20.8.12

Ο ρόλος του παρατηρητή στα κβαντικά φαινόμενα και η αιτιοκρατία


Ilya Prigogine(1917-2003).
 Ρωσικής καταγωγής Βέλγος που το 1977
τιμήθηκε με το Νόμπελ Χημείας, "για τη
συμβολή του στη θερμοδυναμική
 και τις δομές πέραν της  ισορροπίας".
Θεωρείται ο θεμελιωτής της θεωρίας του χάους.
Μεγάλοι εμπνευστές του στη μελέτη των
πολύπλοκων συστημάτων ήταν οι
Ανρί Πουανκαρέ και Αντρέι Κολμογκόροφ.
Με την κβαντομηχανική και ιδιαίτερα με την ερμηνεία που δόθηκε από τη λεγόμενη σχολή της Κοπεγχάγης( Neils Bohr, Werner Haisenberg και Wolfgang Pauli, επειδή το εργαστήριο του Bohr βρισκόταν στην Κοπεγχάγη), μεταβλήθηκε ριζικά η Νευτώνεια αντίληψη για την αιτιοκρατία. Στο Νευτώνιο σύμπαν από τον 17ο αιώνα, στους συμπαντικούς νόμους που ισχύουν παντού το ίδιο, από τα μακρινά άστρα μέχρι τα πιο κοντινά μας αντικείμενα, ισχύει απόλυτα η αιτιοκρατία. Κάθε δράση έχει συγκεκριμένη αιτία. Με την αρχή της απροσδιοριστίας ο Werner Haisenberg απέδειξε το 1927 ότι η απροσδιοριστία και η ρευστότητα είναι ενδογενή συστατικά του υποατομικού κόσμου. Αυτή η ρευστότητα μας εμποδίζει να γνωρίζουμε ταυτόχρονα την ενέργεια και τη διάρκεια ζωής ενός σωματιδίου. Επίσης είναι υπεύθυνη για την κβαντική αβεβαιότητα που εκφράζεται από την αρχή της απροσδιοριστίας του Haisenberg, δηλαδή την αδυναμία να εντοπισθούν ταυτόχρονα η θέση και η ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου. Επίσης η πράξη της παρατήρησης είναι υπεύθυνη και για το ότι το ηλεκτρόνιο εμφανίζεται άλλη φορά σαν κύμα και άλλη σαν σωματίδιο.
Η διαφωνία του Αϊνστάιν ήταν (όπως την αναφέρει ο Haisenberg) ότι “η θεωρία σας δεν μας εξηγεί τι συμβαίνει όταν δεν γίνονται παρατηρήσεις ή κατά το διάστημα μεταξύ δύο παρατηρήσεων. Θα πρέπει όμως να συμβαίνει κάτι, δεν υπάρχει αμφιβολία.(...)ο φυσικός πρέπει να μπορεί να αποδείξει ότι μελετά έναν κόσμο που δεν κατασκεύασε ο ίδιος, έναν κόσμο που εξακολουθεί να υπάρχει, χωρίς να μεταβάλλεται σημαντικά, και όταν εκείνος απουσιάζει”.
Τα φαινόμενα αυτά τροφοδότησαν και αντιλήψεις ορισμένων για “ελευθερία βούλησης του ηλεκτρονίου” ή στην περιγραφή ενός κόσμου καθαρής τυχαιότητας, όπου τίποτε δεν μπορεί να προβλεφθεί, ούτε να περιγραφεί με γενικούς όρους, σε μια προσπάθεια να στηριχθεί ένας απόλυτος ιντετερμινισμός.
Η απάντηση όμως μπορεί να δοθεί μέσα από την θεωρία των ασταθών συστημάτων και της μη γραμμικής εξέλιξης, τη θεωρία δηλαδή του χάους. Στη θέση της αιτιοκρατίας ταιριάζει περισσότερο η αντίληψη της συνολικής αλληλεξάρτησης και της πιθανοκρατίας.
Για παράδειγμα για να εντοπίσουμε ένα ηλεκτρόνιο πρέπει να το φωτίσουμε. Η ενέργεια του φωτός εξαρτάται από το μήκος κύματος και αυτό καθορίζει και τον βαθμό ακρίβειας προσδιορισμού του ηλεκτρονίου. Όσο αυξάνει η ενέργεια του φωτός, δηλαδή μικρότερο μήκος κύματος, τόσο περισσότερο το εντοπίζουμε. Όμως η αύξηση της ενέργειας μεταδίδεται στην κίνηση του ηλεκτρονίου με αποτέλεσμα να αυξάνεται η απροσδιοριστία της κίνησής του. Επίσης η ενέργεια που μεταδίδουν τα φωτόνια της παρατήρησης πάνω στα παρατηρούμενα εν δυνάμει σωματίδια δρουν ως τυχαίοι παράγοντες που μαζί με άλλους “αποφασίζουν” για το αποτέλεσμα της παρατήρησης ή να περάσει από το χάος της “ανυπαρξίας” στην ύπαρξη.
Η απροσδιοριστία στον κόσμο των σωματιδίων υπάρχει και στον μακροσκοπικό κόσμο αλλά δεν υπάρχει η ίδια αβεβαιότητα λόγω του τεράστιου αριθμού που δίνουν πολύ υψηλή πιθανότητα να διατηρείται μια συγκεκριμένη μορφή. Θεωρητικά θα μπορούσε να συμβεί αλλά με απειροελάχιστα μικρή πιθανότητα. Για παράδειγμα ένα ποτήρι νερό περιέχει 10^23 άτομα, ενώ η γη 10^50 άτομα, κάτι που εξουδετερώνει την τυχαιότητα που προκύπτει από την ενέργεια των φωτονίων της παρατήρησης. Έτσι με αυτή την έννοια δεν υπάρχει διαφορά ανάμεσα στον μικρόκοσμο και τον μακρόκοσμο.
Έτσι η απάντηση στο ερώτημα του Αϊνστάιν είναι ότι “αυτό που υπάρχει” “αποφασίζεται” από το ποιοι παράγοντες αλληλεπιδρούν μεταξύ των σωματιδίων, κάτι που πριν το παρατηρήσουμε δεν το ξέρουμε αλλά αφού το παρατηρήσουμε έχει παρεμβληθεί η δική μας παρέμβαση, αλληλεπίδρασή μας μ' αυτό. Η παρέμβασή μας συμμετέχει, ως ένας παράγοντας, τουλάχιστον με την παρατήρηση στο επίπεδο της μικροκλίμακας των σωματιδίων, στην “απόφαση” στο πως υπάρχει ο κόσμος. Όπως είπε και ο Χόρχε Λουίς Μπόρχεςο κόσμος δυστυχώς υπάρχει -κι εγώ δυστυχώς είμαι ο Μπόρχες”.
Η Νευτώνια φυσική έχει μέχρι σήμερα ”επεκταθεί” τρεις φορές. Πρώτα με τη χρήση της λειτουργίας του κύματος στην κβαντική φυσική, στη συνέχεια με την εισαγωγή του χωροχρόνου με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν και τώρα με την αναγνώριση της πιθανοκρατίας και της αλληλεξάρτησης, από τη μελέτη των ασταθών συστημάτων αυτοοργάνωσης (νησίδες μεγαλύτερης τάξης, πληροφορίας, σε περιβάλλον μεγαλύτερης αταξίας, εντροπίας), που ανατρέπουν την καθιερωμένη, κλασική αντίληψη για την αιτιοκρατία, ντετερμινισμό. Μια αντίληψη που περνά “ανάμεσα” από την κλασική αντίληψη για την αιτιοκρατία του στατικού σύμπαντος του Νεύτωνα από τη μια και την καθαρή τυχαιότητα από την άλλη. Δύο αντιλήψεις που εξίσου αρνούνται το συνεχές γίγνεσθαι στη φύση, δηλαδή την πραγματικότητα.

