3Powrót (Teksty)

Gderanie o kocie i innych sprawach w fizyce kwantowej

(tekst poskładany z kilku postów na Fejsie; ilustracja nie jest mojego autorstwa – podesłana na Fejsie)
I
Ilekroć mam okazję czytać o paradoksie Schroedingera, wkurza mnie ukryty w tym rozumowaniu specjeszyzm, czyli gatunkowy szowinizm. Otóż Schroedinger i liczni fizycy kwantowi powtarzający za nim opis tej hipotetycznej sytuacji bezwiednie łykają i powielają przekonanie, jakoby sam kot umieszczony w pułapce z urządzeniem uwalniającym truciznę w powiązaniu z detektorem cząstek, był niezdolny do samodzielnego stwierdzenia, czy jest żywy czy martwy, czyli odmawiają kotu statusu świadomie postrzegającego podmiotu. Równie dobrze fizycy posługujący się tym przykładem mogliby w miejscu kota umieścić kogoś innego z grup tradycyjnie postrzeganych jako niższe od białego heteroseksualnego wierzącego w Boga mężczyzny. Proponuję: kobietę (bo przecież one i tak nigdy nie wiedzą, czego chcą, więc skąd akurat miałyby wiedzieć, czy żyją, czy nie) albo Murzyna (bo to przecież ciemna masa cywilizacyjnie niższa od białasów), lub wręcz Murzyniątko (czyli murzyńskie dziecko = Murzyn ze swymi niedostatkami do kwadratu). Ale jeśli dłużej się zastanowić, to w roli ofiary trucizny uwolnionej wskutek zdarzenia kwantowego równie dobrze mógłby być biały wierzący heteroseksualny mężczyzna, bo jeśli trucizna zadziała, to i jego postrzeganie się rychło skończy, czyli przestanie on być podmiotem – jeśli się dobierze odpowiednio działający koktajl trucizn, może się to stać tak nagle, że nawet nie zauważy różnicy pomiędzy swym istnieniem a jego brakiem. Ładnie?



Równocześnie paradoks Schroedingera wykazuje przejaw gatunkowej pychy, przypisując aktowi obserwacji dokonanej przez homo sapiens (?) skutek stwórczy wobec rzeczywistości fizycznej, a przecież tenże akt obserwacji nawet nie jest dokonywany ludzkimi zmysłami, bo nasze ciała i organy percepcji nie wykrywają pojedynczych cząstek wyemitowanych przy rozpadzie atomowego jądra – robią to co najwyżej detektory przez nas zbudowane, a w praktyce rozpady i wszelkie inne zjawiska kwantowe I TAK odbywają się tam, gdzie się odbywają, pomimo iż nikt z nas tego nie obserwuje ani nie dokonuje pomiaru, przez który dokonywałby się tzw. kolaps funkcji falowej. Zresztą sam detektor nie jest niczym szczególnym z punktu widzenia przelatującej cząstki materii: jest nim komora z jakimś gazem i elektrodami pod napięciem, gdzie zderzając się z atomami gazu przylatująca z zewnątrz cząstka tworzy jon, a ten jest przyciągany przez +, odpychany przez -, i w efekcie następuje mały przepływ prądu, który z kolei można zarejestrować albo jakoś technicznie wykorzystać. „Decyzja” o tym, czy promieniotwórczy rozpad ma dojść do skutku i ma nastąpić emisja cząstki z grudki izotopu promieniotwórczego, nijak nie jest skorelowana z obecnością w laboratorium dwunożnej małpy – równie dobrze może tam być „tylko” kot czekający na otwarcie się pojemnika z mlekiem, jeśli zostanie on sprzężony mechanicznie z przepływem prądu uruchomionym przez detektor. Równie dobrze może tam nie być nikogo – naukowiec może szlajać się po knajpach z rozrywkami rozwiązłymi, albo po drodze umrzeć, a i tak materiał będzie robił rozpady po swojemu – kierując się jedynie i co najwyżej tym, co na swej drodze wyemitowane cząstki spotkają. Owszem – cząstki mogą „chcieć się wyemitować”, żeby spotkać się z matrycą światłoczułą kamery, betonem, błotem, gazem w komorze detektora, czymkolwiek. Mogą „wiedzieć” ku czemu polecą i „zdecydować się” polecieć lub nie. Pracownik laboratorium może równie dobrze przyjść po weekendzie i na jakimś rejestratorze (np. perforowanej taśmie z papieru) zobaczyć rozkład kwantowych zdarzeń, a one i tak tam BĘDĄ! I na dodatek będzie im przyporządkowana odpowiednia godzina w przeszłości w stosunku do chwili powrotu naukowca do laboratorium – zdarzenia NIE będą „czekać” aż Pan Człowiek przyjdzie! W przyrodzie pozalaboratoryjnej, która przeważa, miejsce podmiotów obserwujących lub nieustawionej na miejscu aparatury, zajmuje zwykłe przypadkowe fizyczne otoczenie, które jest gotowe zaabsorbować jakąś nowo wyemitowaną cząstkę, wejść z nią w odpowiednie interakcje, i na żadnym etapie procesu nie jest potrzebna żadna biologiczna maszyna, a tym bardziej małpa nazywająca siebie człowiekiem rozumnym (?), ze swym dość ułomnym rozumkiem, który tylko u jednostek pracuje dość dobrze. A reakcje jądrowe w gwiazdach idą od miliardów lat "pełną parą", choć nikt na nie nie patrzy ani z detektorem się nie zbliża.

