Τετάρτη 14 Οκτωβρίου 2026

Helgoland 7 Carlo Rovelli

 Συνέχεια από Δευτέρα 12. Οκτωβρίου 2026

Helgoland 7

Carlo Rovelli

Δεύτερο Μέρος

II

Ένα παράξενο θηριοτροφείο ακραίων ιδεών

....Κβαντική συμβολή. Εάν και οι δύο διαδρομές είναι ανοιχτές, όλα τα φωτόνια κατευθύνονται προς τα κάτω (πρώτη εικόνα). Εάν, αντιθέτως, φράξω με το χέρι μου τη μία διαδρομή, τα μισά φωτόνια φτάνουν επάνω (δεύτερη εικόνα). Πώς γίνεται το χέρι μου, τοποθετημένο στη μία διαδρομή, να κάνει τα φωτόνια που περνούν από την άλλη να κατευθύνονται προς τα επάνω; Κανείς δεν το γνωρίζει.....

Υπάρχει κάτι παράξενο: τα μισά από τα φωτόνια που περνούν από κάθε διαδρομή φτάνουν επάνω (δεύτερη εικόνα). Θα φαινόταν λοιπόν αυτονόητο να περιμένουμε ότι και τα μισά από τα φωτόνια που περνούν από τις δύο διαδρομές θα φτάνουν επάνω. Κι όμως, όχι: δεν φτάνουν ποτέ επάνω (πρώτη εικόνα).

Πώς γίνεται το χέρι μου, που φράζει τη μία διαδρομή, να λέει στα φωτόνια που περνούν από την άλλη διαδρομή να πάνε επάνω;

Η εξαφάνιση των φωτονίων επάνω, όταν και οι δύο διαδρομές είναι ελεύθερες, αποτελεί παράδειγμα κβαντικής συμβολής. Πρόκειται για μια «συμβολή» ανάμεσα στις δύο διαδρομές: τη δεξιά και την αριστερή. Όταν και οι δύο είναι ανοιχτές, συμβαίνει κάτι που δεν συμβαίνει ούτε στα φωτόνια που περνούν από τη μία διαδρομή ούτε σε εκείνα που περνούν από την άλλη: εξαφανίζονται τα φωτόνια που κατευθύνονται επάνω.

Η θεωρία του Schrödinger λέει ότι το κύμα ψ κάθε φωτονίου χωρίζεται σε δύο μέρη: δύο μικρά κύματα. Το ένα ακολουθεί τη δεξιά διαδρομή, το άλλο την αριστερή. Όταν τα μικρά κύματα συναντιούνται ξανά, το κύμα ανασυντίθεται και ακολουθεί τη διαδρομή προς τα κάτω. Αν όμως φράξω με το χέρι μου τη μία από τις δύο διαδρομές, το κύμα ψ δεν ανασυντίθεται όπως πριν και επομένως συμπεριφέρεται διαφορετικά: χωρίζεται ξανά στα δύο και το ένα μέρος πηγαίνει επάνω.

Δεν είναι παράξενο που τα κύματα συμπεριφέρονται έτσι: η συμβολή των κυμάτων είναι γνωστό φαινόμενο. Τα φωτεινά κύματα και τα κύματα της θάλασσας κάνουν τέτοια πράγματα. Εδώ όμως δεν παρατηρούμε ποτέ ένα κύμα χωρισμένο σε δύο μέρη· βλέπουμε πάντοτε μόνο μεμονωμένα φωτόνια, καθένα από τα οποία περνά από μία μόνο πλευρά: είτε δεξιά είτε αριστερά. Πράγματι, αν τοποθετήσουμε ανιχνευτές φωτονίων κατά μήκος των διαδρομών, αυτοί οι ανιχνευτές δεν ανιχνεύουν ποτέ «μισό φωτόνιο»: μας δείχνουν ότι κάθε φωτόνιο περνά είτε ολόκληρο δεξιά είτε ολόκληρο αριστερά. Κάθε φωτόνιο συμπεριφέρεται σαν να περνούσε και από τις δύο διαδρομές, όπως κάνουν τα κύματα —διαφορετικά δεν θα υπήρχε συμβολή—, αλλά αν κοιτάξουμε πού βρίσκεται, το βλέπουμε πάντοτε σε μία μόνο διαδρομή.

