Lī Smoliņa "Einšteina nepabeigtā revolūcija"
(Attēls: © Penguin Press)
Kvantu mehānika ir pastāvīga zinātne. Lieta ir slēgta, un liels paldies jums - vai tik daudzi strīdētos.
Pateicoties novatoriskajam darbam 20. gadsimta 20. gados, daudzi cilvēki tic, ka mēs tagad zinām visu, kas mums kādreiz būs jāzina par kustību atomu vai subatomiskā mērogā. Pēc dāņu fiziķa Nīla Bora un viņa sekotāju vārdiem, mēs varam apgalvot vai nu precīzu atoma daļiņas atrašanās vietu, vai arī tās trajektoriju, taču mēs nevaram darīt abus vienlaikus. Šāda veida prognozēšana var būt tikai varbūtīga, nekad nav absolūti precīza.
Teorētiskais fiziķis Lī Smolins no Perimetra Teorētiskās fizikas institūta Vaterlo, Kanādā, visu savu karjeru ir pavadījis, izaicinot šo skatu. Smolins uzskata, ka Boha triumfs ir harizmas piemērs, kas apslāpē likumīgās nesaskaņas pat no tādiem ievērojamiem disidentiem kā Alberts Einšteins un Ervins Šrēdingers.
Mūsdienās Smolins, sekojot Alberta Einšteina pēdām un turpinot senās tradīcijas, kas ietver arī citus fiziķus, ieskaitot Deividu Bohmu, meklē teoriju, lai "pabeigtu" kvantu fiziku, ļaujot precīziem aprakstiem, nevis izplūdušām varbūtībām. Smolinam ir "reālistiska" perspektīva pretstatā "antireālistiskam" viedoklim par Bohu un viņa acolātiem. Smolins izklāsta savu perspektīvuEinšteina nepabeigtā revolūcija"(Penguin Press, 2019. gada aprīlis). Space.com satikās ar Smolinu, lai apspriestu grāmatu, kā zinātnē dominē jaunas idejas un kāds viņš ir līdz šim.
Space.com: Kāda ir atšķirība starp reālistisku un antireālistisku pieeju kvantu mehānika?
Lī Smolins: Man šķiet, ka atšķirība starp kādu, kurš ir reālists par kvantu parādībām, pret kādu, kurš nav reālists, jūs kā reālists uzskatāt, ka ir pilnīgs stāsts, un tur ir pilnīgs apraksts, ko mēs varam sasniegt ar jebkuru atomu procesu, par jebkuru kodolprocesu, jebko, kas notiek subatomiskajā pasaulē. Kvantu mehānika nesniedz tik pilnīgu aprakstu par katru procesu atsevišķi, un tāpēc tas nevar būt pilnīgs. Mums ir jāatrod dziļāka teorija, kas pārsniedz to. Kvantu mehānika ir solis ceļā uz izpratni subatomiskā fizika, bet tas nav pēdējais solis. Tāpēc uzdevums ir iedziļināties un izgudrot vai atklāt labāku teoriju, kas sniedz pilnīgu aprakstu.
Ja jūs saucat par antireālistu, tad jūs domājat, ka kvantu mehānika, kāda tā tika pierakstīta 1920. gados, iespējams, ir galīgā teorija, un nav motivācijas paskatīties dziļāk.
Space.com: Jūs atsaucaties uz cilvēkiem, kuri meklē kvantu teorijas pabeigšanu, kā uz “naiviem reālistiem”, jo viņu uzskatiem nav nepieciešami sarežģīti pamatojumi. Vai jūs varat izskaidrot šo terminu?
Smolins: Naivs patiešām nozīmē izsmalcinātu. Naivs nozīmē, ka esat dzirdējis visus pamata iebildumus pret ideju, ka mēs varam sniegt pilnīgu pasaules aprakstu, kāda tā ir, un noraidīt tos, uzskatot to par mūsu mērķi, lai pilnībā izprastu dabu un it kā mēs šeit nebūtu. Zinātne ir dabas apraksts, kurš it kā ir objektīvs, un to neuzspiež ne mūsu eksperimenti, ne mūsu idejas vai uzskati.
Space.com: Vai "naivs" nozīmē būt pilnīgi atvērtam jaunām idejām un uzskatiem?
Smolins: Pilnīgi atvērts? Nē. Cilvēki aizmirst, ka fizikai, tāpat kā jebkurai zinātnei, ir vēsture un tradīcijas. Uztveriet tādu vienkāršu ideju kā impulss, kas būtu jāsaprot visu diskusiju kontekstā kopš 16. un 17. gadsimta par inerces principu, relativitātes principu utt. Jūs nevarat izskaidrot tādu jēdzienu kā impulss, ja neesat iedziļinājies visā šī jēdziena vēsturē.
Space.com: jūsu grāmata ir skaidra un skaidra, un tā ir saprotama cilvēkiem ar dažāda līmeņa fona zināšanām. Kāds ir jūsu rakstīšanas process?