Komuś więc chyba odbiła szajba wraz z przekonaniem, iżby nasze istnienie i kulawe, sporadycznie przez nas dokonywane obserwacje rzeczywistości miały być zwornikiem istnienia Wszechświata.

Owszem, mogę spokojnie się zgodzić, że cała rzeczywistość jest holistycznie związana ze swą przyszłością, czyli że nie tylko oddziaływania od stanów wcześniejszych ku przyszłym się dokonują, ale i stan finalny determinuje selekcję stanów przeszłych. Więcej – zdarzenia mogą też być powiązane jakoś „poprzecznie”, przez to, co dzieje się „równocześnie”, „obok”. Byłby to tylko jeszcze jeden, tym razem subtelniejszy argument na rzecz totalnego determinizmu – w końcu logicznie możemy przyjąć, że zdarza się jedynie to, co może i zarazem musi się zdarzyć, a to, co nie może – po prostu się nie zdarza. Ale znajmy proporcje odnośnie naszego wpływu na rzeczywistość! Jesteśmy tylko wybujałym gatunkiem zwierzęcym, który zdominował powierzchnię jednej planety, zajmuje się głównie żarciem i kopulowaniem, i od naszych poczynań nic istotnego we Wszechświecie nie zależy. Równie dobrze mogliśmy się nie pojawić, w planetę mogła pieprznąć kometa i wygasić ewolucję ssaków, a nasze małpie okruchy inteligencji nie powstałyby, albo coś podobnego zdarzyłoby się u gadów lub owadów, które wszakże badania struktury materii nie uznałyby za potrzebne, choć trochę abstrakcyjnych myśli wyprodukowałyby. I co wtedy? Historia nie wiedziałaby, jak się ma potoczyć?

A te mityczne nasze obserwacje i pomiary – iluż to z nas się nimi zajmuje, i jakiż to fragment rzeczywistości monitorujemy? A inni mieszkańcy Wszechświata i ich pomiary oraz obserwacje? Są ważniejsze od naszych w strukturyzowaniu historii czy mniej? Proszę więc bez kitu i "zasady antropicznej".

II

A więc popieniłem się nieco na temat Schroedingera i jego eksperymentu myślowego z kotem i obserwatorem ludzkim, gdzie tego pierwszego po chamsku potraktowano jako przedmiot, a tylko ten drugi uchodził za podmiot, i to szalenie ważny, bo dokonujący aktu obserwacji, która wpłynęła na bieg obserwowanego zdarzenia kwantowego. Abstrahując od sposobu potraktowania kota, eksperyment myślowy Schroedingera miał nam uzmysłowić ulotność materii i zależność rzeczywistości od jej postrzegania, czyli znaczenie podmiotów obserwujących i mierzących.

Nie lubię religii i mistyki, a w tym punkcie fizyka zdaje się wpadać w ton mistyczny – oto jakieś szczególne znaczenie miałby mieć fakt, że człowiek przeprowadza pomiar i obserwację, a przez to obserwowane zjawisko fizyczne przebiega inaczej. Dalszą konsekwencją uzależniania przebiegu zjawisk od obecności obserwatora jest kwestionowanie istnienia obiektywnej rzeczywistości. Co to, to nie – muszę tutaj taką szaloną ekstrapolację podważyć. Robiłem to już wcześniej, ale teraz użyję (chyba) trochę innych argumentów.

Fizyka kwantowa odkryła ważne fakty przeczące naszej intuicji jak dualizm korpuskularno-falowy, zasadę nieoznaczoności czy mechanizm splątania kwantowego. Nie można zakwestionować, że przelatująca cząstka pokonując na swej drodze różne układy szczelin zachowa się raz jako fala (dająca na ekranie obraz prążków), a raz jako cząstka (świecąca na ekranie jako punkt), czyli sposób jej obserwacji, a właściwie tor przeszkód na jej drodze, determinuje przyjęcie przez materię obserwowaną określonej postaci, i dzieje się to tak chytrze, że cząstka już przed „wybraniem się w drogę” „wie”, z czym spotka się, zatem od razu dostosowuje swój aspekt (albo robi to przez splątanie kwantowe, „improwizując” podczas swej podróży – niestety nie jestem fizykiem, to i nie znam takich tajników). Albo w przypadku splątania kwantowego – można wyemitować 2 cząstki, wysłać je w różnych kierunkach na dowolną odległość, a i tak stan jednej będzie determinował równoczesne przyjęcie przez drugą przewidywalnego stanu, i to równocześnie! Okazuje się, że próbując dokładnie określić prędkość cząstki, nie możemy równie dokładnie określić jej położenia i na odwrót – zatem niemożliwe jest przewidywanie, jak dana cząstka wpłynie na mechanikę dziejów. Innymi słowy, gdy patrzymy, zakłócamy stan przedmiotu obserwacji, który w czasie obserwacji zmienia się, a nie jesteśmy w stanie stwierdzić, jak zachowuje się obiekt naszego zainteresowania, gdy obserwacji nie prowadzimy. Jest to dotkliwe ograniczenie poznawcze, ale wniosek o subiektywności istnienia świata lub jego nieistnieniu tylko dlatego, że nie znamy jego stanu, jest nieuprawniony. Możemy tylko ubolewać, że nigdy wszystkiego wiedzieć nie będziemy, ale skądinąd to „uciekanie” świata przed naszym poznaniem nawet może być przydatne – oto wspomniane kwantowe splątanie może posłużyć do absolutnie bezpiecznego kodowania i przesyłania wiadomości, które w razie próby ich przechwycenia i rozkodowania przez kogoś nieuprawnionego, same będą zmieniać swój stan!

Poza tym wpływanie przez pomiar/obserwację na wartość badaną nie jest niczym nowym ani dziwnym w fizycznej rzeczywistości, a żadnej innej skądinąd nie znamy. Gdybyśmy byli jakimiś duchowymi istotkami, to może jakaś szansa by była na obserwacje i pomiary niewpływające na rzeczywistość, ale skoro używamy materialnych zmysłów, a nasze przedstawienia/odwzorowania tworzą się w zupełnie materialnej tkance naszych mózgów, to jedynym sposobem pobrania informacji jest odbiór jakiegoś fizycznego oddziaływania ze świata zewnętrznego. Jak mierzymy napięcie albo natężenie prądu w obwodzie elektrycznym, to musimy jego część zużyć na poruszenie uzwojenia wskazówek naszych mierników, ergo dostajemy informację o układzie, którego integralną częścią jest nasz miernik, a układ bez niego możemy sobie tylko wyobrazić. W praktyce mierniki zużywają mało prądu, to i nie przekłamują obrazu sytuacji w stopniu uniemożliwiającym badanie układów i ich użytkowanie. Nawet prędkościomierz samochodu odbiera część energii jego silnika, ergo zmniejsza prędkość pojazdu, czyli parametr badany. Jakkolwiek inżynier i fizyk mogą pogodzić się z tym stanem rzeczy, filozof dążący do „czystego”, „absolutnego” poznania zawsze będzie kręcić nosem…

Ba, nawet w dziedzinie humanistycznej, obserwacja dość mocno wpływa na obiekt badany. Gdy na lekcję przyjdzie wizytator, to i nauczyciel, i uczniowie zachowują się inaczej niż kiedy wiedzą, że są w klasie sami. Jedynym sposobem poznania ich właściwych sposobów zachowania się jest podłożenie doskonale ukrytej kamery, o której nikt z aktorów sytuacji nie wie. Jednak nawet w ten sposób pozyskane wnioski wyciągnięte z obserwacji czyjejś lekcji powinny zostać utajnione, czyli wiedza pozyskana w ten sposób nie mogłaby być wykorzystaną. Ujawnienie bowiem nauczycielowi faktu, że bez swej wiedzy został nagrany, spowodowałoby jego ostrożność w przyszłości, i tym samym zawsze już podejrzewałby możliwość inwigilacji. Zatem taka obserwacja byłaby więc idealna, ale bezużyteczna, a w każdym razie jednorazowa. Z paradoksem tym zmagają się wywiady i kontrwywiady skonfliktowanych państw: często użycie wiedzy przekazanej przez agentów bardzo wysoko umieszczonych w dowództwie wroga spowodowałoby ich zdemaskowanie, czyli na wojennym froncie należałoby się zachowywać tak, jakby wywiadowczej wiedzy nie pozyskano! Agentów się werbuje, żeby wygrywać wojny, a nie przegrywać je, lecz chronić źródła informacji. Jednak źródła informacji z kręgów dowódczych są przecież bezcenne, nieprawdaż? Zaskakujące, że nawet na tak wysokim, makrokosmicznym, poziomie materii ujawniają się echa mechanizmów podobnych jak te wśród kwantów i subatomowych cząstek!

Trzeba jeszcze zauważyć, że subtelne zjawiska kwantowe zachodzące w świecie cząstek elementarnych przestają mieć zauważalny wpływ na obiekty duże, takie jak całe nasze ciała, wszelkie przedmioty, maszyny i budowle, czy elementy przyrody wokół nas.

Przykładowo można nawet założyć, że Słońce – emitujące krocie fotonów w naszą stronę, „wie”, które z nich na Ziemi trafią do siatkówek oczu ludzkich obserwatorów, i może to nawet mieć wpływ na przebieg reakcji jądrowych sprzed ok. 9 minut, w ramach których dana wiązka fotonów wybrała się w drogę. Ale co z tego? Słońce każdej chwili zamienia w promieniowanie ogromną masę, robi to już od kilku miliardów lat, i równie intensywnie wali fotonami w kosmiczną przestrzeń i planety, gdzie żadnych obserwatorów nie ma, chociażby z powodu piekielnych temperatur wywołanych właśnie lawiną fotonów ze Słońca. I co? Jakiś minimalny wpływ „zwrotny” faktu, że część słonecznego światła jest widziana przez nas zapewne istnieje, ale jest on tak mały, że możliwy do pominięcia. Gdy zamykamy oczy albo tracimy wzrok, reakcje na Słońcu i tak toczą się po swojemu. Tak jak rozpady w grudce izotopu w laboratorium Schroedingera.

