Κβαντομηχανική: έννοιες και ερμηνευτικά ρεύματα

6) Η αντίδραση στη Σχολή της Κοπεγχάγης

Μπορ Αϊνατάιν

Ο φορμαλισμός της κβαντομηχανικής ακολουθεί πολλούς διαφορετικούς δρόμους που θεωρούνται ισοδύναμοι μεταξύ τους και οδηγούν στα ίδια αποτελέσματα. Οι περισσότεροι φυσικοί ασχολούνται με τις πρακτικές εφαρμογές του χωρίς να ενδιαφέρονται για το ερμηνευτικό κενό που υπάρχει. Τους ενδιαφέρουν τα φαινόμενα και όχι το τι «κρύβεται» από πίσω τους και τα προκαλεί.

Σε ένα πρώτο επίπεδο, το οντολογικό ενδιαφέρον αφορά στην απόδοση συγκεκριμένων και σαφώς προσδιορισμένων ιδιοτήτων στην οντότητα (οι οποίες έχουν συγκεκριμένες τιμές). Αυτό για τους περισσότερους φυσικούς εξαντλεί τον οντολογικό ρεαλισμό. Για τους φιλοσόφους όμως το πρόβλημα δεν σταματά εδώ. Το πρόβλημα μετατίθεται στο τι σημαίνουν αυτές οι τιμές. Π.χ. τι μπορεί να σημαίνει η τιμή της ιδιοστροφορμής ενός ηλεκτρονίου, που εμφανίζει κυματική συμπεριφορά και έχει συγκεκριμένο μήκος κύματος; Ποιο είναι το διαισθητικό νόημα της περιστροφής ενός κύματος γύρω από τον εαυτό του; Αν δεν υπάρχει τέτοιο νόημα, καταλήγουμε στο ότι ένα σωματίδιο είναι απλά μια σειρά από τιμές που αποδίδονται σε μη κατανοητά μεγέθη.

Αυτές οι λεπτές διευκρινήσεις δεν είναι πάντοτε ορατές στα έργα των θεωρητικών φυσικών. Κι αυτό γιατί το δεύτερο μέρος του οντολογικού ερωτήματος αποτελεί μεταφυσικό ερώτημα. Υπάρχουν, λοιπόν, ερμηνείες της κβαντομηχανικής που θεωρούν ότι λύνουν το ερμηνευτικό πρόβλημα της κβαντομηχανικής, ενώ ασχολούνται αποκλειστικά με το πρώτο επίπεδο, χωρίς να εξηγούν ποια είναι η φυσική σημασία αυτών που ερμηνεύουν. Από την άλλη υπάρχουν ερμηνείες που ασχολούνται και με το δεύτερο αλλά διακηρύσσουν ότι δεν κάνουν οντολογία ή μεταφυσική, λόγω του ότι οι λέξεις αυτές είναι κακόηχες για πολλούς φυσικούς.

Ο θετικισμός διαπραγματεύεται την κβαντομηχανική αποκλειστικά στα όρια της επιστημολογίας και αγνοεί εντελώς το οντολογικό ερώτημα. Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης, όπως είπαμε, κάνει ένα άνοιγμα προς το πρώτο επίπεδο οντολογίας με την αρχή της συμπληρωματικότητας και αποδίδει στις πιθανότητες των κβαντικών φαινομένων οντολογικό και όχι επιστημολογικό χαρακτήρα. Παραδέχεται την ύπαρξη οντοτήτων που συνιστούν τον μικρόκοσμο αλλά ασχολείται αποκλειστικά με το πρώτο επίπεδο του οντολογικού ερωτήματος. Και θεωρεί ότι τα σωματίδια έχουν σαφώς ορισμένες ιδιότητες που εξαρτώνται -σε επίπεδο οντολογίας- από τον τρόπο με τον οποίο γίνεται η μέτρηση. Όμως δεν εξετάζει το καθ’ αυτό οντολογικό πρόβλημα της φύσης των οντοτήτων και παραμένει στα όρια των πειραμάτων και των μετρήσεων.
Η ιδέα ότι δεν μπορούμε να μελετήσουμε τα όντα καθ’ εαυτά κι ότι τα όντα του μικρόκοσμου έχουν ιδιότητες που εξαρτώνται από την παρατήρηση προκάλεσαν σοβαρές αντιδράσεις. Ο Einstein αντέδρασε πρώτος σε αυτή τη θετικιστική χροιά της ερμηνείας αυτής. Ήταν ρεαλιστής, δηλαδή πίστευε ότι για κάθε φυσικό μέγεθος που προβλέπεται από κάθε θεωρία αντιστοιχεί και κάτι πραγματικό που πρέπει να περιγραφεί με ακρίβεια. Επομένως αν μια θεωρία δεν μπορεί να μας πει π.χ. τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρονίου, αυτό δεν σημαίνει ότι το ηλεκτρόνιο δεν έχει σαφή χαρακτηριστικά, αλλά ότι έχει πρόβλημα η θεωρία.

