Κβαντομηχανική και πραγματικότητα

Τα θεμέλια της μη αιτιοκρατικής ερμηνείας της κβαντομηχανικής, που αποτελεί και την κυρίαρχη άποψη σήμερα, τέθηκαν κυρίως από δύο φυσικούς. Ο πρώτος είναι ο Werner Heisenberg με την Αρχή της Αβεβαιότητας του και ο δεύτερος ο Max Born με την πιθανοκρατική ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης Ψ του Schroedinger .

Η κυρίαρχη άποψη είναι γνωστή κι ως ερμηνεία ή σχολή της Κοπεγχάγης. Το όνομα αυτό βγήκε επειδή ο Niels Bohr, ο οποίος είχε σημαντική συνεισφορά στην διατύπωσή της ερμηνείας αυτής, διοικούσε το...
πολύ σημαντικό Ινστιτούτο Φυσικής στην Κοπεγχάγη κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης της Κβαντομηχανικής προς τα τέλη της δεκαετίας του 1920.

Η κυρίαρχη άποψη συνάντησε πολλές αντιδράσεις, κυρίως από τους Einstein και Schrödinger που αποδέχθηκαν μεν τη μαθηματική διατύπωση της Κβαντομηχανικής, όμως ήταν ανήσυχοι με την ερμηνεία αυτή.

Το θέμα της σωστής ερμηνείας του μαθηματικού φορμαλισμού της κβαντομηχανικής έχει παραμείνει πρόβλημα ακόμα και σήμερα.

Το νοητικό πείραμα της γάτας του Schrödinger 

Μέσα στο κουτί εκπέμπεται ένα φωτόνιο και συναντά ένα ημιεπαργυρωμένο καθρέπτη, από όπου το μέρος της κυματοσυνάρτησης του φωτονίου που τον διαπερνά πέφτει σε έναν ανιχνευτή ο οποίος, αν ενεργοποιηθεί, αυτόματα πυροδοτεί ένα όπλο και σκοτώνει το γάτο. Αν δεν ανιχνεύσει κάποιο φωτόνιο ο ανιχνευτής τότε η γάτα είναι ζωντανή. Η κυματοσυνάρτηση του συστήματος μέσα στο κουτί χωρίς παρατήρηση απ’ έξω είναι μια υπέρθεση δύο δυνατών περιπτώσεων: της ζωντανής και της νεκρής γάτας.

Η γάτα του Schrödinger φωτίζει κάτι δυσάρεστο και προβληματικό στην καρδιά της κβαντομηχανικής. Η πιο επιτυχημένη θεωρία φυσικής όλων των εποχών έχει στην καρδιά της μια καθαρή αντίφαση, επειδή στον κβαντικό κόσμο τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε πολλαπλές τοποθεσίες ταυτόχρονα, και να κάνουν ασυμβίβαστα πράγματα, αλλά και σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα και να δρουν με τρόπους που να σας κάνουν να ευχόσαστε να μην είσαστε ένας θεωρητικός κβαντικός φυσικός. Αυτή η παράξενη ιδιότητα ονομάζεται «υπέρθεση» – και εξακολουθεί να υφίσταται μέχρι κάποιος να παρατηρήσει την υπέρθεση μέσα στο κουτί με τη γάτα, μέχρι το σημείο που οι πιθανότητες καταρρέουν σε κάτι πραγματικό και κλασικό – κάτι που μπορούμε να ακούσουμε, να αισθανθούμε, να δούμε και ίσως και να καταλάβουμε ακόμη.

Έχοντας μελετήσει το πρόβλημα της κατάστασης που βρίσκεται η γάτα μέσα στο κουτί αναρωτιόμαστε υπάρχει τίποτα στο μικρόκοσμο – εκεί έξω – που να είναι πραγματικό;

Η απάντηση του Niels Bohr είναι όχι. Δεν υπάρχει τίποτα πραγματικό "εκεί έξω" στο κβαντικό επίπεδο. Με κάποιο τρόπο η πραγματικότητα προκύπτει μόνο σε σχέση με το αποτέλεσμα των "μετρήσεων". Αυτή είναι η κυρίαρχη η άποψη και αυτή που αποδέχεται η πλειοψηφία των φυσικών, που ονομάζεται όπως είδαμε "ερμηνεία της Κοπεγχάγης". Σύμφωνα με αυτή την ερμηνεία δεν υπάρχει τίποτα πραγματικά "εκεί έξω", το οποίο σημαίνει ότι η ανίχνευση ενός ηλεκτρονίου σε μια ορισμένη θέση "δημιουργεί" τη θέση αυτού του ηλεκτρονίου.

Εντούτοις αυτή η ερμηνεία εισάγει ένα σοβαρό πρόβλημα, και αυτό αφορά τη φύση της μέτρησης.

Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης υποθέτει ότι η μέτρηση είναι που "δημιουργεί" την πραγματικότητα. Αλλά η μέτρηση είναι το αποτέλεσμα που μας δίνει μια ορισμένη συσκευή, η οποία δεν είναι παρά μια συλλογή ατόμων και μορίων. Επομένως και η συσκευή μέτρησης θα πρέπει να περιγραφεί από μια κυματοσυνάρτηση. Αλλά αν συμβεί κάτι τέτοιο, τότε η ίδια η συσκευή δεν θα μπορεί να έχει μια συγκεκριμένη τιμή για όλες τις φυσικές της ιδιότητες (συμπεριλαμβανομένης της ανάγνωσης των μετρήσεων), έως ότου αυτές "μετρηθούν".

Αλλά υπάρχει μια άλλη άποψη. Ο Einstein πίστευε ότι η Κβαντομηχανική αν και είναι μια πολύ εντυπωσιακή θεωρία δεν πλήρης. Μας δίνει μια ατελή εικόνα του κβαντικού κόσμου, και πρέπει να υπάρξει κάτι πέρα από την Κβαντομηχανική που θα διευκρινίσει και θα καθαρίσει την παρούσα εικόνα που έχουμε.

(Κάντε κλικ πάνω σε κάθε πρόταση)

(από physics4u)