include_once("common_lab_header.php");
Excerpt for Dumnezeu si mecanica cuantica: Este lumea materiala cu adevarat reala? Este intregul Univers doar o „simulare” intr-un super-calculator? by , available in its entirety at Smashwords

Bogdan-Ioan Vasiliu


DUMNEZEU
ŞI
MECANICA CUANTICĂ

Este lumea materială cu adevărat reală?
Este întregul Univers doar o „simulare” într-un super-calculator?

O interpretare creştin ortodoxă

 


 






Februarie, 2018

 

Bogdan.Ioan.Vasiliu@outlook.com

Comentariile constructive sunt binevenite şi apreciate.

 

Citatele biblice sunt luate din Biblia Ortodoxă Română.

 

 


 

Cuprins

Dumnezeu si mecanica cuantica

Note

Dumnezeu şi mecanica cuantică

Pe scurt

În ultima sută de ani, studierea particulelor elementare (protoni, electroni, fotoni, etc.) a dus la descoperirea unor fenomene care sunt incompatibile cu fizica clasică şi cu modul nostru de a vedea lumea materială. Pentru a explica aceste fenomene, opţiunile ştiinţei sunt cu totul ieşite din comun, şi par de-a dreptul supranaturale:

Retro-cauzalitatea: ideea că un eveniment din prezent poate modifica trecutul;

Superpoziţia obiectelor macroscopice: ideea că celebra pisică a lui Schrödinger poate fi cu adevărat într-o stare nedeterminată, adică nici vie nici moartă, sau şi vie şi moartă în acelaşi timp, până când se uită cineva la ea;

Ipoteza lumilor multiple: ideea că pisica lui Schrödinger este cu adevărat şi vie şi moartă în acelaşi timp, dar în două Universuri diferite;

Ipoteza simulării: ideea că Universul nostru este doar o simulare în super-calculatorul unui super-extraterestru.

Dar niciuna dintre aceste opţiuni nu mai este necesară dacă suntem dispuşi să acceptăm faptul că ştiinţa nu este atotputernică, şi că a ajuns la nişte limite impuse de Creatorul Universului. Poate o parte dintre legile fizicii stabilite de Dumnezeu, deşi impersonale, au fost înzestrate cu un oarecare nivel de pseudo-inteligenţă, şi au fost plasate în afara timpului şi a spaţiului, dând astfel impresia că pot modifica trecutul sau că pot prezice viitorul.

Pentru această ediţie electronică a trebuit ca notele de subsol să fie transformate în note de final. Majoritatea lor nu sunt esenţiale pentru o înţelegere corectă a textului, dar câteva sunt totuşi importante şi ar trebui citite atunci când sunt întâlnite. Pentru ca cititorul să le poată deosebi, legăturile la notele importante sunt afişate cu un font ceva mai mare şi îngroşat (bold). De exemplu: Notă importantă123; notă mai puţin importantă123.

1. Generalităţi

Pe vremea lui Darwin, spuse Mihai1, nu se ştia nimic despre complexitatea şi interdependenţa mecanismelor moleculare din interiorul celulelor vii. Abia în ultimii zeci de ani cercetătorii au descoperit aceste lucruri, iar teoria evoluţiei ateiste s-a dovedit a fi clar imposibilă: mecanismele complexe nu pot apărea de la sine, şi nici nu pot evolua din forme mai simple.2 Dar asta nu este totul. Nu doar materia vie s-a dovedit a fi extrem de complexă şi greu de înţeles, ci şi cea moartă. Mă refer aici la particulele elementare, electroni, protoni, neutroni, fotoni, şi chiar la însuşi spaţiul şi timpul în care trăim.

– Spaţiul şi timpul sunt şi ele complexe? întrebă Daniel, neîncrezător.

– Foarte complexe, cel puţin pentru nivelul nostru de înţelegere. La prima vedere, materia din faţa noastră pare simplă: apa este doar apă, aerul este doar aer, o piatră e doar o piatră şi nimic mai mult. Iar timpul trece aşa cum a trecut din totdeauna, şi nu se mai întoarce înapoi. Ce poate fi complex aici?

– Da, chiar aşa, ce e aşa de complicat?

Ei bine, până pe la sfârşitul secolului al XIX-lea lucrurile păreau într-adevăr simple. Dar acum, după mai bine de o sută de ani de cercetări în domeniul teoriei relativităţii şi al mecanicii cuantice, oamenii de ştiinţă sunt cu mult mai uimiţi şi chiar bulversaţi de către simpla materie moartă. Expresii noi, nemaiauzite vreodată în istorie, au apărut în modul de exprimare al fizicienilor. Idei noi şi nemaiîntâlnite vreodată au fost luate în considerare. Iată doar câteva exemple de asemenea ipoteze:

Timpul trece cu viteze diferite pentru persoanele aflate în mişcare.3

Gravitaţia curbează spaţiul şi timpul.4

Un electron, sau orice altă particulă elementară, poate trece prin două fante distincte simultan.5

Particulele se comportă ca unde (valuri) atunci când nu se uită nimeni la ele, şi ca particule clasice atunci când sunt observate.6

O particulă se poate întoarce în timp şi îşi poate schimba „decizia” de a trece ca o undă prin două fante simultan, şi să treacă ca o particulă clasică printr-o singură fantă.7

O particulă se poate afla în mai multe stări distincte şi incompatibile simultan, până când este observată, măsurată, iar atunci funcţia ei de undă intră în colaps, şi particula se va afla doar într-o singură stare observabilă.8

Factorul care provoacă colapsul funcţiei de undă a unei particule este conştiinţa umană.9

– Deja sună foarte ciudat, observă Daniel.

Da, iar ideile de mai sus nu sunt afirmaţiile aberante ale unor oameni bolnavi psihic. Nu, ele aparţin unor oameni de ştiinţă celebri, cum ar fi Albert Einstein, Niels Bohr sau John von Neumann.

– Şi ce legătură are asta cu existenţa lui Dumnezeu? Este materia moartă atât de complexă încât să necesite un Creator?

2. Lumea cuantică

2.1. Introducere

Mecanica cuantică se ocupă cu studiul cuantelor, adică al particulelor elementare individuale: electroni, protoni, fotoni, şi aşa mai departe. Iar acest studiu a condus la descoperiri inimaginabile, a căror complexitate a surprins pe cei mai mari cercetători în domeniu. Iată de exemplu ce afirma Niels Bohr, unul dintre pionierii mecanicii cuantice:

Dacă nu eşti derutat (bulversat) de fizica cuantică, atunci nu ai înţeles-o cu adevărat.

Sau Richard Feynman, unul dintre cei mai mari fizicieni din domeniu:

Cred că pot afirma cu siguranţă că nimeni nu înţelege mecanica cuantică.

Şi nu este de mirare, continuă Mihai. Mecanica cuantică a scos la iveală noi legi ale fizicii, cu totul şi cu totul inexplicabile din punctul de vedere al fizicii clasice. Aceste noi legi ale fizicii par să fie înzestrate cu inteligenţă, mai exact, par să aibă capacitatea de a diferenţia absenţa informaţiei de prezenţa acesteia; mai mult, conform unor cercetători, aceste noi legi par să aibă capacitatea de a-şi da seama de prezenţa unui observator uman. Şi mai mult, aceste noi legi ale fizicii par să fie situate în afara timpului, mai exact, ele par să aibă capacitatea de a se întoarce în timp şi de a modifica trecutul, sau, cel mai probabil, de a vedea în viitor şi de a schimba preventiv comportamentul materiei.

– M-ai făcut curios, zise Daniel. Te ascult.

2.2. Primele surprize

Totul a început pe la sfârşitul secolului al XIX-lea, când fizicienii au început să observe că materia prezintă anumite comportamente care păreau ciudate pentru ei. Un exemplu ar fi lumina emisă de descărcările electrice în anumite gaze. Acea lumină, trecută printr-o prismă, arată că conţine doar câteva frecvenţe discrete, atât şi nimic mai mult. Apoi a urmat efectul fotoelectric, care stă la baza celulelor fotoelectrice, care transformă lumina în electricitate. Fizicienii au observat că apariţia acestui efect depinde de calitatea, mai exact de frecvenţa luminii, şi nu de cantitatea acesteia. De exemplu, efectul fotoelectric nu se producea oricât de multă lumină infraroşie era proiectată pe celula fotoelectrică. În schimb, avea loc chiar şi în prezenţa unei cantităţi foarte mici de lumină ultravioletă. Pentru o comparaţie din lumea reală, gândeşte-te la o barcă cu pânze în mijlocul oceanului. Temperatura este de 25° C, vântul suflă tare, dar barca nu se mişcă. Apoi forţa vântului scade, dar temperatura creşte la 30° C, şi barca începe să se mişte.