Smolins: Kāpēc, paldies! Es to uzskatīšu par komplimentu. Man ir liela pieredze un daudz prakses, mācot mūsdienu fiziku nezinātniekiem. Dažādās universitātēs es bieži pasniedzu kursus "fizika humanitārajām zinātnēm" vai "fizika dzejniekiem". Tāpēc man ir liela pieredze dažādu pedagoģisko stratēģiju uzlabošanā, kuras var izmantot kvantu fizikas vai relativitātes mācīšanai nespeciālistiem.
Šai grāmatai ir vairākas auditorijas vienlaicīgi. Es uzrunāju ekspertus un kolēģus, bet galvenokārt es uzrunāju nespeciālistus. Un pirmais lajs, kuram ir nozīme, ir redaktors. Es vienmēr uzstāju uz darbu ar redaktoru, kuram ir grāds literatūrā vai humanitārajās zinātnēs vai vēsturē, nevis zinātnes grāds. Man ir arī vairāki testa lasītāji, kuriem nav izglītības zinātnē. Viņi visi mani uzstāja, lai grāmatu precizētu, precizētu, precizētu un vajadzības gadījumā pārrakstītu. Šī konkrētā grāmata tika pārrakstīta trīs reizes. Tā sakot, zāģētavas grīdā nekas nebija palicis. Viss pirmais melnraksts tika pilnībā pamests un pārdomāts, un rezultāts, manuprāt, bija daudz labāka grāmata.
Space.com: Ņemot vērā, ka tas tika pilnībā pārrakstīts vairākas reizes, cik ilgs laiks bija nepieciešams grāmatas uzrakstīšanai?
Smolins: Rakstīšana nav mans dienas darbs; mans dienas darbs ir būt teorētiskam fiziķim. Bet brīvajā laikā, tā sakot, apmēram trīs gadus. Būs mēnesis vai sešas nedēļas, kad es galvenokārt strādāšu pie grāmatas, un tad paies seši mēneši, es pārdomāšu un pārdomāšu to, un tad es atkal iesim trīs nedēļas vai mēnesi. Tā tas bija trīs gadu laikā.
Space.com: Jūsu grāmatā ir aprakstīta kvantu fizikas vēsture 20. gadsimta sākumā. Kāpēc Niels Bohra izraisītais antireālistu kvantu revolūcija kļuva par dominējošo skatu - it kā acs mirklī?
Smolins: Divas lietas rīkojās vienlaicīgi. Viens no tiem un vissvarīgākais bija satriecošie eksperimentālie panākumi. Cilvēce mazāk nekā 30 gadu laikā no samierināšanās ar ideju, ka matērija ir veidota no atomiem, aizgāja līdz pilnīgai atomu fizikas teorijai. Un tas strādāja, lai izskaidrotu spektrus [krāsu varavīksne, ko iegūst, atdalot gaismas komponentus pēc viļņa garuma], spēki, ķīmiskie savienojumi - viss! Tad ļoti ātri notiek kodolfizika, daļiņu fizika, kā darbojas zvaigznes - astrofizika.
Tātad, eksperimentālie panākumi bija pārsteidzoši, un tie bija ātri. To novērtējot, pat tādu cilvēku kā Einšteins, Šrēdingers un de Broglie viedoklis, kuri teica: "Pagaidiet minūti! Pamati ir haoss!" To visu varēja slaucīt zem paklāja.
Tā bija pirmā lieta. Otra lieta ir Nīla Bora prestižs un harizma ar Dānijas valdības un alus uzņēmuma Carlsberg atbalstu, lai izveidotu centru, kurā viss notika caur viņu. Viņa ļoti hipnotiskā, harizmātiskā personība varēja ietekmēt cilvēku paaudzes domas, kas iznāks no briesmīgā kara [Pirmā pasaules kara]. Tātad tas ir ķekars dažādu lietu vienlaikus.
Space.com: Un citas teorijas nevarēja virzīties uz priekšu.
Ir pārsteidzoši, ka de Broglie izmēģinājuma viļņu teorijai - pat ja to varētu atbalstīt Einšteins, de Broglie un savā ziņā Šrēdingers - nebija nekādas ietekmes, neskatoties uz to, ka šīs nebija nevienas struktūras. Tie bija pasaules slaveni cilvēki ar Nobela prēmijām, kas bija veikuši izcilus zinātnes darbus, taču viņu nesaskaņas tomēr varēja ignorēt vairākas paaudzes.
[Pilotu viļņu teorija, kuru Luiss de Brogijs izstrādāja 20. gadsimta 20. gados un Deivids Bohms izvērsa pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados, apgalvo, ka elektroni aptver gan daļiņas, gan viļņus un ka daļiņas pārvietojas virzienā, pa kuru viļņi tās virza. Tas ir deterministiski, nevis varbūtīgi.]
Es domāju, ka galu galā zinātnieki ir cilvēki, un mūs ietekmē visa veida lietas, sākot no neapzinātas aizspriedumiem līdz ambīcijām un beidzot ar sociālajiem spēkiem. Kvantu mehānikas vēsture kļūst par stāstu, par kuru ir vērts padomāt, bet tas nav neparasts stāsts.
Space.com: Kā jūsu vienaudži ir reaģējuši uz jūsu grāmatu?
Smolins: Pagaidām nekas nepārsteidz. Mani uzskati ir labi zināmi fiziķu aprindās. Lai arī cik provokatīvs tas varētu šķist grāmatas struktūrā, nav diskusiju, par kuru fiziķi nav tik ļoti diskutējuši.
Vienīgais, kas ir jauns, ir pēdējās dažas nodaļas. Es uzņēmos lielu risku novietot savu pašreizējo darbu pie galda.
Space.com: Lūdzu, aprakstiet savu pašreizējo darbu.
Smolins: Vissvarīgākais, ko es daru savā jaunajā darbā, ir nopietna nelokalitātes lomas uztveršana. [Nonlocality attiecas uz objektu spēju ietekmēt citu objektu darbības, kas telpā un laikā atrodas ļoti tālu viens no otra.] Ja vēlaties sniegt reālistisku, pilnīgu aprakstu par to, kas notiek, kad jums ir divas vai vairāk daļiņas, kas ir mijiedarbojušās un ir tas, ko mēs saucam par “sapinušos”, tad tas, kā jūs izvēlaties manipulēt ar vienu no daļiņām, var ietekmēt pārējās, pat ja tās atrodas ļoti tālu viena no otras. Un tas nozīmē, ka jums ir jāuztver nopietni, ka ietekmes neierobežo ideja, ka lietas ietekmē tikai to, kas tām ir tuvu.
Tāpēc es to uztveru nopietni un mēģinu izveidot teoriju, kurā šie kvantu saķeres ir fundamentāli un rodas kosmosa jēdziens. Kosmosa nav; mēs varam izveidot radušos, aptuvenu telpas aprakstu tādā pašā veidā, kā gāzes aprakstīšanai izmantojam spiedienu un temperatūru.
Es nekādā ziņā neesmu vienīgais cilvēks, kurš mēģina attīstīt šo teoriju. Ideja, ka kosmosā var rasties sapīšanās, ir sena ideja, kas cilvēkiem rada jaunu vilkmi Rodžers Penrozs. Mana teorija ir tāda, ka var rasties telpa, taču šis laiks ir fundamentāls un kauzalitāte ir fundamentāla. Tas ir viedoklis, kuram piekristu vairāki cilvēki, un daudz cilvēku nepiekristu.
Space.com: Kāds ir galvenais mērķis, veicot šāda veida teorētisko darbu?
Smolins: Ideja ir izstrādāt un izgudrot teoriju, no kuras jūs varat izsecināt prognozes, kuras eksperimenti tiek pārbaudīti. Visnopietnākie cilvēki teorētisko priekšlikumu neuztver nopietni, ja vien tas nav saistīts ar veidu, kā to pārbaudīt, vismaz principā, ja ne jau tagad praksē. Bez eksperimenta teorētiķim ir tik vienkārši runāt skaistu matemātiku, kas ir nepareizi un kam nav nekā kopīga ar dabu. Mums vajadzīgi eksperimentālisti, lai iznīdētu idejas un sašaurinātu iespējas.
Tikai pēdējās paaudzes vai divas ir tādas, ka teorijas ir grūti pārbaudīt. Tātad, jūs varat veikt visas paaudzes darbu, teiksim, ar daļiņu fizikas modeļiem, kas pārsniedz standarta modeli, un tie netiek pārbaudīti eksperimentāli. Tas ir neparasti un diemžēl raksturo mūsu periodu.
Daudzi cilvēki, kas nopietni strādā teorētiskās fizikas jomā, ļoti smagi strādā, lai samierinātos un izdomātu priekšlikumus, kas tagad ir pārbaudāmi. Mana nelocality versija paredz, ka kvantu efekti daļēji ir saistīti ar faktu, ka atomi ir ļoti līdzīgi lielam skaitam Visumu atomu. Ja mēs varētu izveidot kvantu sistēmu, kas būtu unikāla - kurai nekur novērojamā Visumā nebija pilnīgu eksemplāru -, tā nepaklausītu kvantu mehāniku, tā pakļautos dažiem nedaudz atšķirīgiem vienādojumiem, kurus es iegūstu. Tas ir gandrīz uz sliekšņa, ko tagad var pārbaudīt kvantu mehānikas eksperimentālās laboratorijas.
Skaidrības labad šis raksts ir rediģēts un apkopots. Jūs varat iegādājieties vietni "Einšteina nepabeigtā revolūcija" vietnē Amazon.com.
- Šie “Spooky” sapinušies atomi tikai ienesa kvantu skaitļošanu ar vienu soli tuvāk
- Senie kvazāri sniedz neticamus pierādījumus par kvantu sapīšanos
- Kāpēc kvantu mehānika nevar izskaidrot smagumu? (Op-ed)