Αυτή είναι η «κβαντική υπέρθεση», της οποίας βλέπουμε τις συνέπειες: το φωτόνιο περνά «και δεξιά και αριστερά». Βρίσκεται σε κβαντική υπέρθεση δύο διατάξεων: της δεξιάς και της αριστερής. Συνέπεια αυτού είναι ότι τα φωτόνια δεν πηγαίνουν πλέον επάνω, όπως θα πήγαιναν αν είχαν περάσει από τη μία ή την άλλη από τις δύο διαδρομές.

Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Υπάρχει και κάτι άλλο. Και είναι πραγματικά εκπληκτικό: αν μετρήσω από ποια από τις δύο διαδρομές περνά το φωτόνιο… η συμβολή εξαφανίζεται!


Αρκεί να μετρήσουμε από ποια διαδρομή περνούν τα φωτόνια για να εξαφανιστεί η συμβολή! Αν μετρήσω από πού περνούν, τα μισά φωτόνια πηγαίνουν ξανά επάνω.
Φαίνεται ότι αρκεί να παρατηρήσουμε και αλλάζει αυτό που συμβαίνει! Προσέξτε τον παραλογισμό: αν δεν κοιτάξω από πού περνά το φωτόνιο, αυτό καταλήγει πάντοτε κάτω· αν όμως κοιτάξω από πού περνά, μπορεί να καταλήξει επάνω.
Το εκπληκτικό είναι ότι ένα φωτόνιο μπορεί να καταλήξει επάνω ακόμη κι αν δεν το έχω δει. Δηλαδή, το φωτόνιο αλλάζει πορεία και μόνο επειδή «το περίμενα στο πέρασμα», στην πλευρά από την οποία δεν πέρασε. Ακόμη κι αν δεν το έχω δει!

Στα εγχειρίδια κβαντομηχανικής διαβάζουμε ότι, αν παρατηρήσω από πού περνά το φωτόνιο, το ψ του μεταπηδά ολόκληρο σε μία διαδρομή. Αν δω το φωτόνιο δεξιά, το κύμα ψ μεταπηδά ολόκληρο δεξιά. Αν παρατηρήσω και δεν δω το φωτόνιο δεξιά, το κύμα ψ μεταπηδά ολόκληρο αριστερά. Και στις δύο περιπτώσεις, δεν υπάρχει πλέον συμβολή. Στην ειδική ορολογία λέγεται ότι η κυματοσυνάρτηση «καταρρέει», δηλαδή μεταπηδά ολόκληρη σε ένα σημείο, τη στιγμή της παρατήρησης.
Αυτή είναι η «κβαντική υπέρθεση»: το φωτόνιο βρίσκεται «και στις δύο διαδρομές». Αν το κοιτάξω, μεταπηδά σε μία μόνο διαδρομή και η συμβολή εξαφανίζεται.


Δεν το πιστεύει κανείς.




Κι όμως, συμβαίνει: το είδα με τα ίδια μου τα μάτια. Παρόλο που το είχα μελετήσει τόσο πολύ στο πανεπιστήμιο, το να το δω και να επέμβω άμεσα με τα χέρια μου με άφησε μπερδεμένο. Δοκίμασε κι εσύ, αγαπητέ αναγνώστη, να βρεις μια λογική εξήγηση αυτής της συμπεριφοράς… Εδώ και έναν αιώνα προσπαθούμε όλοι. Αν όλα αυτά σε μπερδεύουν και δεν καταλαβαίνεις τίποτε, δεν είσαι ο μόνος. Γι’ αυτό ο Feynman έλεγε ότι κανείς δεν καταλαβαίνει τα κβάντα. Αν, πάλι, όλα φαίνονται σαφή, σημαίνει ότι εγώ δεν ήμουν σαφής: ο Niels Bohr έλεγε: «Ποτέ μην εκφράζεστε με μεγαλύτερη σαφήνεια απ’ όση έχει η σκέψη σας».³⁸

Ο Erwin Schrödinger παρουσίασε αυτόν τον γρίφο με μια πασίγνωστη παραβολή:³⁹ αντί για ένα φωτόνιο που ακολουθεί τη δεξιά και ταυτόχρονα την αριστερή διαδρομή, ο Schrödinger φαντάζεται μια γάτα που είναι ξύπνια και ταυτόχρονα κοιμισμένη.

