego stanu rzeczy sięgają nie­zwy­kle głęboko, sta­no­wiąc arcy­ważną wska­zówkę dla wszel­kiej maści nauko­wych reduk­cjo­ni­stów. Wszystko wokół nas działa według banal­nych reguł, z których po pewnym czasie daje się odczytać schemat. Jest on praw­dziwy i nie istnieje powód abyśmy zaczęli go kon­te­sto­wać. Jednak gdy spoj­rzymy na planszę z wyższego poziomu, zoba­czymy, że te małe wzorki łączą się w roz­le­glej­szy i bardziej kom­pletny wzór. Wszech­świat przy­po­mina pod tym względem matrioszkę – kto wie ile kryje poziomów poznania? Leonard Susskind prze­ko­nuje, że trój­wy­mia­rowa prze­strzeń to tylko holo­gra­ficzny opis dwu­wy­mia­ro­wej rze­czy­wi­sto­ści. Jeszcze inni dumają nad tym, czy nie żyjemy w czymś na kształt symu­la­cji.

Nader wszystko, fizycy szukają sposobu na uni­fi­ka­cję teorii względ­no­ści z mecha­niką kwantową, niczym Świętego Graala nauki; ale nie mamy zie­lo­nego pojęcia, czy po osią­gnię­ciu tego sukcesu nie spo­strze­żemy, że to nadal nie jest upra­gniona teoria wszyst­kiego. Że ponad tym wszyst­kim kryje się jeszcze potęż­niej­sze uogól­nie­nie, zaś nasz gatunek nawet nie dostrzegł alfabetu, z którego próbuje korzy­stać.
Literatura uzupełniająca:
A. Eddington, Nowe oblicze natury. Światopogląd fizyki współczesnej, przeł. A. Wundheiler, Warszawa 1934;
Z. Roskal, Dwa stoły Eddingtona i nicość uwolniona, “Filozofuj”, 2/2005;
J. Erhardt, What Is Reductionism?, [online: http://crucialconsiderations.org/philosophy/what-is-reductionism/].



  • kw

    !!!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://jacek-belof.blogspot.com/ Jacek

    Taa… tylko, czy te cząstki “ele­men­tarne” tworzące “materię” są mate­rialne?! A może… jeśli brać pod uwagę niektóre teorie, to tylko zwinięta n-wymia­rowa prze­strzeń… jeśli tak, to, to dalej jest “nic” — jesteśmy niczym 😉
    Czytając ten post przy­po­mniał mi się pewien cytat z H. G. Wells’a:
    “Dla czło­wieka nie ma spo­czynku i nie ma kresu. Musi on iść dalej, od
    podboju do podboju tej malej planety Ziemi, jej hory­zon­tów i obrotów i 
    wszyst­kich praw umysłu i materii, które go wiążą. Potem planet wokół. I 
    na koniec wskroś ogromu prze­stwo­rzy- ku gwiazdom. Kiedy zaś posią­dzie
    wszyst­kie już głębie prze­strzeni i wszyst­kie tajem­nice czasu- będzie to 
    nadal początek tylko”

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://nowaalchemia.blogspot.com/ zacie­ka­wiony

      Zwinięta n-wymia­rowa prze­strzeń o pewnej loka­li­za­cji i oddzia­ły­wa­niach, to też jest coś.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Jarek

    Pro­ble­mem w popu­la­ry­zo­wa­niu mecha­niki kwan­to­wej to skom­pli­ko­wany aparat mate­ma­tyczny oraz brak prze­ło­że­nia zjawisk z mikro­skali do makro­skali. Na stole naukowym można wyłączyć zasadę nie­ozna­czo­no­ści lub zakaz Pauliego, super­po­zy­cję. Czy te zjawiska są w skali makro? Tutaj są dwa filmy z polskimi napisami doty­czące tematu https://www.youtube.com/watch?v=WIyTZDHuarQ oraz https://www.ted.com/talks/aaron_o_connell_making_sense_of_a_visible_quantum_object

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Michał Tar­now­ski

    Nie wiem, czemu w tym artykule brakuje dzie­le­nia i prze­no­sze­nia wyrazów. W poprzed­nich ciągle jest.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • arthy