Faktem jest, że możliwe jest falowe ujęcie obiektów makroświata, z tym że z uwagi na parametry takiej fali (amplituda? częstotliwość? długość?), w odniesieniu do niej nie zachodzą te efekty, którymi cieszyć się mogą pojedyncze elektrony, fotony itp. Przykładowo człowiek nie przelatuje przez dwie szczeliny równocześnie, żeby na ekranie pojawić się w postaci jaśniejszych i ciemniejszych pasków, a każda próba wykonania takiej sztuczki kończy się koniecznością wezwania koronera. Nawet atomy powiązane w nasze organy i tkanki są wystarczająco uwiązane, by nie przejawiać tych zadziwiających kwantowych własności, które odzyskałby każdy z osobna albo po rozbiciu na drobne… A jeśli nawet istniejemy jako fala przyjmująca każdą z dopuszczalnych dla niej postaci, to może raczej w ten sposób, że przy każdym punkcie „decyzyjnym” odłamuje się odrębna historia wszechświata, a właściwie „multiwersu” – za którą to koncepcją opowiadał się fizyk Hugh Everett Junior? W każdym razie idea ta zakłada, iż odłamanie się kolejnej historii jest ostateczne, czyli gdzieś „obok” nas istnieje cała masa wszechświatów, w których wszystko jest albo trochę, albo bardzo odmienne od wersji, w której jesteśmy „my”, i nigdy nie nawiążemy z nimi kontaktu. Wizja taka jest trudna do przyjęcia przy naszych 4-wymiarowych wyobrażeniach przestrzennych (mianowicie GDZIE te alternatywne wszechświaty by były?) i trochę porażająca ogromem tych alternatywnych historii. Ale jest też aspekt pocieszający: zawsze możemy sobie powiedzieć, że jest taki wszechświat, w którym coś, co zawaliliśmy, zwłaszcza z niewielkim błędem czy niedoborem, poszło dobrze. Można w ten sposób dodawać otuchy przy stawianiu studentom ocen niedostatecznych, dzieciom zawiedzionym kiepskim prezentem pod choinką, również sportowcom, którym niewiele zabrakło do medalu, a także pacjentom otrzymującym złą diagnozę. Można też użyć tej idei w drugą stronę: uświadamiać malkontentom, że ich odpowiednicy w sąsiednich wszechświatach mają gorzej. Hipoteza multiwersów pozostanie zapewne na zawsze nieweryfikowalna, ale swój potencjał manipulacyjny posiada. Nie gorzej niż religia!

Również obiekty makroświata doskonale sobie radzą bez względu na to, czy ktoś o ich istnieniu wie czy nie, a także czy dokonano względem nich pomiaru czy nie. Przeprowadźmy eksperyment myślowy następująco: miałem kiedyś małego fiata, który podczas jednej z podróży topił końcówki kabli wysokiego napięcia przy świecach. Co jakiś czas nie miał zapłonu, a ja, po ostygnięciu maszyny, scyzorykiem robiłem nową końcówkę i osadzałem na zakuciu wiążąc drucik po zdjęciu stopionego fragmentu izolacji. Za każdym razem kabel wprawdzie się skracał, ale słabe iskry silnik miał i jechał. Na końcu podróży po raz ostatni próbowałem zrobić nową końcówkę, ale jeden metalowy detal stanowiący zakucie kabla spadł mi do kanałów chłodzenia silnika (suchych – maluch chłodzony był powietrzem) i został tam na zawsze. Rano wstawiłem zupełnie nowe kable i nigdy do tego faktu nie wracałem ni słowem, ni uczynkiem. Po paru latach maluch został sprzedany nowym właścicielom, a oni zapewne nie robili kapitalnego remontu silnika, aż pojazd, stuknięty przez ciężarówkę, zakończył swą ziemską wędrówkę i został zezłomowany. Zakładając konieczność istnienia ludzkiej świadomości, aby istniała reszta świata, musielibyśmy przyjąć, że także ten kawałek metalu w kanale chłodzenia silnika malucha mógłby albo wręcz musiałby zniknąć, gdybym przykładowo ja rozstał się z życiem i nikomu o tym fakcie nie zakomunikował. Uważam jednak, że jeśli tylko ktoś rozebrał silnik tamtego poczciwego, acz charakternego autka, to znalazłby ten detal zupełnie bez potrzeby uzyskiwania informacji ode mnie. Z prostego powodu, że ten kawałek metalu po prostu tam BYŁ, bo nigdzie indziej nie mógł z tej zamkniętej przestrzeni trafić – ewentualna jego samoczynna ucieczka wymagałaby jakiegoś cudownego przetunelowania przez blaszany płaszcz wokół cylindrów. Ewentualnie atomy musiałyby zamienić się w energię i zostać wypromieniowanymi, lecz rzecz nie była w ogóle promieniotwórcza, a oczekiwanie na spontaniczny rozpad stabilnych atomów prawdopodobnie trwałoby dłużej niż trwanie Wszechświata. Wyczytałem, że fizycy raczej skłaniają się do poglądu, że cząstki, z których atomy się składają, są trwałe.

Zresztą, gdyby było inaczej, niemożliwa byłaby archeologia, gdyż odkrywa ona rzeczy zapomniane albo nikomu nie znane – zakładając cokolwiek po chrześcijańsku, że dinozaury jako świadome podmioty się nie liczą, ich kości w różnych osadach geologicznych nie powinny tkwić, skoro nikt z nas o nich nie wie. Absurdem byłoby też zakładać, że kości te „powstają” gdy współcześni archeolodzy kopią w ziemi, a gdy nie kopią – ich też „nie ma”. Skądinąd archeolodzy często kopią i nic nie znajdują, czyli obiekty albo obiektywnie gdzieś są, albo równie obiektywnie ich tam nie ma. Dodajmy, że nawet promieniotwórczość, w ramach której są emitowane cząstki o niemal magicznych właściwościach, nie została WYNALEZIONA, lecz ODKRYTA. Czyli rzeczywistość jednak istnieje i ma określone właściwości bez względu na to, czy na nią patrzymy czy nie. W każdym razie porzućmy zarozumiałą postawę: nasza obserwacja czy pomiar nie „tworzą” rzeczywistości, lecz tylko ją „zmieniają, przetwarzają, zakłócają”. Znajmy proporcje!

I tego się trzymajmy – zwłaszcza na skrzyżowaniach dróg!

Aha, a gdybyśmy skłonili się ku poglądowi, że to jednak nasza, ludzka, obserwacja „tworzy” rzeczywistość, to trzeba by koniecznie ustalić, czyja obserwacja jest tak kluczowa dla istnienia wszystkiego – w końcu warto by zadbać o to, żeby ten ktoś ważny, którego patrzenie jest stwarzaniem, nie zaniedbał swej pracy i przypadkiem nie zrobił nam końca świata. Co gorsze, tym kluczowym obserwatorem równie dobrze może być jakaś inna cywilizacja w kosmosie. Obawiam się, że przy próbie rozstrzygnięcia tej kwestii w ramach naszego ziemskiego kręgu bez wojny niczego ustalić się nie da. Byłaby to kolejna wojna religijna – tym razem postmodernistyczna, której celem byłoby wyzwolenie się z postmoderny i jej niepewności. Może dawne wojny religijne – o możliwość narzucenia swojej prawdy wszystkim ludziom – miały ten ukryty podtekst zapewnienia trwania świata, przez ustalenie, które rytuały i ofiary do którego bóstwa potrzebne są do podtrzymania kosmosu? Znów jednak dochodzimy do paradoksu – obecnie wojna o narzucenie religijnej wizji innym ludom może właśnie doprowadzić do ostatecznego krachu: wyobraźmy sobie Iran uzbrojony w jądrówki wymuszający przejście wszystkich na islam! Dlatego cała nadzieja w relatywizmie. Amen!

 Antyfacet RP