Czytaj dalej

Kilka dni temu opublikowałem wyniki ankiety dotyczącej preferowanych interpretacji zjawisk kwantowych wśród polskich naukowców. Pora na uzupełnienie dla tamtego tekstu – wybór najciekawszych uzasadnień.

Prze­pro­wa­dza­jąc kore­spon­den­cyjną ankietę, sta­wia­łem przed adre­sa­tami krótkie i dość kon­kretne pytanie, prosząc o wybór naj­bliż­szej im inter­pre­ta­cji mecha­niki kwan­to­wej. Jed­no­cze­śnie zazna­czy­łem, że wedle potrzeby, wybór można poprzeć dowolnie szerokim uza­sad­nie­niem. Kilku uczonych potrak­to­wało tę sugestię bardzo poważnie szczo­drze dzieląc się swoimi reflek­sjami na temat poj­mo­wa­nia natury mikro­świata. W ten sposób, poza suchymi danymi licz­bo­wymi (które znaj­dzie­cie we wcze­śniej­szym artykule), uzy­ska­łem garść naprawdę war­to­ścio­wych wypo­wie­dzi. Szcze­gól­nie sty­mu­lu­jący jest fakt, że choć poglądy poszcze­gól­nych badaczy poważnie się różnią, każdy może nas czegoś nauczyć.

Zatem, co polscy uczeni sądzą o zagad­nie­niu inter­pre­to­wa­nia zjawisk kwan­to­wych w szczegółach?


Wieloświat potrzebuje jeszcze trochę czasu

dr Jan Koło­dyń­ski, Centrum Nowych Tech­no­lo­gii UW

W moim przy­padku, na dziś dzień, opo­wia­dam się za teorią wie­lo­światu Everetta. Posłu­gu­jąc się pomoc­ni­czym sche­ma­tem uar­gu­men­to­wał­bym to w taki sposób.

Po pierwsze, uważam, że funkcja falowa jest kom­plet­nym opisem sytuacji eks­pe­ry­men­tal­nej i realnym bytem nie­za­leż­nym od obser­wa­tora, co wyklucza inter­pre­ta­cję kopen­ha­ską i tra­jek­to­rie Bohma. Moje poglądy (“gut-feelings”) pod­po­wia­dają mi, że nie­za­ak­cep­to­wa­nie powyż­szych faktów jest kolejnym prze­ja­wem wyzna­wa­nia tzw. utopii epi­ste­mo­lo­gicz­nej, z którą spo­tka­łem się czytając esej prof. Leszka Koła­kow­skiego Śmierć utopii na nowo roz­wa­żona. Jest on moim guru jeśli chodzi o sprawy filo­zo­ficzne. Nato­miast od strony naukowej, wiemy (sic!) dzięki twier­dze­niu PBR, że już proste zało­że­nia, które zawie­rają się w struk­tu­rach mate­ma­tycz­nych mecha­niki kwan­to­wej (produkt ten­so­rowy, symetria) nakazują odrzucić wszelkie tzw. psi-epi­ste­mo­lo­giczne modele.

Oprócz pracy PBR, polecam też abstrakt pracy tłu­ma­czący rolę symetrii lub też pracę poglą­dową na ten temat, która po wpro­wa­dze­niu staje się już dość sfor­ma­li­zo­wana. Dodat­kowo proszę zauważyć, że wszyst­kie teorie psi-epi­ste­mo­lo­giczne poprzez nie­uzna­wa­nie funkcji falowej jako elementu rze­czy­wi­sto­ści, nie uznają także nie­lo­kal­no­ści mecha­niki kwan­to­wej (łamania nie­rów­no­ści Bella) jako rze­czy­wi­stej wła­sno­ści natury. Dziś, ja też w mojej codzien­nej pracy, używamy układów kwan­to­wych łamią­cych nie­rów­no­ści Bella do gene­ra­cji liczb losowych i zapew­nie­nia bez­pie­czeń­stwa w kryp­to­gra­fii, więc trudno byłoby mi żyć z faktem, że własność która za tym stoi i pozwala nam budować dzia­ła­jące urzą­dze­nia, nie jest tak naprawdę czymś rze­czy­wi­stym, ale iluzją – dzięki której wyge­ne­ro­wane liczby wydają się być losowe z punktu widzenia dowol­nego obser­wa­tora we wszech­świe­cie, a dys­try­bu­owany klucz kryp­to­gra­ficzny pomiędzy dwoma urzą­dze­niami ma zapew­nione bez­pie­czeń­stwo nie­za­leż­nie (sic!) od tego, co się w tych urzą­dze­niach dzieje.

