Artykuł Filozofia nauki Wywiady

Błędem jest przekonanie, że obserwacja wymaga obecności umysłu – Wywiad z prof. Timem Maudlinem

Wywiad z prof. Timem Maudlinem, światowej sławy specjalistą od filozoficznych zagadnień w fizyce.

Tekst ukazał się w „Filozofuj!” 2022 nr 1 (43), s. 26–27. W pełnej wersji graficznej jest dostępny w pliku PDF.


Jak Pan Profesor sądzi, co jest naj­istotniejszego w zmianach, jakie mechanika kwantowa poczyniła w fizyce?

Jest to bardziej zniuansowane pytanie, niż mogłoby się wydawać, ponieważ mechanika kwantowa nie jest tak naprawdę jedną teorią fizyczną, jak można byłoby się spodziewać. Chodzi o to, że choć istnieje ogólnie akceptowana matematyczna technika prognozowania, to nie ma powszechnie akceptowanego rozumienia, jaki właściwie jest ten świat fizyczny, w którym dokonywane przewidywania są tak dokładne. Na przykład według jednych teorii (tzw. teorii obiektywnego kolapsu czy też obiektywnej redukcji) świat jest fundamentalnie indeterministyczny, a według innych (tzw. teorii fali pilotującej) może on być deterministyczny. Nie ma nawet zgody co do tego, czy eksperymenty zaczynające się od udziału pojedynczego kota kończą się na jednym kocie czy może wielu, jak to postuluje teoria wieloświatowa.

Erwin Schrödinger powiedział, że prawdziwie nową cechą mechaniki kwantowej, odróżniającą ją od fizyki klasycznej, jest splątanie kwantowe. To zjawisko, w którym odrębnym układom nie można przypisać indywidualnych stanów fizycznych niezależnie od siebie. A najbardziej zaskakującą konsekwencją splątania jest zaobserwowane naruszenie nierówności Bella, w przypadku gdy splątane układy są bardzo oddalone od siebie w przestrzeni. Zjawisko to wskazuje na istnienie jakiejś prawdziwej fizycznej nielokalności. Uważam, że jest to najbardziej zaskakujące odkrycie w historii fizyki.

Jaki jest najważniejszy filozoficzny aspekt mechaniki kwantowej?

Nie jestem fanem kategorycznego odróżniania fizycznych i filozoficznych aspektów żadnej teorii fizycznej. Filo­zofię od zawsze interesowała fundamentalna natura fizycznego świata, dlatego odkrycia jej dotyczące automatycznie stają się przedmiotem zainteresowania filozofów. Można tu dodać, że szeroki wachlarz różnych precyzyjnych teorii, które mogą wyjaśniać obserwowane zjawiska, pokazuje, iż teorie nie są nigdy zdeterminowane dostępnymi danymi, dlatego powinniśmy zawsze zachowywać otwarty umysł.

Mechanika kwantowa i teoria względności są dwoma filarami współczesnej fizyki, jednak wciąż nie udało się sformułować teorii kwantowej grawitacji. Czy te dwie teorie są kompatybilne? A może powinniśmy oczekiwać, że następna wielka teoria fizyki okaże się czymś zupełnie odmiennym?

Jest oczywiste, że musi istnieć jedna, spójna i konsekwentna teoria, która opisze jednocześnie zarówno zjawiska kwantowe, jak i grawitację, ponieważ przyroda wytwarza równocześnie jedne i drugie. Ale matematycznych struktur tych dwóch teorii nie da się łatwo połączyć, stąd wydaje się, że przynajmniej jedna z nich będzie musiała przejść pewne modyfikacje. Nie jest jasne, która to będzie, choć istnieją pewne pomysły w obrębie tradycji teorii fali pilotującej, które raczej wpisują ogólną teorię względności w mechanikę kwantową. Z teorii względności należałoby przede wszystkim wyrzucić założenie, że nie istnieje żaden fizycznie ważny, obiektywny sposób „dzielenia na kawałki” czasoprzestrzeni. Jest to cena, którą trzeba zapłacić, żeby móc wyjaśnić naruszenie nierówności Bella dla układów oddalonych przestrzennie.

Jakie są konsekwencje twierdzenia Bella?

Bell sformułował naturalne kryterium fizycznej „lokalności”, która polega na tym, że na to, co dzieje się w każdym punkcie czasoprzestrzeni, mają bezpośredni wpływ jedynie warunki fizyczne w bezpośrednim sąsiedztwie tych punktów. Bell pokazał, że w każdej teorii lokalnej (lokalnej w przedstawionym sensie) istnieją ograniczenia korelacji, które mogą zachodzić między eksperymentami przeprowadzanymi w dużej odległości od siebie. Mechanika kwantowa przewiduje zaś naruszanie tych ograniczeń. Co jednak ważniejsze, faktyczne wyniki eksperymentów rzeczywiście naruszają wspomniane ograniczenia. Oznacza to zatem, że fizyka nie jest lokalna w rozumieniu Bella.

Czy świat według mechaniki kwantowej jest indeterministyczny i losowy? I czy ma to dla nas znaczenie?

Jak wspomniałem wcześniej, nie ma czegoś takiego jak „świat według mechaniki kwantowej”. To, co jest akceptowane – i nauczane – jako mechanika kwantowa, po prostu nie jest teorią fizyczną, a jedynie techniką wyliczania przewidywań. Przewidywania te – w granicach błędu pomiarowego – można wyjaśnić zarówno za pomocą teorii, które są indeterministyczne, jak i teorii deterministycznych. Nie mamy tutaj ostatecznych rozstrzygnięć.

Jeśli chodzi o życie codzienne, myślę że nie zrobi nam żadnej praktycznej różnicy, która z nich okaże się właściwa. Nic istotnego od tego nie zależy.

Czasami mówi się, że „mechanika kwantowa udowodniła, że umysł kształtuje rzeczywistość”. Skąd wziął się ten pogląd i czy jest prawdziwy? Czy obserwator odgrywa jakąś specjalną rolę w teorii kwantowej?

Fizyka kwantowa niczego takiego nie mówi. Pogląd ten bierze się z serii błędów. Jednym z nich jest przekonanie, że fundamentalne aksjomaty teorii muszą odnosić się do „pomiarów” lub „obserwacji”. Wiemy jednak, że tak nie jest, ponieważ ani teorie obiektywnego kolapsu, ani teorie fali pilotującej, ani teorie wieloświatowe w takiej formie, w jakiej funkcjonują współcześnie, nie odnoszą się do pomiarów ani obserwacji. Pomysł, że nawet pomiar odgrywa jakąkolwiek fundamentalną rolę w fizyce, został zmiażdżony przez Johna Bella w jego eseju Against ‘Measurement’.

Drugi błąd, pogłębiający pierwszy, to przekonanie, że obserwacja lub pomiar wymagają obecności umysłu. Nie posiadamy żadnej matematycznie precyzyjnej teorii mówiącej o tym ani perspektywy na pojawienie się takiej teorii.

Dlaczego istnieje tak wiele interpretacji mechaniki kwantowej? Czy kiedyś dowiemy się, która z nich jest właściwa?

Jest ich tak wiele, ponieważ odkryliśmy matematyczną metodę prognozowania, ale nie mamy żadnych wskazówek odnoszących ją do jakiegokolwiek fundamentalnego fizycznego opisu zjawisk. Dodatkowo ci, którzy nalegali na wypracowanie przejrzystej teorii fizycznej (Albert Einstein i Schrödinger), spotkali się ze sprzeciwem szkoły, która wprost odrzucała potrzebę opracowania takiej teorii („kopenhaski duch” Nielsa Bohra i Wernera Heisenberga). Historia tego, dlaczego Bohr i Heisenberg odnieśli taki sukces w tłumieniu prób rozwiązania oczywistych fizycznych problemów, jest kwestią socjologii, nie fizyki. Teoria fali pilotującej została wysunięta przez Louisa de Broglie’a już w 1927 roku. Teoria obiektywnego kolapsu – luźno oparta na podejściu kopenhaskim – została doprecyzowana matematycznie dopiero w 1985 roku przez Giancarlo Ghirardiego, Alberto Riminiego i Tullio Webera. Natomiast teoria wielu światów powstała w 1957 roku za sprawą Hugh Everetta. Znalazło się wystarczająco dużo przestrzeni na pojawienie się tych wszystkich odmiennych pomysłów, ponieważ nie było jednego, spójnego, ogólnie akceptowanego rozumienia powstającej idei, a większość fizyków odmawiała choćby rozmowy na ten temat.

Nie wiadomo, jakie czynniki mogłyby sprawić, by jedno z tych podejść stało się zdecydowanie bardziej prawdopodobne od pozostałych. Co do zasady każda teoria kolapsu dostarcza odrobinę innych przewidywań niż teo­ria bez kolapsu – czy to fali pilotującej, czy to wieloświatu. Ale czy da się wyższość którejś z nich sprawdzić ekspery­mentalnie, to już inna sprawa. Być może któraś z tych teorii umożliwiłaby włączenie do swojego opisu grawitacji – to z pewnością dałoby jej przewagę.

Która z interpretacji mechaniki kwantowej jest Pana ulubioną i dlaczego?

Spośród trzech możliwych opcji – teorii fali pilotującej, obiektywnego kolapsu i wielu światów – teoria wieloświatowa ma wciąż problemy interpretacyjne, które moim zdaniem nie zostały rozwiązane. Teorię obiektywnego kolapsu, modyfikującą równanie Schrödingera, widzę jako dość sztuczną i prowizoryczną, a teorię fali pilotującej – jako bardziej elegancką matematycznie i dopracowaną. Byłoby jednak wielkim błędem przywiązywać zbyt dużą wagę do tych subiektywnych ocen. Ważne, by doceniać wszystkie podejścia, które stawiają czoła problemom z matematyczną i fizyczną jasnością i precyzją.

Tłumaczenie: Elżbieta Drozdowska


Tim Maudlin – prof. filozofii na Uniwersytecie w Nowym Jorku, dyrektor John Bell Institute for the Foundations of Physics, członek wielu towarzystw naukowych, m.in. Académie Internationale de Philosophie des Sciences. Interesuje się przede wszystkim podstawami fizyki, metafizyką i logiką. Autor książek takich jak Quantum Non-Locality and Relativity (Kwantowa nielokalność i względność), Truth and Paradox (Prawda i paradoks), The Metaphysics Within Physics (Metafizyka i fizyka), Philosophy of Physics: Space and Time (Filozofia fizyki: przestrzeń i czas), New Foundations for Physical Geometry: The Theory of Linear Structures (Nowe podstawy dla geometrii fizycznej: teoria struktur linearnych), Philosophy of Physics: Quantum Theory (Filozofia fizyki: teoria kwantów).

Tekst jest dostępny na licencji: Uznanie autorstwa-Na tych samych warunkach 3.0 Polska.
W pełnej wersji graficznej jest dostępny w pliku PDF.

< Powrót do spisu treści numeru.

Ilustracja: Florianen vinsi’Siegereith

Najnowszy numer można nabyć od 4 maja w salonikach prasowych wielu sieci. Szczegóły zob. tutaj.

Numery drukowane można zamówić online > tutaj. Prenumeratę na rok 2022 można zamówić > tutaj.

Dołącz do Załogi F! Pomóż nam tworzyć jedyne w Polsce czasopismo popularyzujące filozofię. Na temat obszarów współpracy można przeczytać tutaj.

Skomentuj

Kliknij, aby skomentować