„Einsteinova nedokončená revoluce“ od Lee Smolina
(Obrázek: © Penguin Press)
Kvantová mechanika je ustálená věda. Případ byl uzavřen a děkuji vám moc - nebo by se mnozí argumentovali.
Díky průkopnické práci ve 20. letech mnoho lidí věří, že nyní víme všechno, co budeme potřebovat vědět o pohybu v atomové nebo subatomární stupnici. Podle dánského fyzika Nielse Bohra a jeho následovníků můžeme uplatnit buď přesnou polohu atomové částice, nebo její trajektorii, ale nemůžeme dělat oba současně. Tento druh predikce může být pouze pravděpodobnostní, nikdy absolutně přesný.
Teoretický fyzik Lee Smolin z Perimetrského institutu pro teoretickou fyziku v kanadském Waterloo strávil celou svou kariéru tím, že zpochybňoval tento názor. Smolin věří, že Bohrov triumf je příkladem charismy potlačující legitimní disent, a to i od tak významných disidentů, jako je Albert Einstein a Erwin Schrödinger.
Smolin dnes ve stopách Alberta Einsteina a pokračující v dlouhé tradici, která zahrnuje i jiné fyziky, včetně Davida Bohma, hledá teorii „kompletní“ kvantové fyziky tím, že umožní přesné popisy a ne nejasné pravděpodobnosti. Smolin drží „realistickou“ perspektivu, na rozdíl od „nereálného“ pohledu Bohra a jeho akolytů. Smolin uvádí svou perspektivu v „Einsteinova nedokončená revoluce"(Penguin Press, duben 2019). Space.com dohnal Smolin, aby diskutoval o knize, o tom, jak se nové myšlenky stávají ve vědě dominantní a co dělá až dosud."
Space.com: Jaký je rozdíl mezi realistickým a anti-realistickým přístupem k kvantová mechanika?
Lee Smolin: Pro mě je rozdíl mezi někým, kdo je realistou, o kvantových jevech, a někým, kdo není realistou, jako realista si myslíte, že existuje úplný příběh a existuje úplný popis, že můžeme dosáhnout jakéhokoli atomového procesu, jakéhokoli jaderného procesu, všeho, co se děje v subatomickém světě. Kvantová mechanika neposkytuje tak úplný popis každého procesu jednotlivě, a proto nemůže být úplný. Musíme najít hlubší teorii. Kvantová mechanika je krokem k pochopení subatomická fyzika, ale není to poslední krok. Úkolem je tedy jít hlouběji a vymyslet nebo objevit lepší teorii, která dává úplný popis.
Pokud jste tím, čemu říkáme anti-realista, pak si myslíte, že kvantová mechanika, jak byla napsána ve dvacátých letech, je možná konečná teorie, a neexistuje žádná motivace vypadat hlouběji.
Space.com: Hovoříte o lidech, kteří hledají dokončení kvantové teorie, jako o „naivních realistech“, protože jejich názory nepotřebují spletitá ospravedlnění. Můžete tento termín zpracovat?
Smolin: Naive opravdu znamená sofistikované. Naivní znamená, že jste slyšeli všechny základní námitky proti myšlence, že můžeme podat úplný popis světa tak, jak je, a odmítnout je a držet je jako náš cíl, abychom pochopili přírodu úplně a jako bychom tu nebyli. Věda je popis přírody, která má být objektivní, ne vynucená našimi experimenty nebo našimi nápady nebo vírou.
Space.com: Znamená „naivní“ zcela otevřený novým myšlenkám a vírám?
Smolin: Zcela otevřené? Ne. Lidé zapomínají, že fyzika, stejně jako každá věda, má historii a tradici. Vezměte si jednoduchou představu, jako je hybnost, která by měla být chápána v kontextu veškeré diskuse od 16. a 17. století o principu setrvačnosti, principu relativity atd. Nemůžete vysvětlit pojem jako hybnost, aniž byste byli ponořeni do celé historie tohoto konceptu.
Space.com: Vaše kniha je jasná a přehledná a je srozumitelná lidem s různými úrovněmi pozadí. Jaký je váš proces psaní?