Po drugie, nie wydaje mi się, że dla wytłu­ma­cze­nia kolapsu funkcji falowej musimy koniecz­nie wpro­wa­dzać do mecha­niki kwan­to­wej spe­cjalne mecha­ni­zmy, które miałyby go ziden­ty­fi­ko­wać jako realny proces fizyczny. Znów, takie zapędy wynikają moim zdaniem z odwiecz­nego ego­cen­trycz­nego myślenia o prawach fizyki, które powinny być w pierw­szej kolej­no­ści “natu­ral­nie” zro­zu­miałe dla czło­wieka. Niedawno ciężko było zaak­cep­to­wać że Ziemia kręci się dookoła Słońca, więc może potrzeba po prostu trochę czasu i ukształ­to­wa­nia się ludzkiej wyobraźni by uznać że mul­ti­świat jest czymś “natu­ral­nym”.


Mechanika kwantowa to nie konkurs piękności

dr Jędrzej Kaniew­ski, Centrum Fizyki Teo­re­tycz­nej PAN

Oso­bi­ście uważam, że zasta­na­wia­nie się nad inter­pre­ta­cjami mecha­niki
kwan­to­wej to ślepy zaułek. Mi pewnie naj­bli­żej jest do inter­pre­ta­cji kopen­ha­skiej, bo uważam, że to co jest obiek­tywne w mecha­nice kwan­to­wej to wiel­ko­ści mate­ma­tyczne, które można teo­re­tycz­nie policzyć a potem zmierzyć w eks­pe­ry­men­cie. Niestety, teoria kopen­ha­ska i jej “shut up and cal­cu­late” jest często uznawana za przykład wąskich hory­zon­tów i braku moty­wa­cji do odkrycia jakiegoś praw­dzi­wego ukrytego piękna mecha­niki kwantowej.

Jeśli dwie teorie dają dokład­nie takie same prze­wi­dy­wa­nia, to moim
zdaniem nie ma sensu zasta­na­wiać się, które jest lepsza, bo to się robi
konkurs pięk­no­ści. Jeśli dwie teorie są iden­tyczne na poziomie
mate­ma­tycz­nym, a różnią się tylko seman­tyką, to dla mnie to jest to
samo.

Teoria wielu światów jest jeszcze mniej atrak­cyjna, bo z defi­ni­cji nie
da się jej sprawdzić/zweryfikować.

Mamy dobrze zde­fi­nio­wane postu­laty mecha­niki kwan­to­wej, których już
raczej nikt nie podważa i na ich pod­sta­wie możemy robić różne
skom­pli­ko­wane obli­cze­nia. Moim zdaniem żadne dodat­kowe inter­pre­ta­cje nie są potrzebne, bo zazwy­czaj wyrażają subiek­tywne odczucia autora i mogą być łatwo zakwe­stio­no­wane. Ponadto, warto dodać, że inter­pre­ta­cja X autora Y może znacząco się różnić od inter­pre­ta­cji X autora Z, co trochę pokazuje, że mamy raczej do czy­nie­nia z szerokim spektrum różnego rodzaju pomysłów i prze­my­śleń niż z czymś dobrze zdefiniowanym.


