ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ

 

κβαντομηχανική χιούμορ

Μπορεί τελικά η ερμηνεία της Κοπεγχάγης να εξελίχθηκε σε κβαντομηχανική ορθοδοξία, αλλά το κεντρικό φιλοσοφικό κενό παρέμεινε. Η οντολογία των στοιχειωδών σωματιδίων δεν αντιστοιχεί σε κάποια οντολογία για την οποία μπορούμε να έχουμε άμεση εποπτεία. Αυτή η απουσία εποπτείας μοιάζει να καθιστά αναγκαία κάποιου είδους μεταφυσική. Μάλιστα ορισμένες ακραίες εκδοχές της Κοπεγχάγης φτάνουν να αμφισβητούν ακόμη και την αυτόνομη ύπαρξη της πραγματικότητας, εξαρτώντας την από την παρουσία κάποιας συνείδησης (Wigner). Yπάρχει ένα ισχυρό επιστημονικό ρεύμα που επιδιώκει την άρση αυτού του επιστημονικού κενού. Το ρεύμα αυτό ενισχύεται από το ότι η απουσία εποπτείας συνδυάζεται από την έλλειψη ντετερμινισμού στην εξέλιξη των φυσικών φαινομένων.

Όλα αυτά ήταν ισχυρά κίνητρα για την ανάπτυξη εναλλακτικών προτάσεων. Και υπάρχει άφθονος τέτοιος χώρος. Τα μαθηματικά της κβαντομηχανικής είναι σαφή αλλά όταν θελήσει κανείς να τα εφαρμόσει σε πραγματικά συστήματα τα πράγματα δυσκολεύουν και γίνονται απαγορευτικά όταν τα συστήματα γίνουν συνθετότερα και αποκτήσουν μια κάπως περίπλοκη δομή (π.χ. ένα άτομο). Μόλις ξεφύγουμε από τα πολύ απλά συστήματα οι εξισώσεις της κβαντομηχανικής δεν λύνονται και επομένως δεν είναι επαληθεύσιμες και συνεπώς υπάρχει χώρος για διάφορες υποθέσεις που δεν είναι ελέγξιμες.
Έτσι λοιπόν η κβαντομηχανική αφήνει ανοικτή την πόρτα σε διάφορα ερμηνευτικά συμπληρώματα που έχουν γραφτεί από φυσικούς και έχουν μαθηματική μορφή. Μπορεί να πει κανείς ότι υπάρχουν σε γενικές γραμμές τέσσερα είδη τέτοιων ερμηνευτικών συμπληρωμάτων.

H πρώτη αναφέρεται στον δυισμό κύματος - σωματιδίου και προκειμένου να τον εξηγήσει αναπτύσσει ναι νέα οντολογία όσον αφορά στην υφή των στοιχειωδών σωματιδίων.

Η δεύτερη έχει να κάνει με την μη τοπικότητα και αναφέρεται στο σύμπαν ολόκληρο ή στη γνώση που έχουμε γι’ αυτό. Διατηρεί την κλασική οντολογία στην περιγραφή του μικρόκοσμου και αναπτύσσει μια νέα οντολογία σε συμπαντικό επίπεδο.

Η τρίτη αναφέρεται στο μετρητικό πρόβλημα και ουσιαστικά εισάγει νέα στοιχεία όσον αφορά στις φυσικές διεργασίες

Η κάθε μία από τις τρεις αυτές εκδοχές, αφού αντιμετωπίσει το κεντρικό κατά την άποψή της θέμα, συνήθως δίνει απαντήσεις και στα άλλα δύο.

Το τέταρτο ρεύμα προσπαθεί να υπερβεί την ανάγκη για μεταφυσική προσθήκη με την ανάπτυξη είτε μιας διαφορετικής λογικής είτε μιας διαφορετικής μαθηματικής προσέγγισης, μένοντας αυστηρά στα όρια του πρώτου επιπέδου του οντολογικού ερωτήματος (δηλαδή στην απόδοση συγκεκριμένων τιμών για τα φυσικά μεγέθη) και αγνοώντας το δεύτερο (δηλαδή τη φυσική τους σημασία).

Επισημαίνω ότι όλες αυτές οι ερμηνείες είναι διατυπωμένες έτσι ώστε να οδηγούν στα αποτελέσματα που παράγουν τα πειράματα. Δεν είναι όλες ισοδύναμες. Αλλά οι διαφορές τους δεν είναι ελέγξιμες με τις πειραματικές διατάξεις που διαθέτουμε.