πείραμα EPR

Για να δείξει λοιπόν την ανεπάρκεια της θεωρίας, παρουσίασε ένα τυπικό νοητικό πείραμα, μαζί με τους Poldosky και Rosen (πείραμα Ε.P.R.), στο οποίο αποδείκνυε ότι αν η κβαντική θεωρία είναι σωστή, τότε μπορούμε να παράγουμε δύο σωματίδια που να είναι συσχετισμένα μεταξύ τους ώστε να συμβαίνει το εξής: Κάνοντας μια μέτρηση στο ένα από τα δύο συζευγμένα σωματίδια (δηλαδή δύο σωματίδια που έχουν την ίδια κυματοσυνάρτηση), τότε κατά τη μέτρηση του ενός (κατά την οποία μια ιδιότητά του παίρνει συγκεκριμένη τιμή), και στο δεύτερο σωματίδιο η ιδιότητα αυτή αναγκάζεται να πάρει την συγκεκριμένη τιμή. Μάλιστα ο εξαναγκασμός αυτός γίνεται σε χρόνο μηδέν, όσο μεγάλη και να είναι η απόσταση που χωρίζει τα δύο σωματίδια (παραβιάζοντας την αρχή της θεωρίας της σχετικότητας για μέγιστη ταχύτητα c). Αν μπορεί να συμβεί αυτό, τότε μπορούμε στο πρώτο μεν σωματίδιο να μετρήσουμε την ορμή του και στο δεύτερο τη θέση του. Έτσι είναι δυνατόν να ξέρουμε και την θέση και την ορμή και των δύο σωματιδίων ταυτόχρονα, κάτι το οποίο δεν επιτρέπεται από τη θεωρία. Άρα η κβαντική θεωρία είναι λάθος.

Η απάντηση του Bohr ήταν ότι η ύπαρξη ενός σωματιδίου και κατ’ επέκταση μιας φυσικής ιδιότητας (όπως η θέση και η ορμή) είναι συνιφασμένη με μια πράξη μέτρησης. Εφ’ όσον στο δεύτερο σωματίδιο δεν  κάνουμε μέτρηση, το να λέμε ότι η ορμή του ή η θέση του είναι γνωστές, είναι κάτι που δεν έχει νόημα. Γιατί η θέση και η ορμή έχουν νόημα μόνο μέσα από την πράξη της μέτρησης. Στην πραγματικότητα όμως η κατάρριψη του επιχειρήματος του Einstein έγινε το 1982 όταν στο Aspect πραγματοποιήθηκε το περίφημο νοητικό πείραμα. Το πείραμα δικαίωσε πλήρως τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας και επαληθεύτηκε πολλές φορές.

Το 1964 ο Bell απέδειξε το περίφημο θεώρημα του Bell, σύμφωνα με το οποίο για να είναι μια θεωρία τοπική (δηλαδή να μην επιτρέπει δράση από απόσταση και να υπακούει στον ρεαλισμό του Einstein) πρέπει να υπακούει σε μια σειρά ανισοτήτων. Στα κβαντικά φαινόμενα παραβιάζονται αυτές οι ανισότητες κι επομένως η κβαντική θεωρία που τα περιγράφει είναι μη τοπική. Τα πειράματα επιβεβαιώνουν την παραβίαση των ανισοτήτων του Bell. Όλα αυτά φαίνεται πως δείχνουν ότι η κλασική αντίληψη για τα πράγματα δεν μπορεί να εφαρμοστεί στον μικρόκοσμο. Ωστόσο υπήρξαν και θεωρίες που προσπάθησαν να εξαλείψουν τις «παραδοξότητες» και να επαναφέρουν την κλασική αντίληψη.

  Δείτε τη συνέχεια: επόμενο
Ή μεταβείτε στην ενότητα: