„Незавършената революция на Айнщайн“ от Лий Смолин
(Изображение: © Penguin Press)
Квантовата механика е уредена наука. Делото приключи и много ви благодаря - или толкова много биха спорили.
Благодарение на пионерската работа през 20-те години на миналия век, много хора вярват, че сега знаем всичко, което някога ще трябва да знаем за движението в атомна или субатомна скала. Според датския физик Нилс Бор и неговите последователи можем да твърдим или точното положение на атомната частица или нейната траектория, но не можем да правим и двете едновременно. Този вид прогнозиране може да бъде само вероятностен, никога абсолютно точен.
Теоретичният физик Ли Смолин от Института за теоретична физика на периметъра във Ватерлоо, Канада, е прекарал цялата си кариера в оспорване на тази гледна точка. Смолин смята, че триумфът на Бор е пример за харизма, задушаваща законното несъгласие, дори от такива именити дисиденти като Алберт Айнщайн и Ервин Шрьодингер.
Днес Смолин, следвайки стъпките на Алберт Айнщайн и продължавайки дълга традиция, включваща други физици, включително Дейвид Бом, търси теория за „завършване“ на квантовата физика, като позволява точни описания и неясни вероятности. Смолин държи на „реалистична“ перспектива, за разлика от „антиреалистичния“ възглед на Бор и неговите сътрудници. Смолин излага своята гледна точка в „Незавършената революция на Айнщайн"(Penguin Press, април 2019 г.). Space.com настигна Смолин, за да обсъди книгата, как новите идеи стават доминиращи в науката и какво е той до момента.
Space.com: Каква е разликата между реалистичен и антиреалистичен подход квантова механика?
Лий Смолин: За мен разликата между някой, който е реалист по отношение на квантовите явления срещу някой, който не е реалист, е, като реалист, вие вярвате, че има цялостна история и има пълно описание, че можем да постигнем всеки атомен процес, на всеки ядрен процес, на всичко, което се случва в субатомния свят. Квантовата механика не дава толкова пълно описание на всеки процес поотделно и затова не може да бъде завършена. Трябва да намерим по-дълбока теория отвъд нея. Квантовата механика е стъпка към разбирането на субатомна физика, но това не е последната стъпка. Така че работата е да се задълбочи и да измисли или открие по-добра теория, която дава пълно описание.
Ако вие сте това, което наричаме антиреалист, тогава смятате, че квантовата механика, както е писана през 20-те години на миналия век, вероятно е последната теория и няма мотивация да изглеждате по-дълбоко.
Space.com: Вие наричате хората, които търсят завършването на квантовата теория като "наивни реалисти", защото техните възгледи не се нуждаят от объркани обосновки. Можете ли да уточните този термин?
Смолин: Наивно означава сложно. Наивно означава, че сте чули всички основни възражения срещу идеята, че можем да дадем пълно описание на света такъв, какъвто е и да отхвърлим тези и да го задържим като наша цел да разберем природата напълно и сякаш не сме тук. Науката е описание на природата, което трябва да бъде обективно, а не наложено от нашите експерименти или от нашите идеи или убеждения.
Space.com: „Наивно“ означава ли напълно отворен за нови идеи и убеждения?
Смолин: Напълно отворен? Не. Хората забравят, че физиката, както всяка наука, има история и традиция. Вземете проста идея като инерция, която трябва да бъде разбрана в контекста на цялата дискусия от 16 до 17 век за принципа на инерцията, принципа на относителността и т.н. Не можете да обясните понятие като инерция, без да бъдете потопен в цялата история на концепцията.
Space.com: Книгата ви е ясна и ясна и е разбираема от хора с различни нива на познания. Какъв е вашият процес на писане?
Смолин: Защо, благодаря! Ще приема това като комплимент. Имам голям опит и много практика преподавам съвременна физика на неинцидентите. В различни университети често преподавах курсове по „физика за хуманитарни науки“ или „физика за поети“. Така че имам голям опит с усъвършенстването на различни педагогически стратегии, които да използвам при преподаването на квантова физика или относителността на непрофесионалните хора.
Тази книга има няколко аудитории едновременно. Обръщам се към експерти и колеги, но най-вече се обръщам към лаици. И първият лайпърсън, който има значение, е редакторът. Винаги настоявам да работя с редактор, който има специалност литература или хуманитарни науки или история - а не научна степен. Имам и няколко тест читатели, които нямат образование по наука. Всички ме подтикнаха да изясня, изяснявам, изяснявам и при нужда да пренапиша книгата. Тази конкретна книга премина през три пълни пренаписания. Нищо не беше останало на пода на съблекалнята, така да се каже. Целият първи проект беше напълно изоставен и преосмислен, а резултатът беше много по-добра книга според мен.
Space.com: Като се има предвид, че тя е пренаписана напълно няколко пъти, колко време отне да напише книгата?
Смолин: Писането не е моя ежедневна работа; ежедневната ми работа е да съм теоретичен физик. Но в свободното си време, така да се каже, около три години. Ще има месец или шест седмици, когато работя предимно върху книгата, а след това шест месеца ще минат и ще размисля и ще помисля за това, след което ще се потопя отново за три седмици или месец. Така беше за период от три години.
Space.com: Книгата ви подробно описва историята на квантовата физика в началото на 20 век. Защо антиреалистичната квантова революция, предизвикана от Нилс Бор, стана доминиращата гледна точка - привидно мигновено око?