– Cred că de asta am auzit şi eu; e nevoie de un singur foton cu energie înaltă, din lumina ultravioletă, pentru a elibera un electron şi a produce astfel electricitate. Fotonii cu energie scăzută, cum ar fi cei din lumina infraroşie, nu reuşesc să facă asta chiar dacă sunt mult mai mulţi.

Apoi au urmat alte surprize. De exemplu, în jurul anului 1913, Niels Bohr a descoperit că într-un atom, electronii nu pot ocupa chiar orice orbită vor ei în jurul nucleului. Nu, electronii stau doar pe anumite orbite discrete, corespunzătoare nivelurilor de energie. Un electron se poate muta, însă nu oriunde, ci numai pe o orbită superioară sau inferioară predefinită, şi numai prin absorbţia sau emisia unei cuante de energie, adică a unui foton. Acest lucru pare absurd din punct de vedere al realităţii macroscopice pe care o cunoaştem. De exemplu, noi putem sta la orice distanţă vrem noi de clădirea din faţă. La 15 metri, la 15,1 metri, la 15,234 metri, şi aşa mai departe. Dar electronii nu. Pentru electroni, e ca şi cum ar fi forţaţi să stea fie la 10 metri distanţă, fie la 20 de metri distanţă, fie la 50 de metri distanţă, şi nicăieri între aceste poziţii discrete.

– Înţeleg, zise Daniel, e puţin ciudat, într-adevăr. Seamănă totuşi cu rândurile cu locuri dintr-un autobuz, sau avion. Poţi să stai pe rândul 1, pe rândul 2, 3, etc., dar nu poţi să stai pe rândul 1,5.

E un exemplu acceptabil, dar necesită o observaţie: Împărţirea autobuzului în rânduri implică o persoană inteligentă, un proiectant, care a calculat spaţiul disponibil, numărul maxim de pasageri, ordinea locurilor, şi aşa mai departe. Şi fiindcă ai menţionat locurile dintr-un autobuz, care sunt identice şi aşezate într-o ordine exactă, poate ar trebui să ne mai gândim la un lucru. De ce sunt toţi electronii, protonii şi neutronii din Univers identici?

– Sunt toţi identici?

Este evident că nu avem de unde şti asta cu siguranţă, nu avem cum să analizăm nici măcar toţi neutronii din corpul nostru, pentru a vedea dacă sunt absolut identici. Totuşi, ştiinţa spune că nu a găsit niciodată doi diferiţi, deşi nu a testat nici măcar o milionime de milionime din totalul de 1080 de atomi care există în Univers. Dar hai să presupunem şi noi că ar fi aşa. Cum se face, atunci, că sunt toţi identici? Teoria ateistă a Big Bang-ului pretinde că totul a început cu o explozie uriaşă, fără a fi nevoie de un Creator. Dar dacă arunci în aer ceva, o stâncă de exemplu, nu vei obţine nici măcar două bucăţi de rocă identice. Priveşte la microscop câteva sute sau mii de granule de nisip. Vei găsi vreodată două identice? Mă îndoiesc. Prin urmare, cum se face că toate particulele elementare din întregul Univers sunt identice?

– Da, interesant…

Mai departe, următoarea descoperire uimitoare ar fi experimentul Stern-Gerlach10, efectuat în anul 1922. În acest experiment se folosesc particule neutre din punct de vedere electric, cum ar fi atomii de argint. Aceste particule sunt lansate printr-un câmp magnetic, care le poate devia traiectoria, în funcţie de momentul lor cinetic, numit şi impuls unghiular11, o caracteristică similară momentului cinetic al unui obiect macroscopic care se roteşte în jurul axei sale. Iar rezultatul este surprinzător: Momentul cinetic al unei particule, măsurat pe axa câmpului magnetic, are doar două valori posibile, indiferent de cum ar fi orientat acel câmp magnetic. În termeni simpli, indiferent de orientarea acelui câmp magnetic, când cineva măsoară orientarea magnetică a unei particule faţă de el, valoare rezultată este fie de +90 de grade, fie de -90 de grade, dar nicăieri între aceste două valori. Din punct de vedere al realităţii macroscopice acest rezultat nu are niciun sens. E ca şi cum eu aş alege la întâmplare puncte din lumea noastră, colţuri de clădiri, avioane pe cer, etc.; şi de fiecare dată când aleg un astfel de punct întâmplător şi mă uit la tine, te găsesc orientat fie perfect cu faţa la el, fie perfect cu spatele la el, dar niciodată în poziţii intermediare.

– Da, destul de ciudat, recunoscu Daniel.

Următoarea descoperire uimitoare este efectul tunel12. În acest caz, o particulă poate trece printr-un perete subţire, şi să apară pe cealaltă parte, fără a face o gaură în perete. E vorba despre pereţi foarte subţiri, cu dimensiuni de 1 - 3 nanometri, adică cam câteva zeci de atomi grosime. Totuşi, după cum spuneam, particula apare pe cealaltă parte fără a perfora peretele, fără a lăsa o gaură în urmă.

– Nici asta nu are niciun sens din punct de vedere al realităţii macroscopice, observă Daniel. Dacă arunc o minge de tenis într-un geam, atunci mingea ori este reflectată înapoi, ori sparge geamul şi trece, dar nu apare pe cealaltă parte fără a face nicio gaură în geam.

– Iar una dintre cele mai bizare descoperiri, din punctul de vedere al ştiinţei, este fenomenul de entanglement, sau încurcare, sau legare cuantică.

2.3. „Legătura” cuantică

Mihai aşteptă câteva secunde, apoi continuă:

Nu avem o traducere simplă şi corectă în limba română. Cuvântul englezesc „entanglement” înseamnă „încurcare”, sau „încâlcire”, dar din cauză că nu sună prea bine în limba română, hai să-i spunem legare cuantică.

– E vorba despre particule legate între ele, nu?

Iată despre ce este vorba. În anumite condiţii, două particule ajung să fie legate între ele, cu o legătură invizibilă şi inexplicabilă. Mai mult, ele pot comunica între ele prin acea legătură, cu o viteză uriaşă, mult mai mare decât viteza luminii, posibil chiar instantaneu. Iar acea legătură persistă chiar dacă particulele sunt la mii de kilometri distanţă una de alta. Iată un exemplu: Avem nevoie de un cristal de beta borat de bariu13 şi de un laser cu lumină ultravioletă. Îndreptăm raza acelui laser spre cristal, şi unii fotoni ultravioleţi vor fi rupţi în două, din fiecare rezultând câte doi fotoni infraroşii. Ei bine, fiecare pereche de fotoni rezultată din ruperea unui foton ultraviolet prezintă celebrul comportament numit legare cuantică.

– Şi cum se manifestă acest comportament? întrebă Daniel.

În mai multe feluri. De exemplu, fotonii au o anumită proprietate numită polarizare, care, pentru simplificare, să zicem că poate avea doar două valori, 0 şi 1. Într-o pereche de fotoni legaţi, în momentul măsurării se observă că tot timpul unul are polarizarea 0 iar celălalt 1, sau invers. Adică sunt valori complementare, nu se întâmplă niciodată să aibă amândoi polarizarea 0, sau amândoi polarizarea 1. Dar asta nu este tot, abia acum urmează partea cu adevărat surprinzătoare. Polarizarea fotonilor legaţi este într-o stare indefinită până în momentul măsurării. Adică este şi 0 şi 1 în acelaşi timp, un fenomen care în mecanica cuantică se numeşte superpoziţie. Iar în momentul în care se face o măsurătoare a oricăruia dintre ei, polarizarea acestuia ia imediat o valoare clară, fie 0, fie 1, iar polarizarea celuilalt ia imediat valoarea complementară, adică fie 1, fie 0.

Sună cam ciudat, obiectă Daniel. Nu cumva aceste polarizări sunt de fapt determinate dinainte, încă din momentul formării fotonilor prin ruperea în două a fotonului sursă? Adică nu se poate ca cei doi fotoni legaţi să fie de fapt ca o pereche de mănuşi, şi când te uiţi la una şi vezi că este pentru mâna dreaptă, atunci ştii imediat că cealaltă este pentru mâna stângă, chiar dacă e la mii de kilometri depărtare?

Această ipoteză se numeşte ipoteza variabilelor ascunse. Acest fenomen, această acţiune la distanţă, părea de necrezut pentru mulţi cercetători, aşa că aceştia au propus o explicaţie similară cu exemplul mănuşilor dat de tine. Iar unul dintre acei sceptici era chiar Albert Einstein însuşi. A rămas celebră expresia sa „acţiune înfiorătoare la distanţă”14, prin care îşi manifesta neîncrederea în acest fenomen ieşit din comun. Dar iată că, de data aceasta cel puţin, se pare că Einstein a greşit. La vremea aceea, în 1947, tehnologia nu era suficient de avansată pentru a putea verifica cine avea dreptate. Dar câţiva ani mai târziu, în 1964, John Bell15 a proiectat, doar teoretic la vremea respectivă, un mecanism16 prin care se putea verifica dacă această proprietate a fotonilor este stabilită în momentul formării lor în cristalul BBO, sau dacă este cumva o „decizie” luată în momentul măsurării. Iar după alţi câţiva ani, în 1972, la 17 ani de la moartea lui Einstein, un tânăr candidat la doctorat pe nume John Clauser17 a reuşit să pună în practică testele şi, spre surpriza lui, a demonstrat că mecanica cuantică avusese dreptate şi că Einstein greşise.

– Deci mai greşesc şi experţii…

Da, nu ar trebui să te mire asta. Gândeşte-te la Isaac Newton, de exemplu. Deşi legea gravitaţiei universale formulată de el încă este validă, în linii mari, şi este folosită de ingineri şi astronauţi peste tot în lume, multe dintre celelalte teorii ale sale s-au dovedit complet greşite. De exemplu, ideile lui Newton despre alchimie şi despre substanţele din coada cometelor care, spunea el, întreţin viaţa pe pământ, nu sunt deloc corecte. Şi dacă tot vorbim despre greşeli, Newton este faimos şi pentru că şi-a pierdut o mare parte a averii sale investind în South Sea Company, o firmă care se ocupa, printre altele, şi cu comerţul cu sclavi cu America de Sud. Întrebat cum îşi explica uriaşa creştere la bursă a acestei companii, Newton a răspuns: „Eu pot calcula mişcarea stelelor, dar nu şi nebunia omenească”.

– Da, e interesant de ştiut. Hai să revenim la fotonii noştri. Care sunt implicaţiile acestei descoperiri?

Implicaţiile sunt uriaşe. Această descoperire este un prim indiciu că lumea microscopică, mai bine spus nanoscopică sau chiar pico-scopică18, nu seamănă deloc cu lumea macroscopică. Gândeşte-te puţin la aceste două aspecte. Primul, fotonul se află în două stări simultan, este şi polarizat 0, şi polarizat 1, deşi cele două stări se exclud reciproc. Şi această situaţie poate fi întâlnită şi la electroni, şi la alte particule mai mari. Unii fizicieni s-ar putea să protesteze şi să spună că de fapt particula se află într-o stare nedeterminată, nu în două stări simultan. Dar cele două stări posibile trebuie totuşi să existe, separat una de alta, altfel observarea particulei nu s-ar putea efectua. Dacă cele două stări ar fi combinate, ca două valuri, separarea lor nu ar mai fi posibilă. Sper că înţelegi ce vreau să spun; dacă ai numărul 1.234, rezultat din adunarea a două alte numere, nu mai ai de unde şti care au fost cele două numere originale. Deci cele două stări ale particulei trebuie să existe cumva în formă intactă. Şi al doilea aspect: Fotonul „îşi dă seama” că este observat, îşi dă seama că polarizarea sa este măsurată, ia o „decizie”, 0 sau 1, şi comunică instantaneu această decizie perechii sale, care se poate afla şi la mii de kilometri distanţă. În termeni tehnici, această „decizie” a fotonului, această „hotărâre” de a fi fie 0, fie 1, se numeşte colapsul funcţiei de undă19.

Deci este posibil ca şi alte sisteme mai mari să se afle în mai multe stări incompatibile simultan? Care este dimensiunea maximă până la care se poate întâmpla asta?

Fizicianul Erwin Schrödinger ne-a dat un exemplu teoretic, exemplu care acum este cunoscut de toţi fizicienii sub numele de „pisica lui Schrödinger20. Pe scurt, integritatea unei fiole cu gaz toxic este legată de starea nedeterminată a unui atom radioactiv, toate acestea fiind închise, împreună cu o pisică vie, într-o cutie ermetică, cu pereţi opaci. Când atomul instabil se descompune, fiola este spartă şi pisica moare. În exemplul său teoretic, Schrödinger sugerează că deoarece atomul radioactiv poate fi în ambele stări simultan, şi întreg şi descompus, până când cineva îi măsoară starea, această stare incertă, numită superpoziţie, se poate propaga în timp şi la sistemele macroscopice, şi astfel pisica ajunge să fie şi vie şi moartă în acelaşi timp, până când cineva deschide cutia şi se uită înăuntru. Atunci pisica este forţată să devină fie vie, fie moartă. Sper că înţelegi ideea. Un atom descompus şi nedescompus în acelaşi timp face imediat ca şi fiola cu gaz toxic să devină şi spartă şi întreagă în acelaşi timp, ceea ce face imediat ca şi pisica să devină şi moartă şi vie în acelaşi timp.

– Sună de-a dreptul absurd, obiectă Daniel.

Aşa este. Nici Schrödinger nu credea aşa ceva; el a venit cu acest exemplu în discuţiile sale cu Albert Einstein, cu scopul de a critica interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice, care nu stabilea clar o limită până la care combinarea stărilor cuantice, adică superpoziţia, era posibilă. Einstein însuşi sugerase, ironic, că un butoi cu praf de puşcă poate astfel ajunge să fie şi explodat şi ne-explodat în acelaşi timp. Dar, deşi experimentul mental al lui Schrödinger a fost la vremea lui mai mult o ironie, în timpurile noastre diverşi fizicieni au propus interpretări ale mecanicii cuantice în care există posibilitatea reală ca celebra pisică să fie cu adevărat şi vie şi moartă în acelaşi timp.21

Cum se poate ca fizicieni serioşi, cu diplome de doctorat, să susţină asemenea aberaţii?

– Vom discuta mai pe larg despre asta când vom ajunge să analizăm procesul de „observare” în mecanica cuantică şi interpretările mecanicii cuantice. Pe scurt, acum îţi spun doar că oamenii de ştiinţă ajung la asemenea concluzii din cauză că fenomenele cuantice par să nu poată fi explicate prin metode raţionale, care nu implică nimic supranatural.

Reprezentare grafică a ipoteticei pisici a lui Schrödinger, în care se vede comutatorul şi ne-activat şi activat în acelaşi timp, fiola cu otravă şi întreagă şi spartă în acelaşi timp, iar pisica şi vie şi moartă în acelaşi timp. (Sursa: https://en.wikipedia.org/ )

– Să revenim la fotonii noştri legaţi, zise Daniel. Cât de rapid comunică unul cu altul?

Nu s-a putut calcula exact viteza, dar experimentele au demonstrat că este de cel puţin 10.000 de ori mai mare decât viteza luminii.22 E posibil ca fenomenul să fie chiar instantaneu, doar că momentan nu avem tehnologia necesară pentru a măsura asta.

– Există şi o distanţă maximă pentru acest fenomen? întrebă Daniel.

Nu s-a putut determina o distanţă maximă, deci teoretic e posibil să funcţioneze chiar şi dacă cei doi fotoni sunt la extremităţile Universului. Cea mai mare distanţă la care s-a încercat a fost în anul 2017, când satelitul chinezesc Micius a trimis două raze laser legate către două staţii terestre situate la 1.200 km distanţă una de alta.23

– Şi cum anume se face comunicarea asta între fotoni? Dacă eu vreau să comunic cu cineva la 1.200 km distanţă am nevoie de o staţie radio foarte scumpă şi care consumă multă energie, deoarece trebuie să fie foarte puternică. Deci cum comunică doi simpli fotoni unul cu altul? Şi, mai ales, cum de comunică instantaneu, sau la viteze cu mult mai mari decât viteza luminii?

– Nu există niciun răspuns la această întrebare. Îţi mai spun totuşi că deşi particulele elementare pot comunica între ele atât de rapid, noi nu putem. Mecanismul legării cuantice nu poate fi folosit pentru a comunica de la punctul A la punctul B de către noi, oamenii.

2.4. Experimentul celor două fante

Trecem acum, continuă Mihai, la cel mai faimos experiment dintre toate, şi anume la experimentul celor două fante. Imaginează-ţi un paravan mare şi solid, în care s-au tăiat două fante suficient de largi pentru a trece o minge de tenis prin ele, fără a atinge paravanul deloc. În spate se află o placă mare şi solidă, fără niciun fel de găuri. Acum, dacă lansăm mingi de tenis spre paravanul mai sus menţionat, observăm că mingile lovesc placa din spate în două zone distincte, corespunzătoare celor două fante.

Lansarea unor mingi de tenis prin două fante suficient de mari. Mingile lovesc peretele din spate doar în două zone distincte, exact în spatele celor două fante.

– Mai departe, continuă Mihai, dacă paravanul ar fi situat în apă, sau în orice alt lichid, am observa că un val se propagă diferit. Mai exact, valul pare să treacă prin ambele fante, iar apoi interferează cu el însuşi pe partea cealaltă. Cu alte cuvinte, e ca şi cum la cele două fante se formează două noi surse de oscilaţie, care produc două noi valuri perfect sincronizate.

Propagarea unor valuri prin două fante suficient de mari. Fiecare dintre cele două fante devine o nouă sursă de unde, care interferează apoi una cu alta. Când loveşte peretele din spate, lichidul va avea un nivel variabil.

Mihai continuă:

Să vedem acum ce se întâmplă dacă paravanul este mult mai mic, iar cele două fante sunt şi ele mai mici şi apropiate, cu dimensiuni comparabile cu lungimea de undă a unor particule elementare. Spre aceste două fante mici se trimite o rază de lumină sau un jet de particule elementare, electroni, atomi, sau chiar molecule mărişoare. Pe cealaltă parte, la o anumită distanţă, se află o placă solidă, fără nicio deschidere. Dacă experimentul este făcut aşa cum e descris mai sus, fără a adăuga nimic, pe această placă nu se formează două pete distincte, ca în cazul mingilor de tenis, ci se formează franje de interferenţă, ca în cazul valurilor. Explicaţia este foarte surprinzătoare: Particulele elementare, fotonii, electronii, protonii, şi chiar unele molecule24 se mişcă prin aer ca o undă, şi astfel produc pe ecran efecte similare interferenţei undelor.

Franje de interferenţă pentru lumină (cele două de sus), şi electroni (cele două de jos).

– Dar poate unele particule se lovesc de marginea fantelor, deviind puţin la stânga sau la dreapta, şi poate astfel se formează acel model de linii verticale…

Dacă lucrurile ar fi cum spui tu, atunci liniile verticale din spatele paravanului ar trebui să fie mai dezorganizate, mai împrăştiate. Oricum, fizicienii s-au gândit şi la asta şi au acoperit una dintre fante cu un obiect mic. Dacă rezultatul vizibil pe placa din spate ar fi produs de ciocnirea şi devierea particulelor, atunci prin acoperirea unei singure fante liniile verticale ar trebui doar să scadă în intensitate. Dar în realitate, se întâmplă altceva: Când acoperim o fantă, liniile verticale dispar complet, şi în locul lor rămâne una singură, corespunzătoare fantei rămase deschisă.

– Nu cumva particulele interacţionează între ele? Adică nu cumva se lovesc una de alta, şi astfel produc acele aparente franje de interferenţă?

– Fizicienii s-au gândit şi la asta, şi au efectuat experimente în care au lansat câte o singură particulă o dată. Rezultatul a fost acelaşi, după ceva timp, franjele de interferenţă au devenit vizibile.

Bine, bine, zise Daniel, încerc să înţeleg… Deci particulele elementare sunt de fapt valuri? Valuri de ce? Valuri de eter? Credeam că teoria eterului a fost abandonată cu vreo sută de ani în urmă… Valurile au nevoie de un mediu în care să se propage, nu? De fapt, valurile nu sunt nici măcar obiecte reale; valurile sunt de fapt doar deformări ale mediului în care se propagă, sau comprimări şi dilatări ale acestuia. În lumea reală, macroscopică, valurile nu au o existenţă fizică proprie, nu sunt obiecte de sine stătătoare, aşa cum nici cuvintele rostite de mine şi de tine nu sunt obiecte fizice reale.

Fizicianul Max Born răspuns în 1926 la întrebarea ta astfel: Atunci când nu sunt observate, particulele se comportă ca unde, ca valuri de probabilităţi.25 Adică particula nu este o mică sferă microscopică invizibilă cu ochiul liber, ci este de fapt o undă de probabilităţi, cu dimensiunea mult mai mare. Acest lucru înseamnă că o particulă se poate afla peste tot în acea undă, ca şi cum s-ar afla în mai multe locuri deodată. Dar când vei încerca să o găseşti, adică atunci când vei încerca să o observi, să te uiţi la ea, o vei găsi doar într-un singur loc exact, şi va arăta ca un fragment minuscul de materie, cu diametrul de 8,768 x 10-16 metri în cazul protonilor, şi maxim 10-18 metri în cazul electronilor.

– Ceva nu se leagă aici… Dacă de fiecare dată când decid să mă uit la un electron îl văd doar ca o sferă minusculă, de unde ştiu fizicienii că în restul timpului el este de fapt o undă, mare şi confuză?

– E simplu, deoarece se comportă ca o undă, şi lasă în urmă efecte persistente, vizibile, caracteristice undelor. În experimentul celor două fante descris mai sus, atât timp cât nu te uiţi cu atenţie la particule, ele se comportă ca nişte unde şi produc franje de interferenţă. Dar în momentul în care adaugi un detector de particule şi încerci să vezi exact pe unde trec, particulele nu se mai comportă ca unde, ci ca obiecte fizice reale: Franjele de interferenţă încetează să se mai formeze, şi în locul lor apar doar cele două pete distincte, corespunzătoare celor două fante.

Ce înseamnă de fapt franjele acelea? Dacă fiecare particulă ajunge într-un singur loc pe placa din spate, conform undei de probabilităţi, înseamnă că unda respectivă are o formă foarte ciudată… Nu e nici măcar o sferă sau un nor, probabil arată ca un şir de cârnaţi.

Reprezentare grafică a undei probabilistice.

Te-am prevenit, lumea cuantică nu pare să aibă niciun sens din punct de vedere al realităţii macroscopice. Dar hai să mergem mai departe. După cum tocmai ţi-am spus, dacă adaugi un detector de particule, undele dispar şi sunt imediat înlocuite de particule clasice. Aceasta se întâmplă chiar dacă particula ajunge la detector după ce a trecut prin cele două fante. Dar asta nu e totul. Ai auzit vreodată expresia „ştergător cuantic”?

– Niciodată, zise Daniel.

Fizicienii au făcut următorul experiment: Au trecut o rază laser printr-ul cristal BBO, şi astfel au obţinut două raze legate, hai să le numim R1 şi R2. Prima dintre ele, R1, au trecut-o apoi prin cele două fante menţionate mai devreme şi, evident, a produs franje de interferenţă. Apoi au adăugat în spatele unei fante un dispozitiv care polarizează fotonii într-un anume sens, şi în spatele celeilalte fante un dispozitiv care îi polarizează în sens opus. Acum fotonii erau marcaţi, se putea spune clar pe unde au trecut, prin care fantă, din cauză că erau polarizaţi diferit. În terminologia ştiinţifică consacrată, se spune că fotonii aveau „which-path information”, adică informaţie despre calea parcursă. Evident, după această polarizare, franjele de interferenţă au dispărut, fiind înlocuite de doar două linii verticale, corespunzătoare celor două fante: fotonii au încetat să se comporte ca unde care treceau prin ambele fante simultan, şi au început să se comporte ca particule clasice care treceau fie printr-o fantă, fie prin cealaltă. Acum vine însă surpriza. Folosind a doua rază, R2, ai cărei fotoni erau legaţi de fotonii din prima, fizicienii au schimbat polarizarea. Deoarece fotonii erau legaţi, forţarea unei anumite polarizări asupra celor din R2, a avut ca efect apariţia polarizării opuse la fotonii din R1. Astfel, toţi fotonii din R1 au dobândit aceeaşi polarizare, iar informaţia despre calea parcursă a dispărut. Şi ce crezi că s-a întâmplat? Ştergerea informaţiei despre calea parcursă a provocat re-apariţia franjelor de interferenţă. Dar asta nu este tot. Ştergerea informaţiei despre calea parcursă poate avea loc şi după ce fotonii din R1 trecuseră deja şi prin cele două fante şi prin dispozitivele care le schimbau polarizarea şi care, teoretic, îi forţau să redevină particule clasice.