Όλες οι ερμηνευτικές προτάσεις εμφανίζονται σε πάνω από μία παραλλαγές και υφίστανται διαρκή εξέλιξη. Πρόκειται για διατυπώσεις εξαιρετικά πολύπλοκες και λεπτές. Η απλή θεμελιακή άποψη της κάθε μιας επενδύεται με μαθηματικό φορμαλισμό και συμπληρώνεται με θεωρήματα που έχουν εξαιρετικά λεπτή λογική δομή. Το αποτέλεσμα είναι να μην υπάρξει κοινή αποδοχή μιας από τις ερμηνείες και όσοι δεν θέλουν να το ψάξουν παραπάνω να επανέρχονται στην γραμμή της Κοπεγχάγης.

 

Οι προσθήκες των εναλλακτικών ερμηνειών.


 

1) Η πρώτη ομάδα ερμηνειών επικεντρώνεται στο πρόβλημα του δυισμού κύματος – σωματιδίου και ως επίλυσή του προβάλλει την άρνηση της πραγματικότητάς του. Για αυτήν υπάρχουν μόνο σωματίδια που έχουν πάντα καθορισμένη θέση και ταχύτητα. Είναι οι θεωρίες των «κρυφών μεταβλητών» (μηχανική του Bohm). Κύριο χαρακτηριστικό τους είναι ο ντετερμινιστικός και αντι-ιδεαλιστικός της χαρακτήρας. Η θεωρία του Bohm κάνει μια προσθήκη στην κλασική οντολογία προσπαθώντας να διατηρήσει την αιτιοκρατία. Κάθε σωματίδιο το εξαρτά από ένα κύμα με ιδιαίτερες ιδιότητες. (Η φυσική υφή του κύματος μένει απροσδιόριστη). Το κύμα αυτό καθοδηγεί την πορεία των σωματιδίων ενημερώνοντάς τα ακαριαία για το τι θα βρουν στο δρόμο τους.

Για αν εκφράσει και μαθηματικά την άποψή του ο Bohm, μετέγραψε την εξίσωση Schrödinger σε πολικές συντεταγμένες, οπότε εμφανίστηκε ένας όρος που δεν είναι δυνατόν να υπολογιστεί. Ο όρος αυτός θεωρήθηκε ότι εκφράζει ένα κβαντικό δυναμικό που περιγράφει το καθοδηγητικό κύμα (pilot wave). Την αδυναμία υπολογισμού την θεωρεί ο Bohm προσωρινή και την συσχετίζει με κάποιες κρυφές μεταβλητές τις οποίες, προς το παρόν, δεν γνωρίζουμε αλλά που ενδέχεται να υπολογίσουμε στο μέλλον. Το κύμα καθοδηγεί με ακρίβεια τις τροχιές των σωματιδίων, αλλά αυτές δεν μπορούν να υπολογιστούν με ακρίβεια γιατί εμφανίζουν μια στατιστική κατανομή που περιγράφεται από την εξίσωση Schrödinger. H θεωρία λοιπόν μπορεί να είναι ντετερμινιστική, αλλά υπεισέρχεται η απροσδιοριστία (λόγω της αρχής της απροσδιοριστίας του Heisenberg) με αποτέλεσμα οι μετρήσεις να εμφανίσουν μια στατιστική κατανομή (όπως και στην κλασική κβαντομηχανική).

Οι υποστηρικτές της θεωρίας διατείνουν ότι είναι η μόνη που δεν έχει μεταφυσικό χαρακτήρα και κρατά ακέραια την οντολογία της κλασικής φυσικής. Αλλά μήπως η υπόθεση της ύπαρξης του ιδιαίτερου αυτού κύματος δεν είναι μεταφυσική, αφού δεν μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ή να διαψεύσουμε την ύπαρξή του; Πέραν αυτού, υπάρχουν θεωρήματα που αποκλείουν τη δυνατότητα ύπαρξης «κρυφών μεταβλητών».


