Eρμηνείες της κβαντoμηχανικής:
Ο Schrodinger και η γάτα του

Επιλογή άλλης ενότητας

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player


7) Οι θέσεις του Schrοdinger για την κβαντομηχανική, ιδωμένες σήμερα

κυματοσυνάρτηση

Στα εικοσιπέντε χρόνια που παρήλθαν μεταξύ του χρόνου έγραψε την κριτική του 1935 και τον θανάτου του, ο Schrοdinger προσπάθησε μάταια για να βελτιώσει την ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής που πρότεινε. Δεν είχε ποτέ αμφιβολία ότι μια τέτοια βελτίωση είναι δυνατή και ότι οι βασικές φιλοσοφικές απόψεις του θα επιβεβαιώνονταν τελικά.

Από τη σημερινή πλεονεκτική θέση, μπορεί κανείς να θεωρήσει την κριτική που άσκησε ο Schrοdinger στην Κοπεγχάγεια ερμηνεία ως ξεπερασμένη. Αυτή η θεώρηση όμως θα ήταν βιαστική και, για να καταδείξω αυτό το σημείο, θα συγκρίνω εν συντομία την κριτική του Schrοdinger με την τωρινή κατανόηση που έχουμε για την κβαντική μηχανική.

Αρκετοί επιστήμονες έχουν και σήμερα μια εμπειριστική- ινσρουμενταλιστική άποψη για την επιστήμη. Ωστόσο αυτή η άποψη ήταν πιο δημοφιλής τις δεκαετίες του '20 και του '30, όταν κυριαρχούσε ο λογικός θετικισμός στη φιλοσοφία της φυσικής. Σήμερα πολλοί επιστήμονες δεν υποστηρίζουν τον θετικισμό. Ως προς αυτή την ένστασή του, λοιπόν, πολλοί θα συμφωνούσαν.

Είναι λίγοι οι φυσικοί σήμερα που πιστεύουν ότι υπάρχει μια ελλοχεύουσα αιτιοκρατική δομή στην κβαντική μηχανική. Αυτή η ερμηνεία βασίστηκε εν μέρει σε μια ερμηνεία του Madelung και αναπτύχθηκε περαιτέρω και υποστηρίχτηκε έντονα από τον David Bohm και μερικούς από ακόλουθούς του. Είχε μια σοβαρή «ήττα» από πρόσφατα πειράματα αλλά δεν έχει αποκλειστεί μέχρι σήμερα εμπειρικά ή λογικά. Η αλήθεια είναι ότι ούτε ο Schrοdinger, ούτε ο Einstein υποστήριξαν ποτέ μια ερμηνεία κρυφών μεταβλητών, παρ' ότι υποστήριζαν την αιτιοκρατία.

Οι περισσότεροι φυσικοί δεν έχουν μια σαφή και συνεπή θεώρηση πάνω στο θέμα της ερμηνείας της κβαντομηχανικής. Πιστεύουν σε ένα μίγμα ινσρουμενταλισμού και ρεαλισμού και θα δυσκολεύονταν να δώσουν ικανοποιητικές απαντήσεις στις ερωτήσεις που έθεσε ο Schrοdinger. Αλλά ακόμη και εκείνοι που έχουν εργαστεί στα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής αναγνωρίζουν ότι ακόμα και σήμερα μερικές ερωτήσεις που έχουν τεθεί από τον Schrοdinger παραμένουν εκκρεμείς. Για παράδειγμα, η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης δεν έχει γίνει ακόμη πλήρως κατανοητή, παρ' ότι υπάρχουν διάφορες φαινομενικά λογικές προτάσεις.

Η πλειοψηφία των φυσικών φαίνεται να είναι, τουλάχιστον σε επίπεδο διαίσθησης, ρεαλιστές (επιστημολογικά). Δηλαδή να πιστεύουν στην ύπαρξη ενός εξωτερικού κόσμου ανεξάρτητου της δυνατότητας του ανθρώπου να τον παρατηρεί. Αλλά βρίσκουν δυσκολίες στο να συμφιλιώνουν αυτήν την άποψη με μερικά από τα αιτήματα της κβαντικής μηχανικής. Για αυτόν τον λόγο, η αποκαλούμενη ερμηνεία του «κβαντικού ρεαλισμού» παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Αν, λοιπόν, το πρόβλημα της κατάρρευσης πρέπει να επιλυθεί με τρόπο που να είναι σύμφωνος με τον ρεαλισμό, ο «κβαντικός ρεαλισμός» είναι μια από τις πολύ λίγες εσωτερικά συνεπείς ερμηνείες και φαίνεται να έχει τημεγαλύτερη πιθανότατα να το πετύχει μακροπρόθεσμα. Ας τον συγκρίνουμε με τις θέσεις του Schrοdinger.