Смолин: Имаше две неща, които действаха едновременно. Един от тях и най-важният беше поразителният експериментален успех. Човечеството премина за по-малко от 30 години от примиряването с идеята, че материята е направена от атоми до пълна теория на атомната физика. И работеше съществено, за да обясни спектрите (дъгата от цветове, произведени чрез разделяне на компоненти на светлината по дължината на вълната им), силите, химическите съединения - всичко! Тогава много бързо, ядрена физика, физика на частиците, как работят звездите - астрофизиката.
И така, експерименталният успех беше изумителен и беше бърз. Измервано срещу това, несъгласието дори на хора като Айнщайн, Шрьодингер и дьо Бройли, които казаха: "Чакай малко! Основите са бъркотия!" Всичко това може да бъде пометено под килима.
Това беше първото нещо. Второто нещо е престижът и харизмата на Нилс Бор, с подкрепата, която имаше от датското правителство и бирената компания Карлсберг, да създаде център, в който всичко да е минало през него. Неговата много хипнотична, харизматична личност може да повлияе върху мислите на поколение хора, излизащи от ужасна война [Първата световна война]. Значи това е куп различни неща наведнъж.
Space.com: И други теории не можеха да вървят напред.
Удивително е, че теорията на пилотната вълна на Броли - дори да може да бъде подкрепена от Айнщайн, от Дьо Брой и по някакъв начин от Шрьодингер - не е оказала влияние, въпреки факта, че това не са никоди. Това бяха световно известни хора с Нобелови награди, които бяха научили велика наука, но въпреки това тяхното несъгласие можеше да бъде пренебрегнато в продължение на няколко поколения.
[Теорията на пилотната вълна, която Луи дьо Бройли разработва през 20-те години на миналия век, а Дейвид Бом разширява през 50-те години на миналия век, твърди, че електроните обхващат както частиците, така и вълните и че частиците се движат в посоката, в която вълните ги насочват. Това е детерминистично, а не вероятностно.]
Мисля, че в крайна сметка учените са хора и ние сме повлияни от всякакви неща, от несъзнателни пристрастия до амбиция до социални сили. Историята на квантовата механика става история, която си струва да се обмисли, но това не е необичайна история.
Space.com: Как вашите връстници реагираха на вашата книга?
Смолин: Нищо досега не е изненадващо. Моите възгледи са добре познати в общността на физиците. Колкото и провокативно да изглежда в структурата на книгата, няма дискусия, която да не е обсъждана много подробно сред физиците.
Единственото, което е ново, са последните няколко глави. Поех голям риск да сложа текущата си работа на масата.
Space.com: Моля, опишете текущата си работа.
Смолин: Най-важното нещо, което правя в новата си работа, е да взема сериозно ролята на нелокалност. [Nonlocality се отнася до способността на обектите да влияят върху действията на други обекти, които са много отдалечени в пространството и времето.] Ако искате да дадете реалистично, пълно описание на това, което се случва, когато имате две или повече частици, които са взаимодействали и са това, което ние наричаме „заплетено“, тогава как решите да манипулирате една от частиците, може да повлияе на останалите, дори ако те са много далеч един от друг. А това означава, че трябва да се отнасяте сериозно, че влиянията не се ограничават от идеята, че нещата влияят само на това, което им е близо.
И така, приемам това сериозно и се опитвам да направя теория, в която тези квантови заплитания са фундаментални и понятието за космоса се появява. Пространството не съществува; можем да направим ново, приблизително описание на пространството по същия начин, по който използваме налягане и температура, за да опишем газ.
Аз по никакъв начин не съм единственият човек, който се опитва да развие тази теория. Идеята, че космосът може да се появи от заплитането, е стара идея, която получава ново сцепление от хора като Роджър Пенроуз, Моята теория е, че пространството може да се появява, но това време е фундаментално и тази причинност е основна. Това е мнение, с което много хора биха се съгласили и много хора биха се съгласили.
Space.com: Каква е крайната цел за извършване на този вид теоретична работа?
Смолин: Идеята е да се разработи и измисли теория, от която да се извлекат прогнози, които експериментите тестват. Повечето сериозни хора не приемат сериозно теоретичното предложение, освен ако не се предлага начин да се тества, поне по принцип, ако не е точно сега на практика. Без експеримент е просто толкова лесно за теоретик да говори красива математика, което е грешно и няма нищо общо с природата. Имаме нужда от експерименталисти, за да смекчим идеите и да стесним възможностите.
Само последното поколение или две имат ситуацията, че теориите са трудни за тестване. Така че можете да имате цяло поколение работа върху, да речем, модели на физика на частици, които надхвърлят стандартния модел и те не са тествани експериментално. Това е необичайно и за съжаление характеризира нашия период.
Много хора, които са сериозни в областта на фундаменталната теоретична физика, работят много усилено, за да дразнят и измислят предложения, които са тестируеми сега. Моята версия за нелокалност предвижда, че квантовите ефекти отчасти се дължат на факта, че атомите са много подобни на огромен брой атоми във Вселената. Ако можехме да създадем уникална квантова система - която нямаше пълни копия никъде в наблюдаваната вселена - тя не би се подчинявала на квантовата механика, тя би се подчинявала на някои малко по-различни уравнения, които получавам. Това е почти на прага на това, което експерименталните лаборатории по квантова механика са в състояние да тестват сега.
Тази статия е редактирана и съкратена за по-голяма яснота. Можеш купете „Незавършената революция на Айнщайн“ на Amazon.com.
- Тези „призрачни“ заплетени атоми просто доближиха квантово изчисление с една стъпка по-близо
- Древните квазари предоставят невероятни доказателства за квантовото заплитане
- Защо квантовата механика не може да обясни гравитацията? (Op-Ed)