    Czy jest szansa zebysmy wrocili do starego inter­fejsu?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Nie sądzę. 🙁 Wiem, że zmiana zawsze na początku spotyka się z dość nega­tyw­nym odbiorem — bo użyt­kow­nicy muszą się od nowa przy­zwy­cza­jać — ale ufam, że jakoś to prze­trwa­cie i doce­ni­cie walory nowego layoutu. 🙂

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • J.Szewczyk

    “Oczy­wi­ście gdybyśmy wpadli to(?) akce­le­ra­tora wraz ze stołem i poru­szali się w podobnym tempie…” Chyba powinno być “do akce­le­ra­tora” 🙂 Korekta oby­wa­tel­ska działa. 

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Dominik Kurek

    Kolejny ciekawy wpis, ale pośrodku pośrodku nie ma odstępu.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://nowaalchemia.blogspot.com/ zacie­ka­wiony

    Chyba w cytacie jest błąd. Foton jest emi­to­wany podczas powrotu elek­tronu na niższą orbitę, a nie po jego wsko­cze­niu na wyższą.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

    “Rozumiem, że jeśli nasta­wimy jakiś detektor to musimy zde­cy­do­wać się czy ma on
    reje­stro­wać ruch czy poło­że­nie (a ściślej: ustalić który parametr ma być
    badany z większą precyzją). Co jeśli ustawimy dwa detek­tory, które mają
    wykonać jed­no­cze­sny pomiar, z czego jeden ma za zadanie dokładne
    usta­le­nie poło­że­nia, a drugi dokładne usta­le­nie pędu?”

    Obawiam się, że to nie działa w tak prosty sposób, bo i elektron nie jest tak prostym i zwy­czaj­nym bytem. Fizyka kla­syczna podsuwa nam błędny para­dyg­mat kon­kret­nego punktu/kulki zacho­wu­ją­cej się czasem jak fala i badanej w taki też sposób. Tu oczy­wi­ście pojawia się filo­zo­ficzne pytanie, czym tak naprawdę elektron jest? Mówienie, że to raz fala a raz cząstka pozo­staje pewnym uprosz­cze­niem. Mamy do czy­nie­nia raczej z pewnym zbiorem liczb kwan­to­wych roz­rzu­co­nych w prze­strzeni z różnym praw­do­po­do­bień­stwem. Wiemy, że akt pomiaru potrafi dopro­wa­dzić do kolapsu fali praw­do­po­do­bień­stwa, na co wskazuje fakt, iż wystrze­lony elektron czy foton może zostać zare­je­stro­wany po ude­rze­niu w spe­cjalny ekran. Z drugiej strony jednak, nie ma sposobu aby określić, w którym dokład­nie miejscu ten elektron jest, gdy sobie swo­bod­nie podró­żuje przez prze­strzeń lub gdy “krąży” na powłoce elek­tro­no­wej. Na pod­sta­wie badań powstały różne animacje, które jedynie wskazują na rozkład praw­do­po­do­bień­stwa tego, gdzie elektron się “znajduje”. Piszę w cudzy­sło­wie, ponieważ nie jest to właśnie obiekt zacho­wu­jący się jak jakaś piłka. Dzięki Heisen­ber­gowi i Schro­din­ge­rowi możemy jedynie wyliczać praw­do­po­do­bień­stwo tego gdzie cząstka jest lub jaki ma pęd. Kiedy dokonamy kolapsu fali dla jej poło­że­nia i stwier­dzimy z pew­no­ścią “o tu leży”, to nie będziemy mieli pojęcia gdzie będzie za chwilę; nie wiemy nic o ruchu. Dlatego, do czasu pomiaru, cząstka de facto jest w kilku miej­scach jed­no­cze­śnie.

    “Na ile zasada nie­ozna­czo­no­ści jest fak­tycz­nie zasadą, a na ile jednak tylko 
    ogra­ni­cze­niem naszych zmysłów? Gdybyśmy mogli czysto teo­re­tycz­nie
    skurczyć się do roz­mia­rów zbli­żo­nych do elek­tronu i zacząć obser­wo­wać
    czą­steczki to… no właśnie, co byśmy zoba­czyli?”