 

2) Η δεύτερη ομάδα έχει πρώτο στόχο την αντιμετώπιση του προβλήματος της μέτρησης (της κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης). Η ομάδα αυτή στην πραγματικότητα αρνείται το γεγονός της κατάρρευσης και, για να αποφύγει την ανάγκη της, θεωρεί ότι όλες οι δυνατές καταστάσεις που περιγράφει η κυματοσυνάρτηση αποτελούν ανεξάρτητες μεταξύ τους φυσικές πραγματικότητες (ενώ στην κλασική κβαντομηχανική αποτελούν υπερθέσεις). Κατά συνέπεια κάθε φορά που συμβαίνει ένα κβαντικό γεγονός, έχουμε έναν πολλαπλασιασμό του φυσικού κόσμου (θεωρίες των πολλών κόσμων). Έτσι δεν μιλούμε για το σύμπαν αλλά για το πολυσύμπαν (Multiuniverse). Προς το παρόν, εφόσον δεν υπάρχει ενοποιητική θεωρία της βαρύτητας και της κβαντομηχανικής, το κβαντικό πολυσύμπαν είναι διαφορετικό από το πολυσύμπαν για το οποίο μας μιλά η κοσμολογία.

Η αρχική ιδέα ήταν του Everett. H αρχική πρόταση δεν ήταν πολύ ξεκάθαρη και στη συνέχεια διάφοροι ερευνητές παρουσίασαν διάφορες εκδοχές της. Σε αυτές η υπόθεση των πολλών κόσμων αντικαταστάθηκε από την υπόθεση των πολλών ιστοριών του ίδιου κόσμου ή των πολλών καταστάσεων του μυαλού του παρατηρητή ή μιας relational quantum mechanics. Οι θεωρίες αυτές είναι παράξενες αλλά έχουν τα υποστηρικτικά τους επιχειρήματα που από μαθηματική και φυσική άποψη είναι ισάξια των άλλων θεωριών. Αλλά λόγω της αισθητικής τους και κάποιων αδυναμιών τους δεν έχουν πολλούς υποστηρικτές. Να σημειωθεί ότι σύμφωνα με αυτές δεν είναι δυνατή καμία επικοινωνία μεταξύ των διαφόρων συμπάντων του Multiuniverse. Ωστόσο η έννοια του Multiuniverse έρχεται και δένει με στοιχεία της κοσμολογίας και αποκτά βαρύτητα, για την οποία οι περισσότεροι δεν είμαστε προετοιμασμένοι.


 

3) Η επόμενη ομάδα θεωριών είναι αυτή που παραδέχεται την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης και γι’ αυτό οι θεωρίες αυτές λέγονται collapse theories. Το κεντρικό πρόβλημα που επιχειρούν να αντιμετωπίσουν είναι το πρόβλημα της κβαντικής μέτρησης. Υποστηρίζουν ότι δεν υπάρχουν καθαρές κβαντικές καταστάσεις που κάποια στιγμή καταρρέουν, αλλά ότι η κατάρρευση είναι ένα διαρκές φαινόμενο που συμβαίνει με συγκεκριμένο ρυθμό στη μονάδα του χρόνου και του όγκου. Π.χ. ένα σωματίδιο που όταν είναι σε κβαντική κατάσταση δεν είναι σαφώς εντοπισμένο, έχει στην πραγματικότητα την αυθόρμητη τάση να χάσει την κβαντική του κατάσταση και να μεταπέσει σε μια σαφώς εντοπισμένη. Η τάση αυτή έχει στατιστικό χαρακτήρα, με μια κατανομή πιθανότητας τύπου καμπάνας. Ο ρυθμός των εντοπισμένων κτυπημάτων (hittings) είναι έτσι καθορισμένος ώστε για ένα μεμονωμένο σωματίδιο η πιθανότητα εντοπισμού να είναι πάρα πολύ μικρή. Αντιθέτως, για ένα μακροσκοπικό σώμα που αποτελείται από τεράστιο αριθμό σωματιδίων, ο ρυθμός αυτός είναι έτσι διαμορφωμένος ώστε πάντα το συντριπτικά μεγαλύτερο ποσοστό από αυτόν τον τεράστιο αριθμό να είναι εντοπισμένο. Γι’ αυτό και τα μακροσκοπικά αντικείμενα τα βλέπουμε εντοπισμένα.

