Új Szó, 2019. december (72. évfolyam, 280-302. szám)
2019-12-20 / 296. szám
10| TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2019. december 20. | www.ujszo.com A kvantummechanika valóságértelmezése Nem lehetséges az, hogy a valóság megértésére irányuló absztrakt gondolkodásunk egy olyan szintre lépett, amikor már agyunknak, gondolkodásunk eszközének sajátosságai határozzák meg, vagy legalábbis befolyásolják gondolkodásunk eredményét? (Fotó: Shutterstock) HORÁNYI GÁBOR Az előző alkalommal a világ kvantummechanikai leírásának azon furcsa sajátságával ismerkedtünk meg, mely szerint nem létezik valóság, csak megfigyelt valóság van. Na de mi a kettő között a különbség? Ha azt feltételezzük, hogy létezik megfigyelőktől független valóság, s a megfigyelő célja ezt a rajta kívül álló, tőle független valóságot leírni, akkor a klasszikus fizika útját járjuk. Akik ezt az utat járják, azok is tudják, hogy minden megfigyelés egyben valamilyen kölcsönhatás a megfigyelt objektummal, olyan folyamat, ami befolyásolja, megváltoztatja azt, amit megfigyelünk. Ha megmérjük gyermekünk lázát egy hagyományos hőmérővel, nem nagyon gondolkodunk el azon, hogy a hőmérő hogyan hűtötte le lázas gyermekünket. Márpedig az nyilván hidegebb volt, mint gyermekünk, mivel a szoba hőmérséklete alacsonyabb az ember hőmérsékleténél. Ebben az értelemben tehát a hőmérő nem azt mutatta, mekkora volt gyermekünk hőmérséklete a mérés előtt, hanem azt, hogy mekkora lett a mérés következtében. Mindenesetre a lázcsillapítás bevett módja a hideg fürdő, s nem a hideg hőmérő. A klasszikus fizika felfogása szerint egy jó mérőműszer csak kis mértékben befolyásolja azt a valóságot, ami a mérést megelőzően objektíve létezett. A hőmérő anyagának, hőmérsékletének, méretének, valamint a mérés eredményének, gyermekünk fizikai paramétereinek ismeretében visszakövetkeztethetünk, hogy mekkora volt a gyermek hőmérséklete a mérés előtt. A kvantummechanika ezzel szemben mintha azt állítaná, hogy a mérés, a megfigyelés előtt a dolgoknak nem volt a klasszikus leírás logikájának megfelelő egzakt állapota, hanem az csak a mérés, megfigyelés során, annak következtében alakult ki. Ez a gondolat a filozófia területére terel minket, s el kell döntenünk, merre megyünk tovább. Hogyan viszonyuljunk a kvantummechanika furcsa valóságértelmezéséhez? Az egyik, számos fizikus által választott lehetőség, hogy a kvantummechanika matematikai leírását elfogadjuk helyesnek, de nem vagyunk hajlandók azon gondolkodni, milyen filozófiai következtetések fakadnak a matematikai modellből. Ilyenkor tulajdonképpen azt feltételezzük, hogy a matematika mint absztrakt rendszer hatóköre túlnyúlik a filozófiára jellemző fogalmi struktúrákon, a fogalmakat jelentő szavakon, a szavakkal kifejezhető gondolatokon, vagy legalábbis nem hozható szinkronba a matematika és a fogalmi gondolkodás rendszere. Egy másik, korábban népszerű, de mára egyre valószínűtlenebb elképzelés szerint a kvantummechanika hibás, s ki kell hogy derüljön, mi a hibája, milyen rejtett paramétert nem vettünk figyelembe az elmélet megalkotása során. S ha valaki kijavítja az elméletet, helyreáll a gondolat és a számok közötti rend. Ezen az állásponton volt Albert Einstein is, aki számára a kvantummechanika furcsa determinálatlansága, a nagyon sikeres relativitáselmélet hétköznapi ember számára nehezen követhető, de tökéletes determináltságával szemben teljességgel elfogadhatatlan volt. Einstein egész életében azért harcolt, hogy elérje a kvantummechanika újrafogalmazását, de minden ez irányú kísérlete kudarcot vallott. A kvantummechanikai értelmezés tarthatatlanságára találta ki Edwin Schrödinger német fizikus a híres macska paradoxont, melyre hamarosan visszatérünk. Egy harmadik lehetőség megpróbálni elmerülni a kvantummechanikában, s valamilyen módon érthetővé tenni magunk számára furcsa sajátságait. Mindez egyet jelent azzal, hogy kísérletet teszünk megismerésünk korlátjainak felismerésére, arra, hogy megértsük, hogyan észleljük, illetve értelmezzük a világot, s ebből mi következik, s mi nem következik a világról szerzett tudásunkra nézve. A kvantummechanika alapvetését - bár korántsem korlátozódik az elemi részecskék mérettartományára -, egy elemi részecske állapotának leírásán keresztül érthetjük meg alaposabban. Ennek lényege az, hogy egy elemi részecske kapcsán nem tehetünk olyan klasszikus megállapításokat, hogy az hol van, vagy hogyan mozog. Az elemi részecskék térbeli helye és mozgásállapota egyaránt határozatlan, elvileg sem ismerhető meg. Tehát nem abban az értelemben határozatlan, hogy nincs elegendően pontos mérőeszközünk ezek meghatározására, s még csak abban a tekintetben sem, hogy a megfigyelés során, a megfigyelésben rejlő kölcsönhatás következményeként, úgy sem tudunk pontos képet kapni a megfigyelés előtti állapotról. A kvantummechanika állítása, hogy ezen kezdeti paraméterek eleve nem határozottak, azaz egy elemi részecske helyéről megállapíthatjuk, hogy hol biztosan nincs, de hogy hol van, arról annyit mondhatunk: ahol nem nincs, ott van. A részecske nem egy helyen van, hanem mindenütt van, ahol nem nincs, s létezésének ezen tartományában megtalálásának esélyét valószínűségek írják le. Tehát a létezésének tartományához rendelhető részintervallumokban a megtalálásának esélye meghatározható és mindig 100%-nál kisebb, míg létezésének teljes tartományában ez az esély éppen 100%. Az a kérdés tehát megválaszolhatatlan, hogy az elektront pontosan hol találjuk meg, helyette az a kérdés lép, hogy az elektron bizonyos intervallumokban mekkora eséllyel található meg. Einstéin ezen a ponton fakadt ki, s azt mondta: „Isten nem kockázik!” Mindez ugyanis azt jelenti, hogy amikor egy ütközési kísérletet tervezünk két elemi részecske között, akkor nem mondhatjuk meg előre, mint a klasszikus fizikában, hogy a két elektron adott feltételek teljesülése esetén össze fog-e ütközni vagy nem, hiszen nem tudhatjuk, hogy pontosan hol vannak, de azt megjósolhatjuk, hogy mekkora az esélye annak, hogy az adott körülmények között a két részecske összeütközik. Ha a konkrét ütközési kísérletet végrehajtjuk, a két részecske vagy összeütközik, vagy nem, de ha sokszor ismételjük meg ugyanazt a kísérletet, akkor jó közelítéssel éppen annyi esetben fognak a részecskék valóban összeütközni, mint ahányszor a valószínűségek alapján ezt várni lehetett. A kvantummechanika ezen sajátossága - mely nemcsak a részecskék helyére, hanem mozgásállapotára is vonatkozik - az a „filozófiai szálka”, mely sok fizikus torkán akadt. Van-e értelme valóságosnak, a dolgokat jellemzőnek tekinteni a dolgok azon tulajdonságait, melyeket elvileg sem ismerhetünk meg, mert nem meghatározottak? Nem arról van-e szó, hogy a világ leírása során az emberi észlelés és gondolkodás dobozaiba akarunk bepréselni mindent, miközben a valóság összetettebbnek mutatkozik annál, hogy ezekbe a dobozokba bepasszírozható legyen? A kvantummechanika születése, Einstein fényelektromos jelenséget értelmező korszakos cikke óta lassan 115 év telt el. Einstein, aki a kvantummechanikából fakadó valóságértelmezés elleni harc emblematikus vezetője volt, 65 éve halott, s az elmélet működik, hatékony, kiállta az idő próbáját. Vajon azok az akadályok, melyeket