Z Quanta Magazine (znajdź oryginalną historię tutaj).
„Szaleństwo to robienie tej samej rzeczy w kółko i w kółko i oczekiwanie innych rezultatów.”
Ten dowcip – nazwę go „Einstein Insanity” – jest zwykle przypisywany Albertowi Einsteinowi. Chociaż efekt Mateusza może tu działać, jest to niezaprzeczalnie rodzaj sprytnego, zapadającego w pamięć one-linera, który Einstein często podrzucał. I cieszę się, że mogę mu to przyznać, ponieważ prowadzi nas to w interesującym kierunku.
Po pierwsze, zauważ, że to, co Einstein opisuje jako szaleństwo, jest, zgodnie z teorią kwantową, sposobem, w jaki świat faktycznie działa. W mechanice kwantowej można robić tę samą rzecz wiele razy i uzyskiwać różne wyniki. W rzeczy samej, jest to założenie leżące u podstaw wielkich zderzeń cząstek o wysokiej energii. W tych zderzaczach fizycy zderzają ze sobą te same cząstki w dokładnie ten sam sposób, biliony po bilionach razy. Czy wszyscy oni są szaleni, że tak postępują? Wydaje się, że nie, ponieważ uzyskali ogromną różnorodność wyników.
Oczywiście Einstein nie wierzył w nieodłączną nieprzewidywalność świata, mówiąc: „Bóg nie gra w kości”. Jednak grając w kości, odgrywamy Einsteinowskie szaleństwo: Robimy tę samą rzecz w kółko – mianowicie, rzucamy kostką – i poprawnie przewidujemy różne wyniki. Czy gra w kości jest naprawdę szaleństwem? Jeśli tak, to jest to bardzo powszechna forma szaleństwa!
Możemy uniknąć diagnozy, argumentując, że w praktyce nigdy nie rzuca się kostką dokładnie w ten sam sposób. Bardzo małe zmiany w warunkach początkowych mogą zmienić wyniki. Podstawową ideą jest to, że w sytuacjach, w których nie możemy dokładnie przewidzieć, co się stanie dalej, dzieje się tak dlatego, że istnieją aspekty bieżącej sytuacji, których nie wzięliśmy pod uwagę. Podobny zarzut ignorancji mo „e obroni¢ wiele innych zastosowa¡ prawdopodobie „stwa przed oskar „eniem o Einsteinowskie szale „stwo, na które wszystkie s¡ nara „one. Gdybyśmy rzeczywiście mieli pełny dostęp do rzeczywistości, zgodnie z tym argumentem, wyniki naszych działań nigdy nie byłyby wątpliwe.
Doktryna ta, znana jako determinizm, była żarliwie popierana przez filozofa Barucha Spinozę, którego Einstein uważał za wielkiego bohatera. Ale aby uzyskać lepszą perspektywę, musimy cofnąć się jeszcze dalej w historii.
Parmenides był wpływowym starożytnym greckim filozofem, podziwianym przez Platona (który odnosi się do „ojca Parmenidesa” w swoim dialogu Sofista). Parmenides opowiadał się za zagadkowym poglądem, że rzeczywistość jest niezmienna i niepodzielna, a wszelki ruch jest złudzeniem. Zeno, uczeń Parmenidesa, wymyślił cztery słynne paradoksy, aby zilustrować logiczne trudności w samym pojęciu ruchu. Przetłumaczony na współczesny język paradoks strzał Zenona brzmi następująco:
- Jeżeli wiesz, gdzie jest strzałka, wiesz wszystko o jej stanie fizycznym.
- Więc (hipotetycznie) poruszająca się strzałka ma taki sam stan fizyczny jak nieruchoma strzałka w tej samej pozycji.
- Obecny stan fizyczny strzałki określa jej przyszły stan fizyczny. To jest Einsteinowska zdrowy rozsądek – zaprzeczenie Einsteinowskiego szaleństwa.
- Therefore a (hypothetically) moving arrow and a stationary arrow have the same future physical state.
- Strzała się nie porusza.Zwolennicy Parmenidesa pracowali w logicznych węzłach i mistycznych zachwytach nad rażącą sprzecznością między punktem piątym a codziennym doświadczeniem.