1 σχόλιο:

Τζενη Καστριδου είπε...

Γεια σου Τακη,
φαινεται ,λοιπον,οτι η Πυρηνικη Φυσικη ανοιγοντας την Πορτα του Μικροκοσμου,ανοιξε μαζυ και το κουτι της Πανδωρας κι εφερε τα πανω κατω ,κανοντας τα κοκκαλα του Νευτωνα να τριζουν...
Στα πειραματα,λεει,δεν υπαρχει παρατηρητης.Υπαρχει συμμετοχος.Απο τα οσα μυρια μπορει να σημαινει αυτο,σημαινει και στα σιγουρα οτι ο Συμμετοχος καθοριζει-με ελευθερη βουληση-την Πραγματικοτητα στην οποια θα βρεθει...
Διαλεγει,δηλαδη,απο τις νιοστες πραγματικοτητες-πιθανοτητες,αυτην που θελει να βρει και αυτην βρισκει.Διαλεγει και δημιουργει τον Χωροχρονο στον οποιο θελει να περπατηση..
Και τα Πραγματα,λεει,δεν ξερουμε τι κανουν οταν δεν τα παρατηρουμε..Υπαρχουν αραγε?Υπαρχουν,οι Ιδεες του Πλατωνα και εμεις επιλεγουμε?Να θυμηθω το χριστιανικο"Αιτησατε και θελει σας δωθει,κρουσατε και θελει σας ανοιχθει" και το παραμυθι με τις κουκλεςν που χορευουν οταν δεν τις βλεπουν..Οταν δεν τις φωτιζουν.
Ναναι,αραγε,αυτο που λεμε Θανατο,η ελλειψη επιθυμιας για δημιουργια(φωτισμο) Χωροχρονου ενταξης του συμμετοχου ανθρωπου?Κι αν ναι,ειναι ο Θανατος αποτελεσμα ελευθερης βουλησης?