Οι θεωρίες αυτές μοιάζουν να διατηρούν την κλασική οντολογία. Ωστόσο προϋποθέτουν μη παρατηρήσιμες διεργασίες, εισάγουν δύο ή τρεις καινούριες παραμέτρους με αυθαίρετες και εκ των υστέρων καθορισμένες τιμές και δεν προτείνουν τίποτα για τα προβλήματα της μη τοπικότητας και του δυϊσμού. Επιπλέον δημιουργούνται καινούρια εννοιολογικά προβλήματα που τις οδηγούν στην άποψη ότι η ύλη που βλέπουμε αποτελείται από κάποιο άλλο υλικό που είναι ορατό κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις και αόρατο κάτω από άλλες. Τελικά, προσπαθώντας να λύσουν ένα πρόβλημα δημιουργούν πλήθος άλλων… Αλλά αυτό συμβαίνει και με τις άλλες ερμηνείες.


 

4) Η τέταρτη ομάδα θεωριών ονομάζονται modal interpretations και κατά κάποιο τρόπο αποτελούν παραλλαγή της Κοπεγχάγης. Οι θεωρίες αυτές δεν θεωρούν την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης ως φυσικό γεγονός, αλλά ασχολούνται με τη μαθηματική διατύπωση της σχέσης των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις προβλεπόμενες από την κβαντική θεωρία τιμές. Αυτή πρέπει να είναι τέτοια ώστε να μην υπάρχει ανάγκη για αλλαγή της μαθηματικής διατύπωσης κατά την μετάβαση από την κβαντική στην κλασική κατάσταση. Για τον σκοπό αυτόν αναπτύσσονται νέα μαθηματικά, νέες άλγεβρες και νέα λογική. Ο πυρήνας των θεωριών έγκειται στη διάκριση ανάμεσα στα γεγονότα που όντως συμβαίνουν και στην περιγραφή των γεγονότων από την κβαντική θεωρία. Κατά την κβαντική θεωρία, για κάθε παρατηρίσιμο φυσικό μέγεθος υπάρχει μια αυστηρή αντιστοίχηση ανάμεσα στις τιμές που μπορεί να πάρει και τις ιδιοτιμές του τελεστή που τού αντιστοιχεί. Ο van Fraassen αμφισβητεί αυτήν την αυστηρή αντιστοίχηση και θεωρεί ότι οι πραγματικές φυσικές τιμές δεν περιορίζονται κατά έναν αναγκαστικό τρόπο μόνο στις ιδιοτιμές του τελεστή, αλλά μπορούν να πάρουν την οποιαδήποτε τιμή. Δηλαδή το ότι μια μετρητική συσκευή βρίσκει κατά τη μέτρηση ότι η ταχύτητα έχει μια συγκεκριμένη τιμή, δεν συνεπάγεται ότι η κβαντική οντότητα κατέχει μόνο αυτή την ταχύτητα. «Κατέχει» και όλες τις άλλες δυνατές, αλλά εμείς βλέπουμε μόνο αυτή που δείχνει η συσκευή. Έτσι αποφεύγεται η ανάγκη μιας αλλαγής της εξίσωσης που υπολογίζει την ταχύτητα, την κατάρρευση δηλαδή της κυματοσυνάρτησης.

Οι θεωρίες αυτές αναπτύσσουν μια περιγραφή της σχέσης, ενός χάρτη, που συνδέει τις δύο αυτές ομάδες γεγονότων των ιδιοτιμών του τελεστή και των πραγματικών τιμών του συγκεκριμένου μεγέθους. Με άλλα λόγια αναπτύσσουν μια μαθηματική περιγραφή του επιστημολογικού ερωτήματος και του πρώτου τμήματος του οντολογικού ερωτήματος. Περιγράφουν ή συσχετίζουν αυτό που μπορούμε να γνωρίσουμε, με τις πραγματικές τιμές που μπορεί να πάρει ένα παρατηρήσιμο μέγεθος. Αν και τραβούν το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών, δεν δίνουν ουσιαστική απάντηση στα φιλοσοφικά ερωτήματα με τα οποία συνδέεται η κβαντική φυσική.

Να σημειωθεί ότι εκτός από τις τέσσερεις αυτές ομάδες θεωριών, υπάρχουν και πολλές άλλες ερμηνευτικές εκδοχές που όμως δεν έχουν πολλούς οπαδούς

Επαφή

Et ego in Arcadia sum

efthimiopoulos@hotmail.com

Αναζήτηση στο site

© 2013 Όλα τα δικαιώματα κατοχυρωμένα

Φτιάξε δωρεάν ιστοσελίδαWebnode