Etsi
  • Tea Holm

Kvanttifysiikka: Tiede, järjestys ja luovuus

Päivitetty: helmi 24

Kvanttifysiikka on kiinnostanut minua jollakin tasolla aina, vaikka minulla ei olekaan akateemisen tieteellisiä edellytyksiä sen syvälliseen hahmottamiseen. Pitkällä matematiikalla ei päästä pitkälle, kvanttifysiikalla päästään lähes mihin tahansa.


Teos Tiede, järjestys ja luovuus (David Bohm & F. David Peat) on puhutteleva teos niin suhteellisuusteorian ja kvanttiteorian välisestä suhteesta kuin fysikaalisen todellisuuden luonteesta.


Teoksessa sivutaan myös tietoisuutta käsiteltäessä järjestystä. Tietoisuus ja aine voidaan nähdä yhden kokonaisuuden ominaisuuksina ilman, että ne olisivat erotettavissa toisistaan (muoto ja sisältö kuuluvat yhteen).


Kvanttipotentiaali on vähäpätöinen makroskooppisella tasolla. Kokemuksiimme se ei niinkään vaikuta. Materian käyttäytyminen palautuu klassiseen mekaniikkaan. Mutta kun aistihavainnot toimivat syvätasolla, tietoisuus voi abstrahoida "taustasta" sitä, mikä on suhteellisen pysyvää.

Kuva: Tiede, järjestys ja luovuus (Gaudeamus)

Kvanttiteorian todellisuuskäsitys ja tulkinta


Kvanttifysiikassa on kyse myös siitä, minkälaisen todellisuuden oletetaan olevan. Bohmin mukaan koko maailmankaikkeus on jakamaton ykseys. Samalla se on jatkuvasti muuttuva. Bohm ei ollut tyytyväinen Quantum Theory -oppikirjaansa, ja häntä kiinnosti kysymys kvanttitodellisuuden luonteesta yleensä.


Einstein soitti Bohmille kerran ja pyysi tätä keskustelemaan aiheesta Princetonin yliopistoon. Hän ei kuitenkaan ollut tyytyväinen kvanttiteoriaan sellaisenaan, vaan katsoi, että Bohmin tulisi tehdä kvanttiteorian tulkinnasta deterministinen. Pian Bohm esittikin kausaalitulkinnan. Se esitti yksiselitteisen mallin kvanttisysteemin luonteeta ja liikkeestä sekä oli deterministinen.


Tulkinta oli hämmästyttävä, koska Bohm itse oli esittänyt vain vuotta aikaisemmin, ettei sellainen ollut ylipäätään mahdollinen. Bohmin ontologis-deterministinen tulkinta vaikutti johdonmukaiselta. Einstein ei suhtautunut kausaalitulkintaan suopeasti, minkä myötä Bohm alkoi tarkastella tiedettä instituutiona, jota paitsi hallitsevat myös rajoittavat sosiaalis-psykologiset tekijät.


Tieteen kommunikaatiokatkokset haittaavat tieteen edistymistä.


Luovuutta peliin


Kirjan Tiede, järjestys ja luovuus toinen kirjoittajista David Peat toteaa heti aluksi, että kun hän alkoi opiskella yliopistossa luonnontieteitä, syvimmät kysymykset, etenkin kvanttiteoriaa koskevat, jäivät vaille vastausta. Useimmat tutkijat eivät oikeastaan edes olleet kiinnostuneita sellaisista kysymyksistä.


Yliopistossa kannustettiin konkreettisiin tuloksiin, tieteellisiin artikkeleihin ja tieteellisesti hyväksyttävien ongelman ratkomiseen. Peat koki, että häntä itseään kiinnosti muu kuin rutiinitutkimus, minkä myötä ei tietenkään synny vaikuttavaa tieteellisten artikkelien julkaisuluetteloa. (Mikä tiedejulkaisu ne edes julkaisisi?)


Ydinkysymykseksi nousi kysymys: "Kuinka päästä luovaan dialogiin tieteessä?"


Peatin mielestä kommunikaatiolla on tärkeä rooli uusia ajatuksia kehitettäessä. Oli oltava myös voimakas kiinnostus. Kyseessä ei ollut vain yksityiskohtien, vaan kokonaisuuden, ymmärtäminen.


Fysiikasta kohti filosofiaa


Näin ollen fysiikka vei kohti filosofista ajattelua, jota on taidettu pitää joutavana, mitä tulee luonnontieteisiin. Aiempi luonnonfilosofian käsite kuitenkin saattaa kuvastaa sitä, mistä on kyse. Lopulta on kyse tutkimustuloksista tulkintana.


Akateemisten ihmisten kilpailu haittaa suuresti sitä dialogia, jota he voisivat käydä, jos eivät olisi niin poteroituneita. Bohm mainitsee, että oli mielenkiintoista tutustua Niels Bohrin työhön ja etenkin kysymykseen havaitsijan ja havaittavan ykseydestä.


Bohrin ajattelussa se liittyi siihen, että maailmankaikkeus on jakamaton kokonaisuus. Filosofiaa ei voinut erottaa fysiikasta. Fysiikka mutta myös filosofia voi saada matemaattisen muodon.


Kvanttiteoriaan sisältyi useita klassisen fysiikan kannalta vallankumouksellisia asioita. Klassisessa teoriassa kentän olisi pitänyt antaa energiaa jatkuvasti, mutta energia oli kvantittunutta niin, että vain tietyt energiat olivat mahdollisia. Kvanttiteoriaan liittyi myös kaukovaikutus. Mikään fysiikan tuntema voima ei voinut selittää tätä yhteyttä.

Photograph by Mark Edwards. Copyright © Krishnamurti Foundation Trust Ltd

Kaavoista kaavoittamattomaan maahan


Krishamurti oli Bohmin merkittävimpiä keskustelukumppaneita. Hänen opetuksensa ydin on lauseeseessa: ”Totuus on poluton maa”. Bohm oli kyllästynyt siihen, että vain kaavoilla oli käyttöä ilman, että niiden takana olevasta ideamaailmasta olisi piitattu pätkän vertaa. Siitä ei yksinkertaisesti haluttu puhua.


Bohm haki siis kvanttiteorian perusteita, siinä missä laajempi tiedeyhteisö haki jotakin muuta, kuten ydinaseen kaavaa. Intuitio, mielikuvitus ja luovuus kävivät jossakin määrin ylimääräisiksi käsitteiksi fysiikassa. Vain matematiikalla (kaavat, yhtälöt) oli väliä.


Kirja Tiede, järjestys ja luovuus kärjistää asioita, mutta se sisältää ajatuksen siitä, että matematiikan painotus meni liian pitkälle fysiikassa sen luonnonfilosofian kustannuksella. Einstein arvosti matemaattista formalismia, kauneutta, mutta hänen lähtökohtanaan ei ollut matematiikka, ainakaan luovalla kaudella.


Einstein aloitti mielikuvista, joista hän sitten johti käsitteitä. Matematiikka on Bohmin ajattelussa vain yksi osa ihmismielen toimintaa, ei kaikki kaikessa, edes fysiikassa. Matematiikka mahdollistaa täsmällisen ja jäsentyneen ilmaisun, mutta se on rajallinen (kielellinen) kehys. Todellisuuteen kuuluu aina enemmän, kuin mihin sanat viittaavat.


Fysiikan piilevän perusrakenteen haastaminen


Bohm katsoi, että se, mistä fysiikassa voidaan puhua, on jo ikään kuin ennalta määrätty sen perusrakenteessa. Jos haluttiin ylittää tuo oletus-asetus, oli keskityttävä kvanttimekaniikkaan ja jätettävä muu maailma. Samaan aikaan oli oltava maailmassa, käytettävä sen käsitteitä sekä tieteen kieltä.


Kvanttiteorian sekavuus johtui osittain tieteen kommunikaatiokriisistä. Fyysikoiden käyttämä kieli on epäyhtenäistä. Esimerkkinä tällaisesta kriisistä on Bohrin ja Einsteinin kommunikaation epäonnistuminen, mikä heittää varjonsa myös nykyfysiikkaan.


Einstein katsoi, että peruskäsitteiden suhde todellisuuteen pitäisi olla yksiselitteinen. Bohr oli ottanut käyttöön uusia käsitteitä, jotka olivat moniselitteisiä ja vapaamuotoisia. Entä jos signaalin käsite muuttuisi moniselitteiseksi? Voisiko signaali siirtyä valoa nopeammin?


Kun käsitys todellisuuden luonteesta poikkeaa paljon kahden tutkijan kesken, niin kultaista keskitietä ei ole löydettävissä. Molemmat etsivät totuutta omalla tahollaan. Kyse on yhdestä fysiikasta, josta Bohrin ja Einsteinin välirikossa tuli monta. Ainakin väliin aukesi syvä kuilu.

Kuva: Albert Einstein (WikiImages)

Suhteellisuusteoria ja kvanttiteoria eivät keskustele sekä kausaalitulkinnasta


Dialogin puuttumisella on ollut kauaskantoisia seurauksia. Keskitytään siis matematiikkaan, josta kaikki voivat olla yksimielisiä! Jotta kaksi maailmankuvaa saadaan kohtaamaan, on oltava tutkijoita, jotka eivät ennalta ole sitoutuneet tiettyyn maailmankuvaan tai tulkintaan. Vapaa ja luova kommunikaatio voisi muuttaa tiedettä sen kaikilla tieteenaloilla.


David Bohmin kausaalitulkinta kuvaa kvanttiprosessia. Se ei edellytä formaalia erottelua kvanttijärjestelmän ja ympäristön klassisen laitteiston välillä. Kyseessä ei ole siten perustavanlaatuinen yhteismitattomuus. Kausaalitulkinta on tekninen esitys, johon kuitenkin sisältyy tietty tulkinta.


Kvanttiteoriallakin on paradigma, jonka haastaminen itsessään on haastavaa. Elektroni ei sen mukaan ole koskaan erillään kvanttikentästä, joka toteuttaa Schrödingerin yhtälön aivan kuten sähkömagneettinen kenttä toteuttaa Maxwellin yhtälön. Se on kausaalisesti määräytyvä, vaikkakaan ei sisällä täydellistä determinismiä, ennaltamääräytymistä.


Klassisen ja kvanttimekaniikan käyttäytymisen ero aiheutuu kvanttipotentiaalin toiminnasta. Kvanttipotentiaalilla on ominaisuuksia, joista seuraa uusia aineen ominaisuuksia, joita ei sisälly sellaisenaan kvanttiteoriaan. Kvanttipotentiaali (Q) ei riipu kvanttikentän voimakkuudesta (vrt. klassisen mekaniikan kappaleen liikuttamisen vaikutus on verrannollinen voimakkuuteen tai kokoon), vaan sen muodosta.


Informaation käsitteestä


Kvanttipotentiaali määräytyy kvanttiaallosta. Kaksoisrakokoe todisti jossakin määrin kvanttihiukkasten aalto-hiukkasdualismin, mutta miten selitys annetaan kausaalitulkinnassa? Hiukkaseen ei vaikuta mikään klassinen voima, kun se (elektroni) poikkeaa suunnastaan. Aalto-ominaisuudet eivät johdu kvanttihiukkasen dualistisesta olemuksesta vaan kvanttipotentiaalin monimutkaisista vaikutuksista.


Potentiaalin sisältämä informaatio siis määrää kvanttiprosessin tuloksen. Aktiivisen informaation perusajatus on se, että vähän energiaa sisältävä muoto yhtyy suurempaan energiaan ja myös ohjaa sitä. Alkuperäinen energiamuoto informoi eli antaa muodon suuremmalle energialle. Muodoton energia saa muodon informaatiosta.


Informaatio on potentiaalisesti aktiivista, mutta kun sillä on muoto, se on aktuaalisesti aktiivista. Kausaaliteoria esittää luonnon olevan monimutkaisempi kuin mitä on ajateltu. Ainetta analysoitaessa mikrotasolla sen käyttäytyminen ei yksinkertaistukaan vaan monimutkaisuu ja on jopa kummallista.


Etäiset tapahtumat ja rakenteet voivat vaikuttaa hiukkasen liikkeeseen, niin että jokainen koe on yksi kokonaisuus. Miten klassinen maailma erillisine objekteineen voi ilmetä? Rajatapauksissa kvanttipotentiaali on häviävän pieni, joten sen informaatio ei ole enää aktiivista. Objektit käyttäytyvät kuin ne olisivat erillisiä. Raja, jonka jälkeen kvanttipotentiaalia ei tarvitse enää ottaa huomioon, on klassinen raja.


Lopuksi


Informaatiokentän käsite ei aiheuta yhteismitattomuutta. Klassisena rajatapauksena maailman voi yleensä analysoida erillisiksi ja riippumattomiksi objekteiksi. Kausaaliteoriaa ei ole yleisesti hyväksytty, ja siihen on jopa suhtauduttu vihamielisesti. Se ei kuitenkaan aiheuta katkosta vanhoihin, klassisiin käsitteisiin nähden edes silloin, kun se esittää uusia käsityksiä.


Perinteisissä lähestymistavoissa puhutaan aaltofunktion romahtamisesta. Kausaalitulkinta antaa maailmankaikkeuden, joka ei ole riippuvainen mittalaitteista tai havaitsijoista. Tulkintana se on kausaalinen mutta ei täysin deterministinen. Siksi myös luovuus voi toteutua kausaalisessa tulkinnassa.


Aineessa on vielä tutkimattomia tasoja. Hiukkasten välinen etäisyys ei poista vaikutusta. Epälokaalinen vuorovaikutus poikkeaa klassisesta mekaniikasta. Epälokaalisuus näyttää rikkovan suhteellisuusteorian perusperiaatteen, että mikään signaali ei voi edetä valoa nopeammin.


Kvanttipotentiaalia ei voi käyttää signaalinsiirtoon, joten välitön kvanttipotentiaaliyhteys etäisten hiukkasten välillä ei riko suhteellisuusteoriaa. Epälokaali kvanttipotentiaali yhdistää etäiset hiukkaset välittömästi. Einsteinin vaatimus lokaalisuudesta on vaikuttanut suuresti tulkintamahdollisuuksiin fysiikassa.


Dialogi voisi kuitenkin synnyttää uutta. Kirja Tiede, järjestys ja luovuus peräänkuuluttaakin luovia metaforia. Niiden käyttö edellyttäisi, että erilaisia ja jopa vastakkaisia näkemyksiä pidettäisiin yhtä aikaa mielessä. Se voi olla liian paljon vaadittu, mutta tällöin voitaisiin huomata, että aineen ominaisuudet eivät vielä anna olettaa, että ihmisen tietoisuus voisi merkittävästi vaikuttaa elektroniin fysikaalisessa mittauksessa.


Tästä kirjasta jäi mieleen se, että kvanttiteorian tulkinnat ja fysikaalisten teorioiden tulkinnat tukeutuvat filosofisiin olettamuksiin kuin myös moniin muihin olettamuksiin. Filosofia tai tulkinta ei ole epätieteellinen elementti itse tutkimuksessa, vaan on mielestäni erittäin tärkeää pystyä kannattelemaan kahta eri näkemystä samanaikaisesti, jotta voidaan päästä synteesiin tai keskusteluyhteyteen edes jotenkin mielekkäällä tavalla. Bohm ja Peat haluavat vapauttaa ne luovat voimat, jotka ihmisessä ja koko maailmankaikkeudessa potentiaalisesti piilevät.


Kirjoittanut: Tea Holm

43 katselukertaa0 kommenttia
 
  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn

©2020 by Kirjailijan Blogi. Proudly created with Wix.com

This site was designed with the
.com
website builder. Create your website today.
Start Now