    Wszystko co wiemy o mikro­świe­cie mówi nam, że to zasada, nie gorsza iż choćby zasady dynamiki Newtona. Pamiętaj, że zasada nie­ozna­czo­no­ści nie dotyczy tylko pędu i poło­że­nia, ale również m.in. czasu i energii, co okazało się sku­tecz­nie tłu­ma­czyć cechy kwan­to­wej próżni (o czym pisałem tu: http://www.kwantowo.pl/2016/02/28/proznia-kipiaca-czastkami-triumf-nieoznaczonosci/). A gdybyśmy zmniej­szyli się do roz­mia­rów sub­a­to­mo­wych, sami zaczę­li­by­śmy podlegać kwan­to­wym regułom. Równie dobrze możesz zapytać jak wpływa obecność jednego elek­tronu na obecność drugiego — a to akurat wiemy. Właśnie tego typu roz­wa­ża­nia dopro­wa­dziły do ukucia zasady nie­ozna­czo­no­ści, która pomogła w naszki­co­wa­niu dzia­ła­ją­cego modelu atomu. Dwie cząstki wpływają oczy­wi­ście na swoje fale praw­do­po­do­bień­stwa, redu­ku­jąc je — tam gdzie wchodzą sobie w drogę — do zera. Stąd mamy takie piękne grafiki: https://uploads.disquscdn.com/images/b3378a34553bf1e2466da12163fa8067e72cd68c59cfa20fb1e46e787358f72b.png

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • sibke

      Dziękuję bardzo za odpo­wiedź 🙂 Nie wszystko udało mi się dokład­nie zro­zu­mieć, ale ogólny przekaz do mnie dotarł, nawet jeśli nie znam defi­ni­cji wszel­kich pojęć. Nasunęło mi się jeszcze jedno pytanie co do zasady nie­ozna­czo­no­ści i być może w tym komen­ta­rzu odpo­wiedź na nie już padła tylko jej nie zro­zu­mia­łem. Dla pewności więc zapytam:
      Co w przy­padku, kiedy stale moni­to­ru­jemy z dużą dokład­no­ścią poło­że­nie elek­tronu? Niby tracimy infor­ma­cję o pędzie, ale mamy za to loka­li­za­cję zapi­sy­waną co (odpo­wied­nio małe) ułamki sekund. To przecież pozwa­la­łoby nary­so­wać trasę ruchu i określić prędkość z jaką się odbywa — czyli mamy pęd!

      A co do wniosków odnośnie Boga to proszę sobie nie myśleć, że wpycham tu religię na siłę i próbuję dopa­so­wać naukowe fakty do jakichś wierzeń. Roz­my­ślam po prostu nad różnymi moż­li­wo­ściami, ana­li­zuję je pod kątem praw­do­po­do­bień­stwa i spój­no­ści logicz­nej. Scep­ty­cyzm to fajna rzecz, dopóki nie oznacza odtrą­ca­nia czegoś z góry jako nie­do­rzeczne 😉 Właśnie dlatego pozo­staję pośrodku, nie twierdzę jed­no­znacz­nie że Boga nie ma lub że jest (mam swoje przy­pusz­cze­nia w tej sprawie, ale są nie­istotne) i rozważam różne wersje rze­czy­wi­sto­ści w której mógłby istnieć — tych w których Go nie ma raczej nie ma sensu rozważać, jak nie ma to nie ma i koniec, nie ma się nad czym zasta­na­wiać. Dlatego wolę myśleć o tym jak mógłby funk­cjo­no­wać gdyby był. A jeśli kiedyś dojdę do wniosku, że to jedna wielka sprzecz­ność i w żadnej wersji nie może istnieć to uznam, że Go nie ma. Chociaż będę miał świa­do­mość, że może jednak być a po prostu ja coś prze­oczy­łem. Cała rze­czy­wi­stość jest niepewna i tylko ufamy, że nasze zmysły nas nie oszukują — a akurat kwestia ist­nie­nia Absolutu należy do naj­bar­dziej nie­pew­nych.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0