Smolin: Proč děkuji! Beru to jako kompliment. Mám spoustu zkušeností a spoustu praktických vyučování moderní fyziky pro nevědy. Na různých univerzitách jsem často vyučoval kurzy „fyzika pro humanitní obory“ nebo „fyzika pro básníky“. Mám tedy spoustu zkušeností s honováním různých pedagogických strategií, které lze použít při výuce kvantové fyziky nebo relativity k laikům.
Kniha, jako je tato, má několik publika současně. Oslovuji odborníky a kolegy, ale hlavně oslovuji laiky. A první laik, na kterém záleží, je editor. Vždy trvám na práci s editorem, který má titul z literatury nebo humanitních věd nebo historie - nikoli titul z vědy. Mám také několik testovacích čtenářů, kteří nemají vědecké vzdělání. Všichni mě tlačili, abych objasnil, vyjasnil, vyjasnil a v případě potřeby přepsal knihu. Tato kniha prošla třemi úplnými přepisy. Nic tak nezbylo na podlaze řezací místnosti. Celý první návrh byl zcela opuštěn a rekonceptualizován a výsledkem byla podle mého názoru mnohem lepší kniha.
Space.com: Vzhledem k tomu, že bylo několikrát úplně přepsáno, jak dlouho trvalo psaní knihy?
Smolin: Psaní není moje denní práce; moje denní práce je teoretický fyzik. Ale ve svém volném čase, abych tak řekl, asi tři roky. Když budu primárně pracovat na knize, bude to měsíc nebo šest týdnů, a pak půjde šest měsíců a já o tom přemýšlím a přemýšlím o tom a pak se znovu vrhnu na tři týdny nebo měsíc. Bylo to tak po dobu tří let.
Space.com: Vaše kniha podrobně popisuje historii kvantové fyziky na počátku 20. století. Proč se nereálná kvantová revoluce vyvolaná Nielsem Bohrem stala dominantním pohledem - ve zdánlivě mrknutí oka?
Smolin: Byly dvě věci, které fungovaly současně. Jedním z nich a nejdůležitějším byl ohromující experimentální úspěch. Lidstvo prošlo za méně než 30 let od smíření s myšlenkou, že hmota je tvořena atomy, až po úplnou teorii atomové fyziky. A podstatně to fungovalo, aby vysvětlil spektra (duha barev produkovaných oddělením složek světla jejich vlnovou délkou), síly, chemické sloučeniny - všechno! Pak velmi rychle, jaderná fyzika, částicová fyzika, jak hvězdy fungují - astrofyzika.
Experimentální úspěch byl tedy ohromující a byl rychlý. Proti tomu se nesouhlasili dokonce i lidé jako Einstein, Schrödinger a de Broglie, kteří řekli: „Počkejte chvíli! Základy jsou nepořádek!“ To vše se dalo zametat pod koberec.
To byla první věc. Druhou věcí je prestiž a charisma Nielse Bohra, s podporou dánské vlády a pivní společnosti Carlsberg, zřízení centra, ve kterém prochází všechno. Jeho velmi hypnotická charismatická osobnost by mohla ovlivnit myšlenky generace lidí, kteří přicházejí z hrozné války [první světová válka]. Takže je to spousta různých věcí najednou.
Space.com: A další teorie nemohly udělat pokrok.
Je ohromující, že teorie pilotních vln de Broglie - i když by ji mohla prosazovat Einstein, de Broglie a svým způsobem Schrödinger - neměla žádný dopad, přestože to nebyli nikdo. Byli to světově proslulí lidé s Nobelovými cenami, kteří udělali velkou vědu, ale jejich nesouhlas mohl být několik generací ignorován.
[Teorie pilotních vln, kterou Louis de Broglie vyvinul ve dvacátých letech a David Bohm expandoval v 50. letech 20. století, tvrdí, že elektrony zahrnují jak částice, tak vlny a že částice se pohybují ve směru, kterým je vlny vedou. Je to deterministické, ne pravděpodobnostní.]
Myslím, že v konečném důsledku jsou vědci lidé, a my jsme ovlivňováni nejrůznějšími věcmi, od bezvědomého zaujatosti až po ambice společenským silám. Historie kvantové mechaniky se stává příběhem, který stojí za zamyšlení, ale není to neobvyklý příběh.