Interesujące prawdopodobieństwo

dr Marcin Czapla, Wydział Chemii UG

Niestety, nie zaskoczę Pana niczym nowym i nie­prze­wi­dy­wal­nym, ponieważ naj­bliż­sza jest mi kla­syczna inter­pre­ta­cja kopen­ha­ska. Tej inter­pre­ta­cji uczymy stu­den­tów na uni­wer­sy­te­cie i można przyjąć, że jest ona chyba naj­prost­sza do zro­zu­mie­nia i wytłu­ma­cze­nia (o ile w ogóle mecha­nikę kwantową da się do końca zro­zu­mieć). Poza tym jej pro­ba­bi­li­styczny cha­rak­ter ma również wiele cie­ka­wych kon­se­kwen­cji (np. obecność cząstki w wielu miej­scach na raz). Moż­li­wość wytłu­ma­cze­nia dzia­ła­nia świata posłu­gu­jąc się praw­do­po­do­bień­stwem jest również nie­zmier­nie ciekawa w sensie naukowym. Oczy­wi­ście, nie byłbym zasko­czony, gdyby w przy­szło­ści udo­wod­niono słusz­ność kom­plet­nie innej inter­pre­ta­cji, to w końcu mecha­nika kwantowa.


Pogodzenie z mnogością interpretacji

dr hab. Maciej Dombrow­ski, Instytut Filo­zo­fii UWr

Dziękuję bardzo za zapy­ta­nie. Nie wiem, na ile moja odpo­wiedź może być satys­fak­cjo­nu­jąca, ale gdybym już miał wybierać, to pewnie opo­wie­dział­bym się za inter­pre­ta­cją kopen­ha­ską, choć rozumiem opory, które ma wielu badaczy. Problem ze wska­za­niem jedynej słusznej inter­pre­ta­cji wynika moim zdaniem z udziału w takiej operacji naszych potocz­nych intuicji, których nie potra­fimy się pozbyć. Filo­zo­ficzna pod­bu­dowa inter­pre­ta­cji też nie jest bez zna­cze­nia, ujęcia deter­mi­ni­zmu bądź inde­ter­mi­ni­zmu mają bogatą historię. Bardzo wiele zależy od tego, w jakim para­dyg­ma­cie teo­re­tycz­nym pra­cu­jemy i jak mocne zało­że­nia przyj­mu­jemy. Nasze przy­wią­za­nie do deter­mi­ni­zmu wynika wprost z doświad­cze­nia, ewolucja nie pre­mio­wała w żaden sposób myślenia w kate­go­riach inde­ter­mi­ni­zmu. Stąd też natu­ralne są próby takiej inter­pre­ta­cji mecha­niki kwan­to­wej, które starają się za wszelką cenę “ratować” deter­mi­nizm (jak np. inter­pre­ta­cja de Broglie’a‑Bohma).

W moim prze­ko­na­niu brakuje nam kon­cep­tu­al­nych zdol­no­ści do doko­na­nia racjo­nal­nego wyboru jednej z dostęp­nych inter­pre­ta­cji i “dziwność” świata w ujęciu Bohra nie może być argu­men­tem prze­ciwko tej kon­kret­nej inter­pre­ta­cji. Nazwał­bym to – w nawią­za­niu do jednej z kon­cep­cji z zakresu filo­zo­fii umysłu – “kwan­to­wo­me­cha­nicz­nym miste­ria­ni­zmem”. Nie pozo­staje nam nic innego, jak zgodzić się, że wypada nam żyć z wie­lo­ścią interpretacji.


Obiecujący Rovelli

dr hab. Marek Woszczek, Wydział Filo­zo­ficzny UAM

Za naj­bar­dziej inte­re­su­jące i obie­cu­jące podej­ście od lat uważam rela­cyjną inter­pre­ta­cję Carla Rovel­liego (Int. J. Theor. Phys. 1996, 35, 1637), i to z powodów zarówno filo­zo­ficz­nych, jak i fizycz­nych. Od strony filo­zo­ficz­nej przede wszyst­kim dlatego, że kla­syczne pojęcie “stanu układu” uważam za nie­da­jące się popraw­nie stosować w mikro­fi­zyce, przede wszyst­kim ze względu na kon­tek­stu­al­ność kwantową (Kochena-Speckera), która w pewnym sensie “rujnuje” wszyst­kie intuicje związane z tym pojęciem stanu. Sądzę, że inter­pre­ta­cja Rovel­liego jest jedną z tych, w których ten fakt jest (słusznie) punktem wyjścia dla całej onto­lo­gii, co prowadzi do cał­ko­wi­cie odmien­nego ujęcia realizmu oraz tego, co to znaczy “obiek­tywny stan rzeczy/fakt” i jak jest on stwier­dzany (wyłącz­nie przez inte­rak­cję jednego podu­kładu z innym podu­kła­dem Wszech­świata). Choć czasem kla­sy­fi­ko­wana jest jako podej­ście epi­ste­miczne (typu bay­esow­skiego), uważam, jak sam Rovelli, że jest to zupełnie nie­ade­kwatne: to inter­pre­ta­cja zde­cy­do­wa­nie ontologiczna.

Po drugie, jedną z naj­waż­niej­szych jej zalet jest to, że w wyniku tej rede­fi­ni­cji “stanu” w ogóle nie potrzeba wpro­wa­dza­nia wielu kwan­to­wych światów, które są z jej per­spek­tywy raczej teo­re­tycz­nym arte­fak­tem, unie­moż­li­wia­ją­cym sensowne zro­zu­mie­nie kwan­to­wej loso­wo­ści, empi­rycz­nych praw­do­po­do­bieństw i fizycz­nego sensu nie­lo­kal­nych kore­la­cji. U Rovel­liego teoria kwantowa dotyczy jednego świata fizycz­nego, losowość kwantowa jest obiek­tywna i abso­lutna, z czym się zgadzam, a nie­lo­kal­ność jest pewnym aspektem wspo­mnia­nej kontekstualności.

Po trzecie, zgadzam się też z Rovellim, że jest to inter­pre­ta­cja wyjąt­kowo obie­cu­jąca z per­spek­tywy (in spe) kwan­to­wej teorii gra­wi­ta­cji, ze względu na jej głęboką czasową symetrię, kwantowo-ter­mo­dy­na­miczną rede­fi­ni­cję pojęcia czasu itp. Wydaje się, że jedną z lekcji teorii kwan­to­wej jest to, że na naj­głęb­szym poziomie natura jest czasowo syme­tryczna, a asy­me­tria czasu to efekt pochodny. Inter­pre­ta­cja rela­cyjna uwzględ­nia to od początku – i znowu – bez wpro­wa­dza­nia wielu światów, ukrytych zmien­nych itd.


Szyk i elegancja RQM

dr hab. Michał Bejger, Centrum Astro­no­miczne im. Koper­nika PAN

Oczy­wi­ście “w szkole” (na uni­wer­sy­te­cie) uczy­li­śmy się kla­sycz­nej inter­pre­ta­cji kopen­ha­skiej, nato­miast później, w pracy astro­fi­zyka (w kon­tek­ście bardzo gęstej materii gwiazd neu­tro­no­wych, efektów rela­ty­wi­stycz­nych) korzy­stam z wyników mecha­niki kwan­to­wej raczej nie­za­leż­nych od inter­pre­ta­cji. Jest jednak jeden aspekt, z którym wiążę nadzieje obser­wa­cyjne w astro­no­mii: są to poszu­ki­wa­nia efektów kwan­to­wych w pomia­rach fal gra­wi­ta­cyj­nych współ­pracy naukowej LIGO-Virgo-KAGRA. Odpo­wied­nio silne sygnały z układów podwój­nych łączą­cych się czarnych dziur lub gwiazd neu­tro­no­wych będą – miejmy nadzieje – zawierać infor­ma­cje wykra­cza­jące poza kla­syczną teorię Ein­ste­ina, czyli będą pro­wa­dzić do lepszego poznania teorii gra­wi­ta­cji w reżimie “silnego pola” i fal­sy­fi­ka­cji kla­sycz­nej teorii.

Jeśli jednak miałbym wskazać tę inter­pre­ta­cję mecha­niki kwan­to­wej, która podoba mi się naj­bar­dziej, to jest nią inter­pre­ta­cja rela­cyjna (RQM) zapro­po­no­wana w latach 90. przez Carlo Rovel­liego. Jest ele­gancka poprzez swoje podo­bień­stwo do teorii względ­no­ści: nie ma wyróż­nio­nego obser­wa­tora, który reje­struje kolaps funkcji falowej; dla każdego obser­wa­tora stan układu może być inny, zgodnie z postu­la­tem szcze­gól­nej teorii względ­no­ści. Ciekawe jest też prze­nie­sie­nie środka cięż­ko­ści teorii z obiektów na relacje między obiek­tami. Prace wyko­rzy­stu­jące RQM pro­wa­dzone są np. w kosmo­lo­gii, gdzie zdaje się pozwa­lają uniknąć pro­ble­mów z tzw. wieloświatem.