– Vrei să spui că ştergerea informaţiei despre calea parcursă poate modifica rezultatul unor evenimente care deja s-au întâmplat?

Ştiu că sună absurd, dar exact asta pare să se întâmple; am să-ţi explic mai pe larg imediat, când vom discuta despre observaţii şi despre ipoteza retro-cauzalităţii. Am folosit cuvântul „pare” deoarece retro-cauzalitatea este doar o ipoteză, o presupunere la care s-a ajuns din cauza limitărilor noastre, adică din cauza faptului că nu putem şti cu exactitate ce se întâmplă acolo. Experimentele de acest gen se numesc „ştergătoare cuantice”26.

2.5. Ce este o „observaţie”?

– Bine, zise Daniel, înţeleg că în mecanica cuantică observaţia are un rol special, şi schimbă comportamentul particulelor. Dar ce este de fapt o observaţie?

– Ai să fii surprins, dar în pofida a zeci de ani de discuţii şi dezbateri, fizicienii încă nu au reuşit să clarifice nici ce anume constituie o observaţie în lumea cuantică, şi nici de ce aceasta schimbă comportamentul particulelor. Iată două citate de la un fizician cunoscut:

Rolul măsurării în mecanica cuantică este atât de critic şi atât de bizar încât cu siguranţă poţi să te întrebi ce anume constituie o măsurare? Are ceva de-a face cu interacţiunea dintre un sistem microscopic (cuantic) şi un aparat de măsură (clasic) macroscopic (aşa cum insista Bohr), sau este caracterizat de lăsarea unei „înregistrări” permanente (aşa cum susţinea Heisenberg), sau implică intervenţia unui „observator” conştient (aşa cum a propus Wigner)?27

Această viziune (aşa numita interpretare Copenhaga) este asociată cu Bohr şi cu adepţii săi. Printre fizicieni a fost tot timpul cea mai larg acceptată poziţie. Să observăm, totuşi, că dacă este corectă atunci avem de-a face cu ceva extrem de ciudat în actul măsurării – ceva ce mai bine de jumătate de secol de dezbateri nu a reuşit să elucideze.28

Mihai continuă:

– Aş vrea să scot în evidenţă ultimele cuvinte: mai bine de jumătate de secol de dezbateri între oamenii de ştiinţă nu a făcut mai nimic ca să elucideze problema observării, a măsurătorii, în mecanica cuantică.

Tot nu-mi dau seama de ce e aşa de complicat… Înţeleg că pentru a observa, pentru a măsura o proprietate a unui electron, trebuie să detectez câmpul electromagnetic produs de el, sau trebuie să îl lovesc cu cel puţin un foton. Apoi trebuie să interceptez acel foton şi să-l analizez, ca să văd ce-mi spune despre electronul cu care tocmai s-a ciocnit. Şi poate această interacţiune a fotonului cu electronul îl face pe acesta din urmă să se transforme din undă în particulă. Unde greşesc?

Nu e chiar aşa de simplu. În primul rând, de ce ar schimba detecţia comportamentul particulei? De ce nu îi schimbă doar direcţia şi atât? În al doilea rând, aceste experimente sunt efectuate şi în prezenţa atmosferei. Şi totuşi, interacţiunile particulelor cu moleculele de azot şi de oxigen din aer nu provoacă schimbarea comportamentului lor din undă în particulă clasică. În al treilea rând, experimentul celor două fante se poate face şi cu oglinzi. Şi totuşi, reflexia fotonului de către oglindă nu îi schimbă comportamentul din undă în particulă clasică. În al patrulea rând, în experimentul ştergătorului cuantic cu decizie întârziată lumina deja trecută prin cele două fante a fost trecută apoi printr-un cristal BBO, şi a fost descompusă în două raze de fotoni legaţi. Dar nici aceasta nu le-a schimbat comportamentul, fotonii au produs în continuare franje de interferenţă. Prin urmare, nici măcar un act atât de traumatizant precum „ruperea în două” a fotonului, nu este o observaţie.

– Şi atunci ce este o observaţie?

După cum îţi spuneam, cei mai mari oameni de ştiinţă din domeniu nu au reuşit să cadă de acord şi să dea o explicaţie universal acceptată. Totuşi, majoritatea argumentelor conduc într-o singură direcţie: În mecanica cuantică, o observaţie, adică factorul care anulează comportamentul de undă a unei particule, este orice proces care produce informaţie. De exemplu, în experimentul celor două fante, adăugarea informaţiei despre calea parcursă, mai exact, marcarea fotonilor cu polarităţi diferite în funcţie de fanta în spatele căreia sunt detectaţi, anulează franjele de interferenţă şi face fotonii să se comporte ca particule clasice. Iar apoi ştergerea acestei informaţii provoacă re-apariţia comportamentului de undă.

Ştie materia moartă ce e aia informaţie? întrebă Daniel.

– După cum îţi spuneam, aceste noi legi ale fizicii par să fie înzestrate cu inteligenţă. Ce este, de fapt, informaţia? În exemplul de mai sus, informaţia este ceva ce ne spune prin ce fantă a trecut un foton. În cazul acesta, este polarizarea, dar ar putea fi şi altceva. Dacă interceptăm un foton şi îi observăm polarizarea, vom şti imediat dacă aceasta a fost setată imediat în spatele fantei 1, sau imediat în spatele fantei 2. Acest lucru face ca efectul de undă să dispară. Dar dacă ştergem informaţia mai sus menţionată, comportamentul de undă re-apare.

– Bine, bine, şi cum ştie materia moartă dacă fotonii prezintă şi informaţie, sau nu?

E o întrebare bună. Noi, oamenii înzestraţi cu inteligenţă, putem să deosebim prezenţa de absenţa informaţiei. Dar animalele nu pot. Un foton cu polarizarea 0, un foton cu polarizarea 1, şi un foton nepolarizat deloc, au exact acelaşi efect asupra „intelectului” unui peşte sau a unei păsări. Cum dar poate materia moartă, sau legile fizicii, despre care oamenii de ştiinţă presupun că sunt oarbe şi lipsite de raţiune, să detecteze prezenţa informaţiei şi să schimbe comportamentul unei particule?

– Exact, cum?

Vom aborda acest subiect imediat, când vom vorbi despre interpretările mecanicii cuantice. Acum hai să ne concentrăm atenţia pe un alt aspect, la fel de important. Aceste noi legi ale fizicii par să fie situate în afara timpului, şi astfel par să poată prevedea evenimente care urmează să se întâmple peste câteva fracţiuni de secundă. Încă o dată, folosesc cuvântul „pare” deoarece este doar o ipoteză, nicidecum o certitudine. Avem un exemplu clar în experimentele ştergătorului cuantic şi al ştergătorului cuantic cu decizie întârziată. Se pare că ceva prevede faptul că informaţia va fi ştearsă, şi astfel restaurează în avans comportamentul de undă al particulei.

– Aşa ceva chiar că e cu totul şi cu totul ieşit din comun, zise Daniel.

Aşa este, într-adevăr. Nu eşti singurul uimit de aceste fenomene. Aceste concluzii însă nu sunt nici interpretările unor amatori, nici părerile unor credincioşi simpli care nu înţeleg cercetarea ştiinţifică. Hai să vedem ce spun oamenii de ştiinţă care şi-au dedicat viaţa studierii acestor subiecte. Singura diferenţă este că ei explică lucrurile invers, adică prin retro-cauzalitate, prin modificarea trecutului, nu prin prezicerea viitorului. În articolul laic dedicat ştergătorului cuantic de pe site-ul Wikipedia citim:

O descoperire cheie este aceea că nu contează dacă procesul de ştergere are loc înainte sau după ce fotonii ajung la ecranul detector.29, 30, 31

Deci chiar dacă ştergerea informaţiei are loc după ce fotonii au ajuns la ecranul din spate, efectul este acelaşi. Mai departe:

În experimentele cu ştergere întârziată efectele cuantice imită o influenţă a acţiunilor viitoare asupra evenimentelor trecute.32, 33

Deşi experimentele cu decizie întârziată au confirmat aparenta abilitate a măsurătorilor efectuate pe fotoni în prezent de a schimba evenimente întâmplate în trecut, aceasta necesită o viziune non-standard asupra mecanicii cuantice.34

Iată şi un alt cercetător adept al retro-cauzalităţii, Dr. Matthew S. Leifer, de la Chapman University:

Motivul pentru care cred că merită să investigăm retro-cauzalitatea este că acum avem o mulţime de blocaje rezultate din interpretări realiste ale mecanicii cuantice, inclusiv teorema lui Bell.35

Să fim atenţi la cuvinte, zise Mihai: Interpretările realiste au dus la o mulţime de blocaje, prin urmare oamenii de ştiinţă au început să ia în calcul opţiunile absurde, ireale, cum ar fi retro-cauzalitatea. Mai departe, alte păreri ale altor oameni de ştiinţă:

Un eveniment viitor face ca fotonul să-şi decidă trecutul.36

Altcineva, Dr. Kater Murch, de la Washington University:

În lumea cuantică, viitorul afectează trecutul: Retrospectiva şi previziunea luate împreună prezic mai exact starea unui sistem cuantic.37

Dar în experimentul ghicirii cuantice, simetria timpului s-a întors. Şansele îmbunătăţite implică că starea cuantică măsurată cumva încorporează informaţii şi din viitor şi din trecut.38

Iată şi un alt cercetător, Asher Peres, de la Israel Institute of Technology, un pionier în teoria informaţiei cuantice:

Dacă încercăm să atribuim un înţeles obiectiv stării cuantice a unui singur sistem, apar paradoxuri curioase: efectele cuantice imită nu doar acţiuni la distanţă instantanee, dar şi, cum s-a văzut aici, influenţa unor acţiuni viitoare asupra evenimentelor trecute, chiar şi după ce aceste evenimente au fost înregistrate irevocabil.39

Mai departe, continuă Mihai, Andrew Truscott, profesor de fizică la Australian National University:

[Asta] dovedeşte că măsurarea este totul. La nivel cuantic, realitatea nu există dacă nu te uiţi la ea. […]

Dacă cineva alege să creadă că atomul chiar a parcurs o anume cale, sau căi, atunci trebuie să accepte că o măsurătoare viitoare afectează trecutul atomului.40

– Şi retro-cauzalitatea este singura explicaţie posibilă? întrebă Daniel.

Mai sunt şi altele. Să fim atenţi la cuvintele profesorului Truscott citate mai sus: „Dacă cineva alege să creadă că atomul chiar a parcurs o anume cale, sau căi…” Alternativa ar fi să credem că atomul nu a parcurs în mod clar şi definitiv nicio cale; mai exact, alternativa ar însemna ca noi să credem că atomul, de fapt întregul sistem din care acel atom face parte, se află într-o superpoziţie de mai multe stări potenţiale simultan: Starea 1: atomul a trecut ca o particulă clasică numai prin fanta 1; starea 2: atomul a trecut ca o particulă clasică numai prin fanta 2; starea 3: atomul a trecut ca o undă prin ambele fante. Deci alternativa ar fi să credem că atomul şi sistemul care îl conţine se află în toate aceste trei stări potenţiale simultan, iar o observaţie (o măsurare) determină „selectarea” definitivă a unei singure stări dintre cele trei tocmai enumerate, şi asta dă impresia de retro-cauzalitate, deoarece e ca şi cum atomul ar aştepta sfârşitul experimentului pentru a „decide” pe care dintre cele trei căi posibile să o selecteze.

– Sincer să fiu, alternativa aceasta mi se pare şi mai ştiinţifico-fantastică decât retro-cauzalitatea, zise Daniel.

N-am să te contrazic. Unii fizicieni ţi-ar spune că de fapt ecuaţiile matematice descriu exact acest lucru, superpoziţia întregului sistem macroscopic. Dar eu zic că lucrurile nu sunt chiar aşa de simple. În primul rând, o ecuaţie este doar un model matematic, nu descrie complet realitatea; de exemplu, o ecuaţie de gradul doi poate descrie corect traiectoria ta când sari peste un obstacol, dar nu îţi oferă nicio explicaţie despre energia necesară acelei sărituri, nici despre modul în care muşchii tăi folosesc acea energie pentru a efectua acel salt, şi nici despre originea organismului tău (creaţie sau evoluţie). Deci să fim atenţi, modelele matematice sunt extrem de limitate. În al doilea rând, ecuaţia unui asemenea sistem macroscopic ar trebui să conţină vreo 1028 termeni; dacă ar fi scrisă pe hârtie A4, câte 500 de termeni pe pagină, atunci foile ar forma un teanc înalt de un miliard de miliarde de kilometri, şi ar cântări aproape 50 de miliarde de miliarde de tone, adică cam două treimi din greutatea Lunii; memoriile cumulate ale tuturor calculatoarelor din lume ar putea stoca doar o sutime de milionime dintre toţi acei termeni. Deci este evident că nimeni nu a scris vreodată o asemenea ecuaţie, şi poate nici nu va scrie vreodată; ea există doar la nivel teoretic, în imaginaţia fizicienilor.

Într-adevăr, o ecuaţie cam mare, zise Daniel. Pe de altă parte, şi retro-cauzalitatea pare de necrezut…

– Aşa este, nici eu nu pot să cred cu adevărat în retro-cauzalitate. Ţi-am prezentat toate aceste detalii doar pentru ca să înţelegi că aceste fenomene nu pot fi explicate în mod „realist”, clasic. Iată, de exemplu, teoretic, în cazul ştergătorului cuantic cu decizie întârziată se poate mări intervalul de timp de la opt nanosecunde la câteva secunde întregi. Nu e deloc uşor, dar se poate face, iar în acest caz observatorul uman are timp să vadă rezultatul iniţial, despre care se presupune că este schimbat prin retro-cauzalitate. Ei bine, oare chiar crede cineva că după cele câteva secunde imaginea de pe ecranele de detecţie se va schimba în mod „magic”? Mă îndoiesc. Oare se poate ca acum, în anul 2018, cineva să facă ceva care să schimbe finalului ultimului război mondial, care s-a încheiat în anul 1945? Mă îndoiesc. De aceea, eu aş fi mai înclinat să cred că ştiinţa a ajuns la nişte limite impuse de către Creatorul Universului, şi că probabil avem de-a face cu nişte legi ale fizicii înzestrate cu o oarecare inteligenţă (impersonală dacă legile înseşi sunt impersonale), situate în afara timpului, care pot astfel vedea în viitor şi pot acţiona preventiv. Oricum, chiar şi această părere a mea este doar o presupunere şi nimic mai mult.

Dacă există cu adevărat posibilitatea de a schimba trecutul, atunci poate în acel caz se va schimba şi ceea ce a văzut observatorul uman la acel moment, deci lui nu i se va părea nimic „magic”. Observatorului uman i se va părea că de fapt acesta a fost rezultatul iniţial al experimentului. Schimbându-se evenimentul în trecut, se vor schimba şi toate evenimentele ulterioare cauzate de acesta, prin urmare şi memoria observatorului uman.

– Nu ştiu… zise Mihai sceptic. Asta începe să semene cu vechea întrebare filosofică: „Dacă într-o pădure cade un copac, şi nu este nimeni în preajmă, nici oameni şi nici microfoane, atunci se mai produce vreun zgomot?”

– Da, aprobă Daniel, genul de întrebare la care nu se poate da niciun răspuns ştiinţific. Să revenim; mai sunt şi alte probleme cu această alternativă la retro-cauzalitate?

Da, probleme destul de mari. După cum am spus, pentru a evita retro-cauzalitatea, mulţi fizicieni susţin că în cazul ştergătorului cuantic cu decizie întârziată, întregul ansamblu, care include laserul, paravanul cu cele două fante, oglinzile şi cristalele, trebuie tratat ca un singur sistem cuantic, care se află într-o stare nedefinită, mai exact într-o superpoziţie a mai multor stări valide, până în momentul în care se efectuează o observaţie. Dar această presupusă superpoziţie a obiectelor macroscopice deschide uşa la o grămadă de alte probleme. Dacă această posibilitate chiar există, ce se întâmplă atunci cu pisica lui Schrödinger? Poate fi şi ea cu adevărat şi vie şi moartă în acelaşi timp? Dar butoiul cu praf de puşcă al lui Einstein? Poate fi şi el cu adevărat şi explodat şi ne-explodat în acelaşi timp? Problema principală este evidentă: Unde se opreşte superpoziţia? Se opreşte la observatorul uman, atunci când acesta se uită la pisică sau la butoiul cu praf de puşcă? Dacă da, de ce anume? Ştiinţa atee consideră că omul este doar o grămadă de atomi şi molecule, fără suflet, deci ce are omul special de se opreşte superpoziţia cuantică la el? Iar dacă superpoziţia nu se opreşte la observatorul uman, atunci acesta ajunge şi el într-o superpoziţie a două stări valide: În prima stare el se uită la o pisică vie, în a doua stare el se uită la o pisică moartă. Poţi să te imaginezi pe tine în starea aceasta, mai exact, în stările acestea două simultan?