fogalmi gondolkodásunk elé állít a kvantummechanika, nem agyunk működésének korlátáit jelzik? Nem lehetséges az, hogy a valóság megértésére irányuló absztrakt gondolkodásunk egy olyan szintre lépett, amikor már agyunknak, gondolkodásunk eszközének sajátosságai határozzák meg, vagy legalábbis befolyásolják gondolkodásunk eredményét? Ha így lenne, akkor a kvantummechanikával való viaskodásunk mindenképpen önismeretünk fontos része lehet. A továbbiakban megvizsgáljuk, hogy valóban logikus és magától értetődőe, hogy a dolgok valahol, a tér egy meghatározott pontjában léteznek. Hogy honnan ered a hitünk a dolgok helyének meghatározottságában, s valóban olyan nagy probléma-e, ha a kvantummechanika határozatlansága határozza meg létünket. S ha valaki úgy gondolja, hogy a macskáknak egészen más világban való létezésük, mint az embereknek, akkor biztosan szívesen megismerkedik Schrödinger macskájával, amelyik egyszerre volt élő, s egyszerre holt. Két hullámban zajlott a csillagképződés a Tejútrendszer közepén A tudósok eddig azt gondolták, hogy folyamatos a csillagok képződése, ám most kiderült, nem ez a helyzet (Fotó: Shutterstock) MTI-HlR Először sikerült rekonstruálni a Tejútrendszer középpontjában lezajlott csillagkeletkezés történetét, és meglepő dolgot találtak a kutatók. Eredményeik szerint két lökésszerű fázisban játszódott le a folyamat. Az első több mint nyolcmilliárd évvel ezelőtt, a második pedig mintegy egymilliárd évvel ezelőtt történt - közölte a Max Planck Csillagászati Intézet (MPIA). A tudósok eddig abból indultak ki, hogy a galaktikus középpontban folyamatos a csillagok képződése. Az új „változat” hatással van a galaxis középpontjában levő hosszúkás régió, a küllő kialakulására vagy tulajdonságaira. A tudósok szerint két hullámban alakultak ki a csillagok a Tejútrendszer centrumában: több mint 90 százalékuk az első, legalább nyolcmilliárd évvel ezelőtti, 5 százalékuk pedig az intenzív csillagfejlődés második, rövid fázisában egymilliárd éve. E két fázis között szinte alig jöttek létre új csillagok. Az érintett csillagok az MPIA szerint egy sűrű, lemezformájú, mintegy ezer fényévnyi átmérőjű régióhoz tartoznak, ez a Tejútrendszer csillaglemeze átmérőjének mintegy egy százaléka. Ez az úgynevezett központi lemez öleli körbe a Tejútrendszer központi csillaghalmazát. A középpontban a galaxis szupemagytömegű fekete lyuka van. Az újonnan megalkotott csillagképződési elméletből az következik, hogy ez a fekete lyuk mai tömege nagy részét szintén elérte már nyolcmilliárd éve, azóta pedig csak kis mértékben növekedett. Az MPIA szakértői úgy vélik, a rövid, de intenzív csillagaktivitási kitörés egymilliárd évvel ezelőtt a galaxis történetének egyik legnagyobb energiájú eseménye lehetett. Több százezer újonnan létrejött, nagy tömegű csillag robbanhatott fel ebben az időszakban egymillió év alatt. Ezek az eredmények a galaxis egy alapvető ismertetőjegyének újragondolására is késztetik a tudósokat. A Tejútrendszer egy úgynevezett küllős spirálgalaxis. Az ilyen típusú spirálgalaxis magja egy egyenes, csillagokból és csillagközi anyagból álló struktúra, a küllő közepén van, a spirálkarok a küllő végeitől indulnak. Ezek hossza a becslések szerint 3-15 ezer fényév lehet. Egy ilyen küllő hatékony mechanizmussal juttat gázokat galaxisa központi régiójába, ami a csillagok képződését idézi elő. Az, hogy a központi lemezben évmilliárdok teltek el csillagképződés nélkül, arra kényszeríti a csillagászokat, hogy átgondolják a küllő tulajdonságait. Ezekben a nyugalmas időkben ugyanis nyilvánvalóan nem juttatott elegendő gázt a galaktikus középpontba.