Η ερμηνεία της κυματικής συνάρτησης ως περιγραφή δυνατοτήτων προτάθηκε αρχικά από τον Heisenberg. Αφότου ο Schrοdinger αναγκάστηκε να παραιτηθεί από την αρχική κλασσική κυματική ερμηνεία του, μπορούμε να υποθέσουμε ότι θα δεχόταν την ερμηνεία περί πιθανότητας του Born. Αυτό, βέβαια, υπό τον όρο ότι η πιθανότητα δεν γίνεται κατανοητή με όρους απροσδιοριστίας σε επίπεδο αρχής και ότι οι αντιρρήσεις του σχετικά με τη συσχέτιση και το «θόλωμα» θα μπορούσαν να επιλυθούν ικανοποιητικά. Κατά συνέπεια, μετά από 1927 Schrοdinger θα μπορούσε να είχε δεχτεί την θεώρηση του Heisenberg περί δυνατοτήτων, υπογραμμίζοντας όμως ότι η κβαντική μηχανική δεν είναι πλήρης και επομένως δεν είναι μια θεμελιώδης περιγραφή.

Ο Schrοdinger βέβαια δεν ήξερε για την πειραματική επιβεβαίωση της συσχέτισης [19]. Κατά την ερμηνεία του κβαντικού ρεαλισμού, αυτά τα εμπειρικά αποτελέσματα μας αναγκάζουν να αποδεχτούμε την έννοια της μη διαχωρησιμότητας παρ' ότι η τελευταία είναι κάπως αντιδιαισθητική. Απομακρυσμένα και μη αλληλεπιδρώντα συστατικά ενός κβαντικού συστήματος που περιγράφονται από συσχετισμένη κυματική συνάρτηση είναι μη διαχωρίσιμα: Ενεργούν ως ένα σύστημα υπό την έννοια ότι μια μέτρηση σε ένα από τα συστατικά έχει επιπτώσεις σε ολόκληρο το σύστημα (μη τοπική φύση του συστήματος). Η ανησυχία ότι έτσι η ειδική σχετικότητα παραβιάζεται αποδεικνύεται τελικά αβάσιμη. Μπορεί να αποδείξει κανείς ότι για τη συσχέτιση δεν απαιτούνται ταχύτητες σημάτων γρηγορότερες από το φως γιατί, απλά, δεν περιλαμβάνεται κανένα σήμα (καμία ενεργειακή μεταφορά). Η «οδήγηση από απόσταση» του Schrοdinger είναι επομένως πειραματικό γεγονός που πρέπει να περιληφθεί στην ερμηνεία. Παρ' ότι θα ήταν αντιδιαισθητικό για τον Schrοdinger, είναι μάλλον βέβαιο πως υπό τα αδιάσειστα εμπειρικά στοιχεία που έχουμε σήμερα και των μαθηματικών αποδείξεων, θα αναγκαζόταν να αποδεχτεί τη μη διαχωρησιμότητα και την κβαντική συσχέτιση.

Τέλος, εφ' όσον αναζητούμε μια ρεαλιστική ερμηνεία, πρέπει να αποδοθεί μια οντολογία στην έννοια του «θολώματος», τη δυσκολότερη νέα έννοια. Για αυτόν τον λόγο, δεν υπάρχει άλλη επιλογή από το να δεχτούμε μια νέα κατηγορία οντότητας: Το σφαιρικό κύμα που προκύπτει από τον πυρήνα περιγράφει έναπραγματικά υπάρχον σωμάιο α σε «θολωμένη» κατάσταση (χωρίς συγκεκριμένη θέση). Η κατάσταση αλλάζει σε εντοπισμένη όταν το σωμάτιο ανιχνευτεί. Το «θόλωμα» της θέσης δεν ακυρώνει την πραγματική ύπαρξη ενός κβαντικού σωματιδίου, το οποίο είναι ουσιαστικά ένα σημειακό σωματίδιο. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την κλασσική ερμηνεία στην οποία δεν μπορεί να εμφανιστεί τέτοιο θόλωμα για πραγματικά σωμάτια, ακόμα κι αν ενδέχεται στην πράξη να μην είμαστε σε θέση να το εντοπίσουμε (όπως π.χ. στην κλασσική στατιστική μηχανική). Παρόμοιες δηλώσεις ισχύουν για άλλες ιδιότητες (εκτός από τη θέση) που μπορεί να παρουσιάσουν «θόλωμα».