– E absurd, zise Daniel. Eu nu pot fi în două locuri deodată, există doar un singur Daniel, nu doi sau trei.

Exact. Şi de aici înainte, fizicienii care au mers pe această cale au doar o singură scăpare: ipoteza lumilor multiple, despre care vom discuta imediat.

Mihai se opri câteva momente, apoi continuă:

Înţelegi acum că oamenii de ştiinţă s-au lovit de probleme foarte serioase în studiul particulelor elementare; negăsind nicio rezolvare clasică pentru acele dileme, unii au recurs la retro-cauzalitate, alţii la superpoziţia obiectelor macroscopice, iar alţii la Universuri multiple, după cum vom vedea imediat. Dar asemenea interpretări absurde nu sunt deloc necesare. Dacă am accepta faptul că Dumnezeu a stabilit anumite limite până la care poate avansa cercetarea ştiinţifică, şi că aceste limite ar putea include legi ale fizicii dotate cu o oarecare inteligenţă impersonală, situate în afara timpului, atunci toate aceste fenomene ar fi uşor de explicat. Asemenea legi ale fizicii, fiind înzestrate cu inteligenţă şi situate în afara timpului, după cum şi Dumnezeu este în afara timpului, ar avea abilitatea de a detecta la timp evenimentele viitoare şi de a acţiona în consecinţă. Dar, evident, existenţa unor asemenea legi, deşi impersonale, implică existenţa unui Creator personal, mai exact existenţa lui Dumnezeu, Care le-a creat şi le-a pus să aibă grijă de lumea materială. Iar existenţa lui Dumnezeu este ceva greu de acceptat pentru mulţi oameni de ştiinţă. Hai să mergem mai departe acum, şi să vorbim despre interpretările mecanicii cuantice.

2.6. Interpretări ale mecanicii cuantice

– Deci există mai multe interpretări? întrebă Daniel.

Desigur; fenomenele cuantice sunt atât de surprinzătoare, atât de neobişnuite, atât de supranaturale aş îndrăzni să spun, încât oamenii de ştiinţă nu au reuşit să se pună de acord în ce priveşte semnificaţia lor. Pentru comparaţie, nu avem interpretări pentru lăţimea clădirii din faţa noastră, nu avem interpretări pentru viteza sunetului, nu avem interpretări pentru adâncimea unui lac sau a unui ocean, nu avem interpretări pentru distanţa pământ-lună, şi aşa mai departe. Acestea sunt lucruri clare, uşor de măsurat şi analizat. Pentru mecanica cuantică avem interpretări multiple deoarece, deşi particulele elementare sunt mereu în faţa noastră şi le putem analiza oricând, rezultatele experimentelor par să nu aibă niciun sens din punctul de vedere al realităţii macroscopice în care trăim. După cum spuneam şi mai sus, oamenii de ştiinţă au întâlnit mai multe blocaje în acest domeniu, blocaje care nu pot fi rezolvate decât făcând apel fie la supranatural (mai exact, la limitări stabilite de Creator, incluzând probabil legi ale fizicii înzestrate cu o oarecare inteligenţă), fie la teorii exotice şi absurde, cum ar fi retro-cauzalitatea, sau Universurile multiple, adică duplicarea întregului nostru Univers. Şi astfel au apărut interpretările mecanicii cuantice.

– Deci lucrurile nu sunt clare?

Deloc. Simplul fapt că există mai multe interpretări este o dovadă foarte bună a faptului că nu există dovezi clare pentru niciuna dintre ele. Toate aceste interpretări sunt doar opinii, păreri ale oamenilor de ştiinţă, care nu pot fi dovedite în niciun fel; ele pot fi doar crezute, atât. Ceva din interiorul nostru este atras spre una sau spre alta, dar este imposibil de demonstrat ştiinţific vreuna dintre ele, astfel încât toate celelalte să fie dovedite clar şi definitiv greşite.

Bine, dar există argumente pentru fiecare dintre ele, nu? Există ecuaţii matematice funcţionale pentru fiecare dintre ele, nu?

Ecuaţiile matematice sunt doar nişte modele teoretice, faptul că sunt funcţionale nu dovedeşte nimic. Există ecuaţii matematice pentru fiecare dintre aceste interpretări, şi totuşi nu se poate dovedi clar dacă vreuna dintre ele este adevărată sau nu. Simpla logică ne spune că două afirmaţii contradictorii nu pot fi adevărate în acelaşi timp: Pot fi amândouă false, sau una falsă şi cealaltă adevărată, dar nu pot fi amândouă adevărate, deoarece se contrazic una pe alta. Multe dintre aceste interpretări se contrazic reciproc, deci şi simpla logică ne spune că ele sunt greşite, în pofida faptului că toate au modele şi ecuaţii matematice funcţionale. Deci faptul că un model matematic este funcţional nu înseamnă că el descrie cu adevărat realitatea. De exemplu, poţi aproxima matematic un om cu un cilindru făcut dintr-un anume material, cu o anume densitate. Poţi astfel calcula cu foarte mare precizie viteza cu care omul ar cădea de la un metru înălţime, procentul din el care s-ar scufunda în apă şi procentul care ar rămâne la suprafaţă, şi aşa mai departe. Dar dacă vei încerca să treci cilindrul printr-o gaură rotundă, vei observa că modelul matematic, deşi foarte bun în anumite cazuri, nu mai corespunde realităţii, şi că omul real nu încape. În acelaşi fel, la calcularea orbitelor astronomii consideră sateliţii, asteroizii şi uneori chiar planetele ca fiind de dimensiune neglijabilă, adică doar nişte puncte. Iar acest model matematic funcţionează foarte bine în acele situaţii, dar este evident că nu corespunde absolut deloc realităţii: Un satelit nu este un punct de dimensiune zero. Mai mult, dacă vei folosi acest model pentru a calcula probabilitatea ca un satelit (considerat punctiform) să fie lovit de praf cosmic sau de meteoriţi, vei obţine un rezultat fundamental greşit, cu toate că modelul matematic funcţionează foarte bine în alte situaţii. Iată deci că, deşi un model matematic poate prezice corect anumite fenomene, el poate fi totuşi extrem de departe de realitate. Dacă un om aleargă şi sare peste un obstacol, ecuaţiile matematice newtoniene vor prezice foarte bine înălţimea maximă la care va ajunge, şi distanţa după care va atinge din nou solul; dar acele ecuaţii nu-ţi vor spune nimic despre structura internă a omului, despre cât de complicată este chiar şi o singură celulă de-a sa. Ecuaţiile acelea nu-ţi vor explica în niciun fel existenţa omului, nu-ţi vor spune dacă a fost creat de Dumnezeu sau dacă a evoluat din forme de viaţă primitive. Iată deci că, deşi pot prezice aproape exact anumite evenimente, modelele matematice sunt extrem de limitate.

– Da, de acord, aprobă Daniel.

Aş putea şi eu să exprim înălţimea mea în numere complexe, să-mi imaginez nişte dimensiuni suplimentare, şi rezultatul ecuaţiei mele ar spune că în acele dimensiuni eu pot să ajung cu mâna la lună.41 O adevărată aberaţie, nu?

– Da, într-adevăr.

Mai departe, majoritatea acestor interpretări ale mecanicii cuantice tratează materia, particulele elementare şi chiar sistemele macroscopice ca şi cum ar fi doar nişte unde de probabilităţi, sau doar nişte ecuaţii. Dar o ecuaţie nu este un obiect real, tangibil, ci doar o reprezentare, o noţiune abstractă. Ecuaţia matematică este cea care încearcă să descrie, să imite, în mod parţial şi limitat, lumea reală, şi nu invers. Lumii reale nu-i pasă de ecuaţiile noastre, şi nu încearcă să le imite în niciun fel; dacă uneori dă impresia asta, e doar din cauză că fizicienii au reuşit să descrie, prin acea ecuaţie, o mică parte a realităţii, atât şi nimic mai mult. Diferenţa dintre un model matematic şi realitatea pe care o modelează este ca şi diferenţa dintre o fotografie a unui obiect şi obiectul real însuşi, sau ca diferenţa dintre un personaj dintr-un joc pe calculator şi un om real. Da, de acord, şi fotografia este reală, este alcătuită din atomi şi molecule reale, dar totuşi este o diferenţă imensă între ea şi obiectul real fotografiat. Mecanica cuantică sugerează astfel că lumea materială nu este cu adevărat reală, că e doar o ecuaţie.

