Постоји ли стварност :: Nauka ~ Tehnika ~ Military

Другачији поглед на свет

Већина научника чврсто се држи начела да стварност постоји независно од нас и нашег посматрања. Али, квантни физичари сламају неке од наших кључних веровања, можда чак и ово...

На Париском универзитету у Орсеју одиграо се 1982. године један изузетан научни догађај. Истраживачки тим под вођством физичара Алена Аспека извео је оглед који је можда један од најзначајнијих у 20. веку јер се верује да је променио лице науке. Ипак, о овом успеху ништа нисте могли да чујете у вечерњим вестима и, уколико немате обичај да пратите научне часописе, ни да сазнате ко је Ален Аспек.
Аспек и његов тим стручњака огледом су доказали да одређени парови субатомских честица, како би то стручњаци рекли „заплетени” фотони, могу тренутно да се споразумевају без обзира на то колико су удаљени - не само када се њихова раздаљина мери метрима, већ и светлосним годинама. На неки чудан, необјашњив начин, свака честица као да увек зна шта ради њена „рођака”. И лаицима је јасно да је та појава пркосила здравом разуму, а оним упућенијим да крши Ајнштајнов кључни постулат - да ништа, чак ни информација, не може да путује брже од светлости у вакууму. А постулат да је брзина светлости у вакууму највећа могућа, уткан је у Ајнштајнове теорије релативности на којима почива данашња наука, пре свега физика и астрономија.
Међутим, овај оглед донео је још неке важне последице: доказ да квантна механика потпуније описује свет од класичне физике и да квантни а можда и велики свет морају да буду „нелокални” - да је све повезано упркос великој удаљености.

Промењена слика света

Обрачун између квантне и класичне физике почео је већ двадесетих година прошлог века. Јер, квантна механика је тврдила да су догађаји у бити случајни, да немају узрочно-последичну везу. Она је, значи, недетерминистичка теорија и по њој је могуће да мерење извесне особине два потпуно иста физичка система подари различите резултате. Уместо извесности она даје одговоре о вероватноћи. Квантни физичари су открили да се субатомске честице понашају и као таласи и као честице и да су ово друго само када их посматрамо (меримо неко њихово својство).Тиме се наметнуло питање шта је заправо стварност, да ли заиста не постоји без нашег утицаја? Изгледало је да мора да постоји нека дубља теорија, која увек може да предвиди исход сваког мерења с потпуном извесношћу. Ква-нтна теорија је „непотпуна” теорија у смислу могућности да опише стварност.

Алберт Ајнштајн:
„Бог не баца коцкице.”

„Мислим да је Месец горе, чак и када не гледам у њега.”

Овакво гледиште делио је и Ајнштајн који је појам нелокалности својевремено назвао „аветињско дејство на даљину”. Он је стао на чело групе физичара која је управо преко ове појаве покушала да докаже мањкавост (непотпуност) квантне теорије. У ту сврху је 1935. године, заједно с Подолским и Розеном (делимично и Дејвидом Бомом), ос-мислио мисаони оглед, ЕПР парадокс. Потом су ови физичари предложили да вероватно постоје теорије које заговарају да се догађаји, бар делимично, одигравају и под утицајем „скривених променљивих” (хидден вариаблес). Пред науком је само задатак да их открије.
Алберт Ајнштајн био је најупорнији заговорник постојања скривених променљивих, варијабли, говорећи да је убеђен да „Бог не баца коцкице”. Тиме је хтео да каже да физичке теорије, да би биле опште, морају да почивају на следећим законитостима: да свака последица има свој законити узрок (детерминизам); да физичке појаве имају коначну брзину простирања (локалност) и да физичка стања постоје и пре него што се мере (реалност). Особине честица имају коначне вредности, независне од посматрања. Квантна физика била је у сукобу са свим овим начелима.

Џон Бел

Ако скривене променљиве постоје, морају да постоје и физичке појаве изван квантне механике способне да објасне васиону какву знамо. Али, како их открити, како утврдити која је група физичара у праву - Борове или Ајнштајнове присталице? Тек девет година после Ајнштајнове смрти, 1964. године, физичар Џон Бел осмислио је измењену верзију ЕПР парадокса, која је први пут омогућила да се огледом докаже да ли су примедбе на рачун квантне теорије основане. Белова теорема показала је да ће многе теорије о скривеним варијаблама бити побијене ако буду нарушени одређени математички односи, по њему названи „Белове неједнакости”. Белова теорема, која се сматра за једну од најзначајнијих у науци, могла би (веома) упрошћено да се представи на следећи начин.
Из једног извора излећу у супротним смеровима заплетени, линеарно поларизовани парови фотона. Они се крећу према два поларизатора којима може да се мења положај, оријентација. Квантна механика каже да би требало да постоји висок узајамни однос (корелација) резултата на поларизаторима, јер фотони тренутно и заједно „одлучују” коју ће поларизацију преузети у тренутку мерења, чак и када су просторно удаљени. С друге стране, теорије о скривеним варијаблама кажу да честице не морају да доносе такве одлуке. Јер, исти степен узајамног односа може да се добије и ако би фотони на неки, за сада скривен начин, могли унапред да се обавесте о положају поларизатора.
Белов трик састојао се у томе да се одлука о положају поларизатора доноси тек пошто су фотони напустили извор. Ако скривене варијабле постоје, неће моћи да „знају” за положај поларизатора, па ће резултати показати мањи степен узајамне повезаности. А ако је квантна механика у праву, резултати ће бити повезанији - другим речима, Белове неједнакости биће нарушене. После скоро две деценије од објављивања теореме, Ален Аспек успео је да спроведе у дело Белову замисао. (Постојао је већи број покушаја да се уради експертиментална провера Белових неједнакости, али Аспек је то урадио на најсвеобухватнији начин, па се зато његов оглед узима као коначна провера Белових неједнакости.)
Пре Аспековог огледа нелокална стварност (повезаност заплетених честица) није играла битнију улогу у физици. А онда се догодио велики преокрет, а квантна механика добила је снажан ветар у своја једра.

Бомов холографски свет

Ален Аспек

Међутим, неким квантним физичарима ова појава никако није давала мира. Дејвид Бом је био најупорнији у покушајима да објасни ства-рну природу нелокалности. Од Бома потиче можда најпознатија теорија о скривеним променљивим, јер даје исте одговоре као и квантна механика и у бити је нелокална. Данас се зато сматра да је и Бомова теорија само једно од многих тумачења квантне механике. Од њега потиче и замисао о васиони - холограму.
Упркос видљивој чврстоћи, васиона је у суштини дивовски, величанствен и врло детаљан холограм! Оно што ми видимо није права стварност. Да бисмо разумели како је Дејвид Бом дошао до овако зачуђујућег гледишта, подсетимо се шта је холограм. То је тродимензионална слика предмета која се добија ласером. Један ласерски зрак дели се на два помоћу полупровидног огледала. Први зрак осветљава предмет, а други се усмерава огледалима да заобилазним путем стигне до фотографске плоче. На њој се оба зрака поново срећу и стварају светло-тамне пруге (последица слагања таласа). Када се оваква плоча фотографски развије, а затим осветли ласером, добија се тродимензионална слика предмета.
Међутим, тродимензионалност слике предмета није једино чудо које је подарила холографија. Јер, ако се холограм, на пример неке руже исече напола, а затим осветли ласером, опет ће се добити слика целе руже. И тако даље, ако се сецкање холограма настави, увек ће се добијати слика целе, оригиналне руже. То је зато што, насупрот обичним фотографијама, сваки и најмањи део холограма садржи све податке које има и целина. Значи да ако покушамо да раздвојимо нешто што је настало холографски, никада нећемо добити делове од којих је састављено, већ само мање целине! Управо ова особеност холограма, названа „све у сваком делу”, као и понашање плазме за коју је био стручњак, били су кључни за Бомово гледиште.

Антон Цајлингер

Бом је веровао да субатомске честице остају у вези једна с другом (упркос растојању између њих), не зато што размењују неке тајанствене сигнале, нити зато што су њихови таласи заплетени, већ услед тога што је сама њихова подела варка. До ње никада није ни дошло. Сматрао је да на неком дубљем степену стварности ове честице не постоје као појединачне, засебне целине, и да само изражавају нешто основно, нама још недокучиво.

Да би своју замисао образложио да свако може да је разуме, Бом је понудио следећу појаву из свакодневног живота. Замислимо акваријум и у њему једну рибицу. Замислимо такође да не можемо да видимо цео акваријум, већ да његов садржај сазнајемо посредством два тв екрана. Један показује акваријум спреда, други са стране. Гледајући у сваки од њих, у почетку ћемо помислити да се ради о различитим акваријумима и рибицама. Али, настављајући да гледамо рибице, почећемо да уочавамо да међу њима постоји нека повезаност. Када се једна окрене на страну и друга се окрене, али нешто другачије, на одговарајући начин. На пример, када се једна окрене напред, друга покаже бочну страну. Значи, ако нисмо свесни да гледамо исти акваријум и исту рибицу, нисмо у стању да сагледамо потпуну слику стварности. Неизбежно ћемо извући погрешан закључак да се две рибице међусобно споразумевају, да су у некој вези. То је по Бомовом мишљењу оно што се одигравало и с честицама у Аспековом огледу. Неспорна, очигледна повезаност субатомских честица, која као да се одиграва брзином већом од брзине светлости у вакууму, само нам говори да постоји неки дубљи степен стварности који нам је недоступан. Он има много сложеније димензије од оних које познајемо.
Ми видимо да су субатомске честице одвојене зато што познајемо само један део њихове стварности. Ипак, такве честице нису одвојени делови, већ појавна лица једног дубљег јединства које је у основи холографско и недељиво.

Квантни физичари - збогом стварности!

Временом се показало да би упорно одбијање да се прихвати нелокалност (од стране присталица класичне физике и материјализма), повлачило једну веома важну али непријатну последицу. Морало би да се одбаци устаљено, нама разумно гледиште да ства-рност постоји независно од нашег посматрања. Задржавање реалности захтева да се „аветињско дејство на даљину” прихвати као нешто стварно.
Иронично, „аветињско дејство на даљину” постало је мање од два зла.
Аспеков оглед био је први у низу огледа који су потврдили да су Белове неједнакости нарушене и да нелокалност постоји. Тако је доказан и примат квантне физике над класичном. Али тек недавни огледи тачније су показали да ли су стварност, локалност или можда чак обе у нескладу с квантном механиком.
Узнемирујући закључак доносе огледи које је про-шле године извео Антон Цајлингер на Универзитету у Бечу - у питању је и стварност. Она заиста постоји само ако је посматрамо! До овог закључка Цајлингер је дошао испитујући такозвану Легетову неједнакост (настала 2003. године).

Ипак, Ален Аспек је обазривији. Он сматра да иако смо после једног века на прагу нове квантне револуције, овакви огледи нису довољни да може да се извуче тако далекосежан закључак. Али су корисни јер подстичу развој науке која нас је натерала да из основа мењамо поглед на свет. Њено основно начело, таласно-честична двојност, подарило је и такве проналаске као што су транзистор или ласер, који су кључни за развој рачунарског и информатичког доба у коме живимо.

Трновит пут једног научника

Дејвид Бом (1917-1992) био је амерички физичар јеврејског порекла. Завршио је Пенсилванијски државни колеџ 1939. године, а затим је отишао на Калифорнијски институт за технологију. После годину дана прелази код Роберта Опенхајмера у Беркли, где је требало да одбрани докторску дисертацију. Живео је у близини осталих Опенхајмерових дипломаца и с њима постао близак, не само по питању физике већ и по левичарским политичким убеђењима. Тако се нашао на листи ФБИ као сумњива особа и могући комунистички шпијун.
Током Другог светског рата „Менхетн пројекат” упослио је многе физичаре с Универзитета у Берклију да раде на тајном плану за израду прве атомске бомбе. И мада је Опенхајмер желео да се међу њима нађе и Бом, генерал Лесли Гровс то није дозволио. Бом је остао у Берклију, предавао физику и приводио крају свој докторат. И тада, 1943. године, долази до ироничног преокрета. Испоставило се да су његови прорачуни о растурању протона и деутерона после судара били веома корисни за „Менхетн пројекат”. Одмах су проглашени за поверљиве. А Бом, лишен дозволе за рад на поверљивом послу, више није имао право приступа властитом раду! Не само да није смео да брани докторат, већ ни да га доврши! Да би удовољио захтеву Универзитета, Опенхајмер је потврдио да је Бом успешно завршио истраживање. Нешто касније Бом је извео и теоријске прорачуне за постројење у Оук Риџу, у коме је обогаћиван уран за атомску бомбу бачену на Хирошиму. Тако је на чудан, посредан начин ипак био укључен у развој атомске бомбе.
После рата Бом постаје ванредни професор на Принстонском универзитету, где је радио заједно с Ајнштајном. У мају 1949. године, на почетку ере макартизма, добио је позив да пред антикомунистичким комитетом објасни своје раније везе с осумњиченим колегама. Бом се позвао на Пети амандман и право да не сведочи. Због одбијања да сведочи оптужен је и ухапшен 1950. године. Ослобођен је 1951, али га је Принстонски универзитет већ отпустио с посла. Нису помогле ни Ајнштајнове молбе да му буде асистент.
Бом онда одлази у Бразил, а своју плодну научну делатност развијао је и у Израелу и на крају у Великој Британији (где је и умро). Његов истрајан рад на изучавању нелокалности снажно је утицао на Бела и настанак теореме „Белових неједнакости”

Припремио Горан Војиновић
Политикин забавник