Space.com: Jak reagovali vaši kolegové na vaši knihu?
Smolin: Zatím nebylo nic překvapivého. Moje názory jsou dobře známé ve společenství fyziků. Jakkoli se to může zdát provokativní ve struktuře knihy, neexistuje diskuse, o které by se mezi fyziky příliš nediskutovalo.
Jedinou novinkou je posledních několik kapitol. Riskoval jsem, že položím svou současnou práci na stůl.
Space.com: Popište svou současnou práci.
Smolin: Nejdůležitější věc, kterou ve své nové práci dělám, je brát vážně roli nlokality. [Nonlocality odkazuje na schopnost objektů ovlivnit činnost jiných objektů, které jsou v prostoru a čase velmi vzdálené.] Pokud chcete uvést realistický, úplný popis toho, co se děje, když máte dvě nebo více částic, které interagovaly a jsou to, čemu říkáme „zamotané“, pak to, jak se rozhodnete manipulovat s jednou z částic, může ovlivnit ostatní, i když jsou velmi daleko od sebe. A to znamená, že musíte brát vážně, že vlivy nejsou omezeny myšlenkou, že věci ovlivňují pouze to, co je jim blízké.
Beru to vážně a pokusím se vytvořit teorii, v níž jsou tyto kvantové spletence zásadní a objevuje se pojem vesmír. Prostor neexistuje; můžeme vytvořit vznikající, přibližný popis prostoru stejným způsobem, jakým k popisu plynu používáme tlak a teplotu.
V žádném případě nejsem jediný člověk, který se snaží tuto teorii rozvíjet. Myšlenka, že z zapletení může vzniknout vesmír, je stará myšlenka, která lidem přináší novou trakci Roger Penrose. Moje teorie je, že prostor může vzniknout, ale ten čas je zásadní a že kauzalita je zásadní. To je názor, se kterým by mnoho lidí souhlasilo, a mnoho lidí by s nimi nesouhlasilo.
Space.com: Jaký je konečný cíl dělat tento druh teoretické práce?
Smolin: Cílem je vyvinout a vymyslet teorii, ze které můžete odvodit předpovědi, které experimenty testují. Nejzávažnější lidé neberou vážně teoretický návrh, ledaže by to bylo způsob, jak jej otestovat, alespoň v zásadě, pokud ne právě teď, v praxi. Bez experimentu je pro teoretika tak snadné mluvit o krásné matematice, což je špatné a nemá nic společného s přírodou. Potřebujeme experimenty, abychom vymyšleli myšlenky a zúžili možnosti.
Teorie je teprve poslední generace nebo dvou, která teorii obtížně testuje. Takže můžete mít celou generaci práce na, řekněme, modelech částicové fyziky, které jdou nad rámec standardního modelu a ty nejsou experimentálně testovány. To je neobvyklé a bohužel to charakterizuje naše období.
Mnoho lidí, kteří jsou vážní v oblasti základní teoretické fyziky, velmi tvrdě pracuje na vymýcení a vymýšlení návrhů, které jsou nyní testovatelné. Moje verze nonlocality předpovídá, že kvantové efekty jsou částečně způsobeny skutečností, že atomy jsou velmi podobné velkému počtu atomů ve vesmíru. Kdybychom dokázali vytvořit kvantový systém, který byl jedinečný - který neměl žádné úplné kopie nikde v pozorovatelném vesmíru - neposlouchal by kvantovou mechaniku, dodržoval by poněkud odlišné rovnice, které odvozuji. To je téměř na prahu toho, co jsou nyní experimentální laboratoře v kvantové mechanice schopny testovat.
Tento článek byl pro větší přehlednost upraven a zkondenzován. Můžeš koupit „Einsteinovu nedokončenou revoluci“ na Amazon.com.
- Tyto „strašidelné“ zapletené atomy právě přinesly kvantové výpočty o jeden krok blíže
- Starověké kvasary poskytují neuvěřitelné důkazy pro kvantové zapletení
- Proč nemůže kvantová mechanika vysvětlit gravitaci? (Op-Ed)