– Bine, să revenim. Care sunt acele interpretări ale mecanicii cuantice?

Primele conflicte între cercetători au început să apară pe la începutul secolului al XX-lea. Pe atunci se prefigura clar ideea că mecanica cuantică este nedeterministă, mai exact că, atât timp cât nu este măsurată, o particulă se comportă ca o undă de probabilităţi, şi că nu există niciun mod de a calcula unde exact va fi găsită acea particulă atunci când se va încerca detectarea ei. Spre deosebire de fizica clasică, în care se pot calcula cu exactitate, de exemplu, traiectoriile planetelor, în mecanica cuantică aşa ceva este imposibil. O particulă se comportă ca o undă de probabilităţi, iar un punct din acea undă pare să reprezinte doar probabilitatea de a găsi particula în acel loc, atât şi nimic mai mult. Einstein a fost un mare sceptic în privinţa acestei interpretări. Totuşi, el nu a susţinut că teoria cuantică ar fi complet greşită, doar că ar fi incompletă. În mod special lui Einstein nu-i plăcea ideea că particulele se comportă într-un mod nedeterminist. A rămas celebră această afirmaţie a sa: „Nu cred că Dumnezeu joacă zaruri cu Universul”. La fel şi răspunsul pe care l-a primit de la Niels Bohr: „Einstein, nu-I mai spune lui Dumnezeu ce să facă”.

Niels Bohr (stânga) şi Albert Einstein (dreapta), dezbătând problemele mecanicii cuantice în decembrie 1925.
(Sursa:
https://en.wikipedia.org/ )

Mihai continuă:

Deci, cea mai răspândită interpretare poartă numele de „Interpretarea Copenhaga”, şi a fost elaborată (în mare parte) între anii 1925 şi 1927 de către Niels Bohr şi Werner Heisenberg. Conform acestei interpretări, particulele se comportă în mod nedeterminist, ca unde de probabilităţi, până în momentul în care sunt observate. Dar interpretarea Copenhaga nu este o interpretare completă, ea nu dă o definiţie clară a procesului de observare, aşa că diverşi cercetători, fără a devia prea mult de la esenţa acestei interpretări, au oferit propriile lor interpretări pentru ce anume înseamnă „a observa”. Prin urmare, avem două tipuri de interpretări: Interpretările care pornesc de la zero, ignorând interpretarea Copenhaga, şi interpretările care doar încearcă să completeze interpretarea Copenhaga, încercând să explice ce anume este o observaţie.

– De exemplu?

Ţi-am dat deja un exemplu, şi anume apariţia informaţiei în sistemul analizat. Această interpretare explică parţial comportamentul particulelor, dar nu ne explică deloc cine sau ce anume, şi mai ales cum anume detectează prezenţa informaţiei. Alţi cercetători au venit şi ei cu o idee revoluţionară: Conştiinţa umană, mai exact, prezenţa unui observator uman determină schimbarea particulei din undă în particulă clasică. Această interpretare sugerează că omul este ceva special. Totuşi, nici această interpretare nu ne explică deloc cine sau ce anume, şi mai ales cum anume detectează prezenţa unui observator uman.

Şi oamenii de ştiinţă au luat în serios această idee, adică prezenţa observatorului uman? întrebă Daniel. Întreb deoarece pare puţin cam supranaturală, cel puţin pentru un om de ştiinţă ateu, care crede că omul e doar o grămadă de atomi şi molecule.

Ideea conform căreia conştiinţa umană provoacă colapsul funcţiei de undă a fost susţinută de un om de ştiinţă foarte cunoscut, şi anume John von Neumann42, dar şi de fizicianul Eugene Wigner.43 Acesta din urmă a mai adăugat un element experimentului mental cu pisica: Un observator uman, numit „prietenul lui Wigner”, care deschide cutia şi ajunge să se uite la o pisică şi vie şi moartă în acelaşi timp, şi care ajunge astfel, teoretic, să fie şi fericit (deoarece pisica este vie) şi nefericit (deoarece pisica este moartă) în acelaşi timp. Wigner încerca astfel să sugereze că acea stare de superpoziţie trebuie să se încheie înainte sau când ajunge la observatorul uman conştient. Celălalt susţinător al acestei idei, Von Neumann, era considerat cel mai mare matematician al vremii sale, şi unul dintre cei mai mari matematicieni din toate timpurile. Deşi a trăit doar 53 de ani, a publicat peste 150 de lucrări ştiinţifice, în domenii precum matematica, fizica şi informatica. Dar ideea lor a fost tratată cu scepticism de mulţi oameni de ştiinţă, deoarece sugerează că doar mintea non-materială este un adevărat observator în mecanica cuantică. Înţelegi ideea: problema era că această interpretare părea să susţină existenţa unei „minţi non-materiale”, care probabil putea fi numită şi suflet, deşi se spune că von Neumann nu era neapărat o persoană religioasă, fiind considerat mai mult agnostic decât credincios. Dar înţelegi implicaţiile religioase ale ideii sale, nu-i aşa? Oricum, faptul că cineva de calibrul lui von Neumann a apelat la o asemenea interpretare supranaturală ne arată că fenomenele mecanicii cuantice nu prea pot fi explicate prin mijloace clasice, naturale.

– Da, înţeleg, un cercetător ateu probabil nu ar vrea să ia în considerare această ipoteză.

– Totuşi, legat de comportamentul nedeterminist al particulelor, în opinia mea acest comportament există doar din perspectiva noastră, doar la nivelul nostru. Adică doar noi nu suntem în stare să anticipăm exact unde va fi găsit un electron atunci când are loc colapsul funcţiei sale de undă, din motive pe care le vom discuta imediat. Dar pentru Dumnezeu cred că nu este nimic nedeterminist în comportamentul unei particule. Eu cred că Dumnezeu poate calcula cu exactitate unde va fi găsit un electron, deşi pentru noi el apare doar ca o undă de probabilităţi.

Şi interpretările care pornesc de la zero, ignorând interpretarea Copenhaga?

Aici lucrurile devin cu adevărat bizare. Deşi interpretarea Copenhaga este în continuare cea mai răspândită, într-un sondaj din anul 1997 a reieşit că doar 42% dintre oamenii de ştiinţă mai credeau în ea la acel moment.44 Restul adoptaseră alte interpretări. De exemplu, o interpretare a cărei rată de acceptare creşte rapid în zilele noastre este interpretarea lumilor multiple.

Adică ideea că există mai multe Universuri paralele? întrebă Daniel, gândindu-se la filmele SF.

Da, această teorie susţine că există miliarde, probabil o infinitate de lumi paralele; ba chiar mai mult, teoria pretinde că în fiecare secundă apar din senin milioane de noi Universuri. Dar hai să o luăm treptat. În linii mari, interpretarea este aceasta: În cazul pisicii lui Schrödinger, vine momentul când atomul radioactiv trebuie „să ia o decizie”, adică să se descompună sau nu. În acest moment, pretind susţinătorii lumilor multiple, nu mai intervine nicio stare de superpoziţie, ca în mecanica cuantică clasică, care susţine că atomul este şi întreg şi descompus până în momentul în care se uită cineva la sistemul cuantic. În acest moment, pretind acei susţinători, Universul se duplică, parţial sau chiar total. Da, ai auzit bine, cumva, din senin, apare încă o copie aproape identică a Universului. Între cele două copii există o singură diferenţă minoră: Într-un Univers atomul este întreg, în celălalt Univers atomul s-a descompus radioactiv. De acum înainte, spun ei, fiecare Univers îşi urmează calea sa. În primul Univers pisica rămâne în viaţă, momentan. În al doilea Univers pisica moare, foarte curând. În primul Univers, cel în care atomul a rămas întreg, pisica este vie doar momentan: Peste câteva secunde, sau microsecunde, atomul poate „decide” iarăşi să se descompună, rezultând o nouă bifurcaţie şi un nou Univers. Şi aşa mai departe, fiecare atom are potenţialul de a duplica Universul, de mii sau chiar de milioane de ori pe secundă. Această interpretare are mai multe variante, iar unele dintre ele susţin că de fapt duplicarea Universului se întâmplă doar atunci când are loc o observaţie, o măsurare.


Continue reading this ebook at Smashwords.
Download this book for your ebook reader.
(Pages 1-31 show above.)