Przeciw twierdzeniom Bella

prof. dr hab. Marek Czachor, Wydział Fizyki Tech­nicz­nej i Mate­ma­tyki PG

Odpowiem może tak. Żadna ze znanych inter­pre­ta­cji mi nie odpo­wiada. Nato­miast defi­ni­tyw­nie zraziłem się do twier­dze­nia Bella, uważam wręcz, że je obaliłem choć ciężko mi prze­ko­nać kolegów i właśnie w tej chwili piszę polemikę z recenzją mojego artykułu na ten temat. Niedługo pojawi się jego nowa wersja, uzu­peł­niona o wyniki tej dyskusji z recenzentem.

Uważam że twier­dze­nie Bella jest stwier­dze­niem w rodzaju “kwadrat żadnej praw­dzi­wej liczby nie może być ujemny”, po czym nastę­puje dowód znany ze szkoły pod­sta­wo­wej. A jak ktoś z takim twier­dze­niem pole­mi­zuje, to słyszy: “z tym twier­dze­niem nie można pole­mi­zo­wać, bo jest to twier­dze­nie matematyczne”.

A diabeł siedzi w mate­ma­tycz­nej sub­tel­no­ści, że “praw­dziwa” i “rze­czy­wi­sta” to nie są synonimy.


Problemy z czasem

prof. dr hab. Andrzej Góźdź, Instytut Fizyki UMCS

Pracuję w obrębie mecha­niki kwan­to­wej od ponad pół wieku. Po tym czasie uważam, że sprawa inter­pre­ta­cji nie jest do tej pory dobrze posta­wiona jako problem. Każda z inter­pre­ta­cji prowadzi do nie­przy­jem­nych para­dok­sów. Na dodatek znane inter­pre­ta­cje spro­wa­dza do nie­moż­no­ści skon­stru­owa­nia satys­fak­cjo­nu­ją­cego powią­za­nia rela­ty­wi­styki z fizyką kwantową.

Z fun­da­men­tal­nego punktu widzenia jestem zwo­len­ni­kiem tzw. realizmu,
według którego możemy ana­li­zo­wać poje­dyn­cze obiekty mikro­świata, a nie tylko sta­ty­stykę będącą wynikiem zbio­ro­wo­ści. Jednakże na tym gruncie także poja­wiają się różnego rodzaju kłopoty i para­doksy. Uważam, że źródłem tych pro­ble­mów jest nie­wła­ściwe potrak­to­wa­nie czasu w mecha­nice kwan­to­wej. Jest on trak­to­wany jako parametr, a według mnie powinien być taką samą obser­wa­blą jak poło­że­nie w prze­strzeni. Zmiana tej filo­zo­fii usuwa znaczną część para­dok­sów – także cza­so­prze­strzeń staje się bardziej natu­ral­nym tworem. Oczy­wi­ście takie podej­ście rodzi też szereg pro­ble­mów, głównie jednak zwią­za­nych z naszym przy­wią­za­niem do pewnych idei, a które tak naprawdę wymagają wery­fi­ka­cji eksperymentalnej.

Do zbu­do­wa­nia mecha­niki kwan­to­wej wystar­czają: a) tzw. mini­malny postulat MK wiążący obser­wa­ble oraz stany układu z praw­do­po­do­bień­stwem wylo­so­wa­nia danej wartości inte­re­su­ją­cej nas obser­wa­bli; b) postulat o ewolucji układów. Mini­malny postulat jest wła­ści­wie akcep­to­wany przez wszyst­kie inter­pre­ta­cje. Co do drugiego postu­latu, to zwykle myśli się o ewolucji uni­tar­nej. Uważam, że bardziej fun­da­men­tal­nym sposobem ewolucji jest któryś z tzw. postu­la­tów rzu­to­wych – w kon­se­kwen­cji ewolucja kwantowa ma cha­rak­ter procesu sto­cha­stycz­nego. W tym sensie dynamika w mikro­świe­cie ma cha­rak­ter cał­ko­wi­cie przy­pad­kowy. Przy­pad­ko­wość ta oraz natu­ralna ten­den­cja do zmian stanów układów kwan­to­wych jest cechą fun­da­men­talną – pod­sta­wową wła­sno­ścią natury. Czas i prze­strzeń są kon­se­kwen­cjami tych cech natury.


Cenne ćwiczenie intelektualne

dr hab. Andrzej Łukasik, Wydział Filo­zo­fii UMCS

Znam Pań­skiego bloga Kwantowo i z przy­jem­no­ścią czytam – zawsze jest coś cie­ka­wego. Jeśli chodzi o inter­pre­ta­cje, to być może rację ma John Gribbin, że są to “kule inwa­lidz­kie naszej ogra­ni­czo­nej ludzkiej wyobraźni…” i nie można żadnej uznać za “jedynie słuszną”. 

Nie jestem “wyznawcą” żadnej inter­pre­ta­cji, ale tzw. inter­pre­ta­cja kopen­ha­ska jest – o ile wiem – naj­pow­szech­niej przyj­mo­wana przez fizyków. Z filo­zo­ficz­nego punktu widzenia rodzi ona jednak wiele problemów: 

1) rady­kal­nie odmienny opis układu ewo­lu­ują­cego swo­bod­nie i procesu pomiaru;
2) sławny “problem obser­wa­tora” – można w niej dopa­trzeć się nawet ele­men­tów antro­po­cen­trycz­nych;
3) trud­no­ści w obronie bli­skiego mi sta­no­wi­ska realizmu nauko­wego i wreszcie
4) bardzo różne kon­cep­cje filo­zo­ficzne łączone z nią przez zwo­len­ni­ków inter­pre­ta­cji kopen­ha­skiej. Można nawet powie­dzieć, że inter­pre­ta­cja kopen­ha­ska wymaga inter­pre­ta­cji… Nazywana jest ona inter­pre­ta­cją Bohra i Heisen­berga, ale Bohr stał na sta­no­wi­sku prag­ma­ty­zmu (jeśli takie szu­flad­ko­wa­nie ma w tym przy­padku sens), myśl Heisen­berga ewo­lu­owała od pozy­ty­wi­zmu do pla­to­ni­zmu, von Weiz­sac­ker łączył ją z kan­ty­zmem, a Edding­ton (również zwo­len­nik IK) sam nazwał swoje sta­no­wi­sko “selek­tyw­nym subiektywizmem”.

Nie­któ­rzy (np. Heller) przez inter­pre­ta­cję mecha­niki kwan­to­wej rozu­mieją “egzegezę struktur mate­ma­tycz­nych”, a nie próby prze­ło­że­nia na nasz codzienny język tego, co zawiera for­ma­lizm teorii… Moim zdaniem żadna z pro­po­no­wa­nych obecnie inter­pre­ta­cji (nawet tych w zamie­rze­niu obiek­ty­wi­stycz­nych) nie roz­wią­zuje problemu pomiaru. Teorie para­me­trów ukrytych wydają się nie­ade­kwatne ze względu na empi­ryczną fal­sy­fi­ka­cję nie­rów­no­ści Bella, obiek­tywna redukcja to tylko plany, a nie roz­wi­nięta teoria, wie­lo­światy zawie­rają gigan­tyczny bagaż meta­fi­zyczny (Ockham by się zdziwił “mno­że­niem wszech­świa­tów ponad potrzebę”).

Lubię opo­wia­dać o inter­pre­ta­cjach mecha­niki kwan­to­wej stu­den­tom, ponieważ pro­wo­kują one inte­re­su­jące dyskusje, ale obawiam się, że kon­klu­zja jest zwykle taka, jak pisał Feyman: “nikt nie rozumie mecha­niki kwan­to­wej”. Nie znaczy to jednak, że sądzę, iż dyskusja nad inter­pre­ta­cjami mecha­niki kwan­to­wej nie ma sensu – wprost prze­ciw­nie, jest to zna­ko­mite ćwi­cze­nie inte­lek­tu­alne, szcze­gól­nie dla stu­den­tów filo­zo­fii i kognitywistyki.

Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.