Αυτή είναι μια νέα έννοια που ο Schrοdinger δύσκολα θα είχε αποδεχτεί. Η κλασσική εικόνα που είχε για τον κόσμο μάλλον ήταν πολύ καλά θεμελιωμένη μέσα του για να το κάνει. Ωστόσο, από όσα είδαμε μέχρι τώρα, η διεισδυτική του κριτική ήταν πολύ καίρια και η διορατικότητά του ήταν βαθύτερη από αυτή των περισσότερων φυσικών της εποχής του.

 

Υποσημειώσεις:

[19]: Το 1982, μια ομάδα με επικεφαλής τον Αλαίν Ασπέ στο Πανεπιστήμιο του Παρισιού, στη Γαλλία, ολοκλήρωσε μια σειρά πειραμάτων που είχαν σχεδιαστεί για την καταγραφή της κβαντικής πραγματικότητας. Το πείραμα αφορούσε στη συμπεριφορά δύο φωτονίων, που κινούνται από μία πηγή προς αντίθετες κατευθύνσεις. Τα δυο φωτόνια της ίδιας πηγής μπορούν να παρατηρηθούν από δύο ανιχνευτές οι οποίοι μετρούν πολικότητα. Τα δύο φωτόνια εκπέμπονται ταυτόχρονα κι επομένως οι πολικότητές τους είναι συσχετισμένες. Τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν, λοιπόν, ότι η μέτρηση που γίνεται πάνω στο ένα φωτόνιο είχε ακαριαία επίδραση στο άλλο και επομένως επιβεβαιώθηκε η μη τοπικότητα της φύσης. Κάποια αλληλεπίδραση συνδέει τα φωτόνια, χωρίς να μπορεί να εξιχνιαστεί, παρόλο που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός. Τα σωματίδια φαίνεται ότι είναι αδιάρρηκτα συνδεδεμένα, καθένα ενήμερο του τι συμβαίνει στα άλλα ανά πάσα στιγμή. Ένα άλλο σημαντικό αποτέλεσμα ήταν ότι δεν βρέθηκε το είδος συσχετισμού που προβλέπεται από τη θεωρία των κρυφών μεταβλητών.


Τέλος άρθρου. Αν θέλετε, μεταβείτε σε προηγούμενη ενότητα:
Σφάλμα. Ο περιηγητής σας θα έπρεπε να δείχνει περιεχόμενο flash. Για να το δείτε παρακαλούμε εγκαταστείστε / ενεργοποιήστε το flash player.

Get Adobe Flash player

1 Η επίδραση των φιλοσοφικών πεποιθήσεων του Schrodinger στην ερμηνεία του για την κβαντική μηχανική
2 Η πρώιμη κυματομηχανική ερμηνεία του Schrοdinger
3 Η κριτική στην πρώιμη κυματομηχανική ερμηνεία του Schrοdinger
4 Άλλες ερμηνείες της περιόδου 1926-1927 και πειραματικά δεδομένα
5 Η εγκατάλειψη των κυματομηχανικών ερμηνειών
6 Συγκρίνοντας τις ερμηνευτικές προσεγγίσεις των Schrödinger και Bohr
7 Επιστημολογικά σχόλια στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης
8 Η συμβολή του Schrödinger στην αντίδραση προς τη σχολή της Κοπεγχάγης
9 Η αναβίωση της κυματομηχανικής περιγραφής του Schrödinger, το 1935
10 Εισαγωγικές παρατηρήσεις για τους «ασκούς» που άνοιξε η γάτα του Schrodinge
11 Η «κβαντική γάτα» και η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης
12 Η «κβαντική γάτα» και η ερμηνεία των πολλαπλών κόσμων
13 Πειραματικές απόπειρες δημιουργίας μιας «μικρής γάτας» του Schrodinger
14 Οι θέσεις του Schrοdinger για την κβαντομηχανική, ιδωμένες σήμερα