Podstawowym osiągnięciem mechaniki klasycznej jest ustalenie, że punkt pierwszy jest błędny. W tych ramach owocne jest dopuszczenie szerszej koncepcji charakteru rzeczywistości fizycznej. Aby poznać stan układu cząstek, trzeba znać nie tylko ich położenia, ale także prędkości i masy. Uzbrojona w te informacje mechanika klasyczna całkowicie przewiduje przyszłą ewolucję układu. Mechanika klasyczna, biorąc pod uwagę jej szerszą koncepcję rzeczywistości fizycznej, jest modelem Einsteinowskiej poprawności.
Mając na uwadze ten triumf, powróćmy do oczywistego Einsteinowskiego szaleństwa fizyki kwantowej. Czy ta trudność może również wskazywać na nieadekwatną koncepcję stanu świata?
Sam Einstein tak uważał. Uważał on, że muszą istnieć ukryte aspekty rzeczywistości, nie rozpoznane jeszcze w konwencjonalnym sformułowaniu teorii kwantowej, które przywróciłyby Einsteinowi zdrowy rozsądek. W tym ujęciu nie tyle Bóg nie gra w kości, co gra, w którą gra, nie różni się zasadniczo od klasycznej gry w kości. Wydaje się losowa, ale to tylko z powodu naszej niewiedzy o pewnych „ukrytych zmiennych”. Z grubsza: „Bóg gra w kości, ale ustawił grę.”
Ale w miarę jak przewidywania konwencjonalnej teorii kwantowej, wolnej od ukrytych zmiennych, przechodziły od triumfu do triumfu, pole manewru, w którym można by zmieścić takie zmienne, stawało się małe i niewygodne. W 1964 roku fizyk John Bell zidentyfikował pewne ograniczenia, które muszą obowiązywać w każdej teorii fizycznej, która jest zarówno lokalna – co oznacza, że oddziaływania fizyczne nie przemieszczają się szybciej niż światło – jak i realistyczna, co oznacza, że fizyczne właściwości systemu istnieją przed pomiarem. Jednak dziesiątki lat testów eksperymentalnych, w tym test „bez luk” opublikowany w zeszłym miesiącu na stronie z preprintami naukowymi arxiv.org, pokazują, że świat, w którym żyjemy, wymyka się tym ograniczeniom.
Ironicznie, konwencjonalna mechanika kwantowa sama w sobie wiąże się z ogromnym rozszerzeniem rzeczywistości fizycznej, co może wystarczyć, by uniknąć Einsteinowskiego szaleństwa. Równania dynamiki kwantowej pozwalają fizykom przewidzieć przyszłe wartości funkcji falowej, biorąc pod uwagę jej obecną wartość. Zgodnie z równaniem Schrödingera, funkcja falowa rozwija się w całkowicie przewidywalny sposób. Jednak w praktyce nigdy nie mamy dostępu do pełnej funkcji falowej, ani obecnie, ani w przyszłości, więc ta „przewidywalność” jest nieosiągalna. Jeśli funkcja falowa stanowi ostateczny opis rzeczywistości – co jest kwestią kontrowersyjną – to musimy stwierdzić, że „Bóg gra w głęboką, ale opartą na ścisłych regułach grę, która dla nas wygląda jak gra w kości”
Wielki przyjaciel Einsteina i intelektualny sparingpartner Niels Bohr miał zniuansowany pogląd na prawdę. Podczas gdy według Bohra przeciwieństwem prostej prawdy jest fałsz, przeciwieństwem głębokiej prawdy jest inna głęboka prawda. W tym duchu wprowadźmy pojęcie głębokiego fałszu, którego przeciwieństwo jest również głębokim fałszem. Wydaje się, że dobrze byłoby zakończyć ten esej epigramem, który w połączeniu z tym, od którego zaczęliśmy, daje ładny przykład:
„Naiwność to robienie w kółko tego samego i oczekiwanie zawsze tego samego rezultatu.”
Frank Wilczek otrzymał w 2004 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad teorią siły silnej. Jego najnowsza książka to Piękne pytanie: Finding Nature’s Deep Design. Wilczek jest profesorem fizyki Hermana Feshbacha w Massachusetts Institute of Technology.
Przedrukowano za zgodą Quanta Magazine, redakcyjnie niezależnej publikacji Fundacji Simonsa, której misją jest zwiększanie zrozumienia nauki przez społeczeństwo poprzez opisywanie rozwoju badań i trendów w matematyce oraz naukach fizycznych i przyrodniczych.
Przedrukowano za zgodą Quanta Magazine.