Η ιστορία είναι η εξής: μια γάτα είναι κλεισμένη σε ένα κουτί μαζί με έναν μηχανισμό στον οποίο ένα κβαντικό φαινόμενο έχει πιθανότητα 1/2 να συμβεί. Αν συμβεί, ο μηχανισμός ανοίγει ένα φιαλίδιο με υπνωτικό, το οποίο αποκοιμίζει τη γάτα. Η θεωρία λέει ότι το ψ της γάτας βρίσκεται σε μια «κβαντική υπέρθεση» ξύπνιας γάτας και κοιμισμένης γάτας και παραμένει έτσι μέχρι να παρατηρήσουμε τη γάτα.ᵇ

Η γάτα βρίσκεται λοιπόν σε μια «κβαντική υπέρθεση» ξύπνιας γάτας και κοιμισμένης γάτας.


Αυτό είναι διαφορετικό από το να πούμε ότι δεν γνωρίζουμε αν η γάτα είναι ξύπνια ή κοιμισμένη. Η διαφορά είναι ότι υπάρχουν φαινόμενα συμβολής ανάμεσα στην ξύπνια γάτα και την κοιμισμένη γάτα —όπως τα φαινόμενα συμβολής ανάμεσα στις δύο διαδρομές των φωτονίων του Zeilinger—, τα οποία δεν θα εμφανίζονταν ούτε αν η γάτα ήταν ξύπνια ούτε αν ήταν κοιμισμένη. Εμφανίζονται αν η γάτα βρίσκεται σε αυτή την «κβαντική υπέρθεση» ξύπνιας γάτας και κοιμισμένης γάτας. Όπως η συμβολή στο πείραμα του Zeilinger, η οποία εμφανίζεται μόνο αν τα φωτόνια «περνούν και από τις δύο διαδρομές».

Για ένα σύστημα τόσο μεγάλο όσο μια γάτα, τα φαινόμενα συμβολής που προβλέπει η θεωρία είναι υπερβολικά δύσκολο να παρατηρηθούν.⁴⁰ Δεν υπάρχει όμως πειστικός λόγος να αμφιβάλλουμε για την πραγματικότητά τους. Η γάτα δεν είναι ούτε ξύπνια ούτε κοιμισμένη. Βρίσκεται σε αυτή την κβαντική υπέρθεση ανάμεσα στην ξύπνια γάτα και την κοιμισμένη γάτα…


Αλλά τι σημαίνει αυτό;


Πώς αισθάνεται μια γάτα, αν βρίσκεται σε κβαντική υπέρθεση ξύπνιας γάτας και κοιμισμένης γάτας; Αν εσύ, αναγνώστη, βρισκόσουν σε μια κβαντική υπέρθεση του ξύπνιου εαυτού σου και του κοιμισμένου εαυτού σου, πώς θα αισθανόσουν; Αυτός είναι ο γρίφος των κβάντων.

2. Να το πάρουμε στα σοβαρά: πολλαπλοί κόσμοι, κρυμμένες μεταβλητές και φυσικές καταρρεύσεις

Για να πυροδοτήσετε μια έντονη συζήτηση κατά το δείπνο ενός συνεδρίου φυσικής, αρκεί να απευθύνετε δήθεν τυχαία στον διπλανό σας στο τραπέζι την ερώτηση: «Κατά τη γνώμη σου, η γάτα του Schrödinger είναι πραγματικά και ξύπνια και κοιμισμένη;».

Οι συζητήσεις για τα μυστήρια των κβάντων ήταν ζωηρότατες τη δεκαετία του 1930, αμέσως μετά τη γέννηση της θεωρίας. Έμεινε περίφημη η αντιπαράθεση ανάμεσα στον Einstein και τον Bohr, η οποία διήρκεσε χρόνια, μέσα από συναντήσεις, συνέδρια, κείμενα, επιστολές… Ο Einstein αντιστεκόταν στην ιδέα να εγκαταλείψουμε μια πιο ρεαλιστική εικόνα των φαινομένων. Ο Bohr υπερασπιζόταν την εννοιολογική καινοτομία της θεωρίας.⁴¹


Τη δεκαετία του 1950 διαδόθηκε η στάση της αγνόησης του προβλήματος: η δύναμη της θεωρίας ήταν τόσο εντυπωσιακή, ώστε οι φυσικοί προσπαθούσαν να την εφαρμόσουν σε κάθε δυνατό πεδίο, χωρίς να θέτουν πολλά ερωτήματα. Όμως, όταν δεν θέτουμε ερωτήματα, δεν μαθαίνουμε τίποτε.

Ήδη από τη δεκαετία του 1960, το ενδιαφέρον για τα εννοιολογικά προβλήματα αρχίζει να αναζωπυρώνεται, παραδόξως υποκινούμενο και από την επιρροή της κουλτούρας των χίπις, την οποία γοήτευε η παραδοξότητα των κβάντων.⁴²

Σήμερα, οι συζητήσεις είναι συχνές στα τμήματα φιλοσοφίας και φυσικής, με απόψεις που διίστανται. Γεννιούνται νέες ιδέες, αποσαφηνίζονται λεπτά ζητήματα. Ορισμένες ιδέες εγκαταλείπονται, άλλες αντέχουν. Οι ιδέες που αντέχουν στην κριτική μάς προσφέρουν πιθανούς τρόπους κατανόησης των κβάντων, αλλά καθένας από αυτούς τους τρόπους έχει υψηλό εννοιολογικό κόστος: μας υποχρεώνει, σε κάθε περίπτωση, να αποδεχθούμε κάτι πραγματικά παράξενο. Δεν είναι ακόμη σαφές ποιο είναι το τελικό ισοζύγιο κόστους και οφέλους που συνεπάγονται οι διαφορετικές απόψεις για τη θεωρία.


Οι ιδέες εξελίσσονται. Εγώ περιμένω ότι τελικά θα συμφωνήσουμε, όπως συνέβη με τις άλλες μεγάλες επιστημονικές διαμάχες που έμοιαζαν άλυτες: η Γη είναι ακίνητη ή κινείται; (Κινείται). Η θερμότητα είναι ένα ρευστό ή είναι η γρήγορη κίνηση των μορίων; (Κίνηση των μορίων). Υπάρχουν πραγματικά τα άτομα; (Ναι). Ο κόσμος είναι μόνο «ενέργεια»; (Όχι). Έχουμε κοινούς προγόνους με τους πιθήκους; (Ναι). Και ούτω καθεξής… Αυτό το βιβλίο είναι ένα επεισόδιο του διαλόγου που βρίσκεται σε εξέλιξη: προσπαθώ να αποτυπώσω πού μου φαίνεται ότι βρίσκεται σήμερα η συζήτηση και προς ποια κατεύθυνση μας οδηγεί.

Πριν φτάσω, στο επόμενο κεφάλαιο, στις ιδέες που βρίσκω πιο πειστικές, συνοψίζω παρακάτω τις εναλλακτικές προσεγγίσεις που συζητούνται περισσότερο. Ονομάζονται «ερμηνείες της κβαντομηχανικής». Με τον έναν ή τον άλλο τρόπο, όλες μάς ζητούν να αποδεχθούμε πολύ ριζοσπαστικές ιδέες: πολλαπλά σύμπαντα, αόρατες μεταβλητές, φαινόμενα που δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ και άλλα παράξενα πλάσματα. Δεν φταίει κανείς: η παραδοξότητα της θεωρίας είναι αυτή που μας εξαναγκάζει σε ακραίες λύσεις. Το υπόλοιπο αυτού του κεφαλαίου είναι λοιπόν γεμάτο εικασίες. Αν σας κουράζουν, περάστε στο επόμενο κεφάλαιο, όπου φτάνω στην ουσία: τη σχεσιακή προοπτική. Αν, πάλι, θέλετε μια επισκόπηση της τρέχουσας συζήτησης και μια ιδέα για τα επιχειρήματα που διακυβεύονται, οι εικασίες είναι και διασκεδαστικές… Ας τις δούμε.

Πολλοί Κόσμοι


Η ερμηνεία των «Πολλών Κόσμων» είναι σήμερα της μόδας σε ορισμένους φιλοσοφικούς κύκλους και μεταξύ ορισμένων θεωρητικών φυσικών και κοσμολόγων. Η ιδέα είναι να πάρουμε στα σοβαρά τη θεωρία του Schrödinger. Δηλαδή, να μην ερμηνεύσουμε το κύμα ψ ως πιθανότητα. Να το ερμηνεύσουμε, αντιθέτως, ως μια πραγματική οντότητα, η οποία περιγράφει τον κόσμο όπως είναι στην πραγματικότητα. Κατά κάποιον τρόπο, η ιδέα ισοδυναμεί με την αμφισβήτηση της απονομής του Βραβείου Nobel στον Max Born, το οποίο του απονεμήθηκε επειδή κατανόησε ότι το κύμα ψ είναι απλώς μια εκτίμηση πιθανότητας.

Συνεχίζεται

Δεν υπάρχουν σχόλια: