Misterele cuantice se dizolvă dacă posibilitățile sunt realități

Când te gândești la asta, nu ar trebui să fie surprinzător că există mai multe moduri de a explica mecanica cuantică. Matematica cuantică este renumită pentru că încorporează posibilități multiple pentru rezultatele măsurătorilor. Deci, nu ar trebui să vă așteptați ca fizicienii să rămână doar la o singură explicație pentru ceea ce înseamnă matematica. Și, de fapt, uneori se pare că cercetătorii au propus mai multe „interpretări” ale acestei matematici decât îi are Katy Perry pe Twitter.

Așadar, s-ar părea că lumea are nevoie de mai multe interpretări cuantice, așa cum ar avea nevoie de mai multe uragane de categoria 5. Dar până când apare o interpretare unică care să-i facă pe toți fericiți (și este la fel de probabil ca Cleveland Browns să câștige Super Bowl), totuși vor apărea mai multe interpretări. Unul dintre cele mai recente a apărut recent (13 septembrie) online pe arXiv.org, site-ul unde fizicienii își trimit lucrările pentru a se maturiza înainte de publicarea efectivă. Ați putea spune că lucrările despre arXiv sunt ca „publicații potențiale”, care într-o zi ar putea deveni „actuale” dacă un jurnal le tipări.

Și asta, pe scurt, este aproape aceeași cu logica care stă la baza noii interpretări a fizicii cuantice. În noua lucrare, trei oameni de știință susțin că includerea lucrurilor „potențiale” pe lista lucrurilor „reale” poate evita enigmele contraintuitive pe care le prezintă fizica cuantică. Este poate mai puțin o interpretare în întregime decât un nou cadru filozofic pentru contemplarea acelor mistere cuantice. La rădăcina ei, noua idee susține că concepția comună despre „realitate” este prea limitată. Prin extinderea definiției realității, misterele cuanticei dispar. În special, „real” nu ar trebui limitat la obiecte sau evenimente „real” din spațiu-timp. Realitatea ar trebui de asemenea atribuită anumitor posibilități sau realități „potențiale”, care nu au devenit încă „actuale”. Aceste realități potențiale nu există în spațiu-timp, dar sunt totuși „ontologice” – adică componente reale ale existenței.

„Această nouă imagine ontologică necesită să ne extindem conceptul de „ceea ce este real” pentru a include un domeniu extraspațiotemporal al posibilității cuantice”, scriu Ruth Kastner, Stuart Kauffman și Michael Epperson.

Considerarea lucrurilor potențiale ca fiind reale nu este tocmai o idee nouă, deoarece a fost un aspect central al filozofiei lui Aristotel, acum 24 de secole. O ghinda are potentialul de a deveni un copac; un copac are potențialul de a deveni o masă de lemn. Chiar și aplicarea acestei idei la fizica cuantică nu este nouă. Werner Heisenberg, pionierul cuantic renumit pentru principiul său de incertitudine, a considerat matematica sa cuantică pentru a descrie rezultatele potențiale ale măsurătorilor dintre care unul ar deveni rezultatul real. Conceptul cuantic de „undă de probabilitate”, care descrie probabilitatea diferitelor rezultate posibile ale unei măsurători, a fost o versiune cantitativă a potențialului lui Aristotel, a scris Heisenberg în bine-cunoscuta sa carte din 1958 Physics and Philosophy. „A introdus ceva care stă la mijloc între ideea unui eveniment și evenimentul real, un tip ciudat de realitate fizică chiar la mijloc între posibilitate și realitate.”

În lucrarea lor, intitulată „Luând în serios potenția lui Heisenberg”, Kastner și colegii elaborează această idee, făcând o paralelă cu filosofia lui René Descartes. Descartes, în secolul al XVII-lea, a propus o divizare strictă între „substanța” materială și cea mentală. Lucruri materiale (res extensasau lucruri extinse) au existat complet independent de realitatea mentală (res cogitans, lucruri care gândesc) cu excepția glandei pineale a creierului. Acolo res cogitans ar putea influența organismul. Știința modernă a respins, desigur res cogitans: Lumea materială este tot ceea ce realitatea cere. Activitatea mentală este rezultatul proceselor materiale, cum ar fi impulsurile electrice și interacțiunile biochimice.

Kastner și colegii resping de asemenea lui Descartes res cogitans. Dar ei cred că realitatea nu ar trebui să se limiteze la res extensa; mai degrabă ar trebui completată cu „res potenta” – în special, puterea de res cuantică, nu orice veche listă de posibilități. Potenția cuantică poate fi definită cantitativ; o măsurare cuantică va produce, cu certitudine, întotdeauna unu a posibilităţilor pe care le descrie. În lumea la scară largă, pot fi imaginate tot felul de posibilități (Browns câștigă Super Bowl, indienii câștigă 22 de jocuri consecutive) care se pot întâmpla sau nu.

Dacă potența cuantică este într-un fel reală, spun Kastner și colegii, atunci misterioasa ciudățenie a mecanicii cuantice devine instantaneu explicabilă. Trebuie doar să realizezi că schimbările în lucrurile reale resetează lista lucrurilor potențiale.

Luați în considerare, de exemplu, că tu și cu mine suntem de acord să ne întâlnim la prânz marțea viitoare la restaurantul Mad Hatter (Kastner și colegii folosesc exemplul unei cafenele, dar mie nu îmi place cafeaua). Dar luni, o tornadă îl aruncă pe Pălărierul Nebun în Țara Minunilor. Întâlnirea acolo nu mai este pe lista res potenta; nu mai este posibil ca prânzul de acolo să devină o realitate. Cu alte cuvinte, chiar dacă o realitate nu poate modifica o realitate îndepărtată, ea poate schimba potențialul îndepărtat. Am fi putut fi la o mie de mile distanță, dar tornada ne-a schimbat posibilitățile de a lua masa.

Este un exemplu al modului în care lista potențialelor se poate schimba fără acțiunea înfricoșătoare la o distanță pe care a pretins-o Einstein despre încrucișarea cuantică. Măsurătorile asupra particulelor încurcate, cum ar fi doi fotoni, par derutante. Puteți configura un experiment astfel încât, înainte de a face o măsurătoare, fie fotonii să se rotească în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic. Odată ce unul este măsurat, totuși (și s-a dovedit a fi, să zicem, în sensul acelor de ceasornic), știi că celălalt va avea rotirea opusă (în sens invers acelor de ceasornic), indiferent cât de departe este. Dar niciun semnal secret nu este (sau ar putea fi) trimis de la un foton la altul după prima măsurare. Pur și simplu, în sens invers acelor de ceasornic nu se mai află pe lista res potenta pentru al doilea foton. O „actualitate” (prima măsurare) schimbă lista potențialelor care încă există în univers. Potentia cuprind lista lucrurilor care pot deveni reale; ceea ce devine actual apoi schimbă ceea ce este pe lista potențialelor.

Argumente similare se aplică și altor mistere cuantice. Observațiile unei stări cuantice „pure”, care conține multe posibilități, transformă una dintre aceste posibilități într-una reală. Iar noul eveniment actual constrânge lista posibilităților viitoare, fără a fi nevoie de cauzalitate fizică. „Permitem pur și simplu ca evenimentele reale să poată afecta instantaneu și cauzal ce este posibil în continuare … care, la rândul său, influențează ceea ce poate deveni în continuare actual și așa mai departe”, scriu Kastner și colegii.

Măsurarea, spun ei, este pur și simplu un proces fizic real care transformă potența cuantică în elemente ale res extensa — lucruri reale, reale în sensul obișnuit. Spațiul și timpul, sau spațiu-timp, este ceva care „iese dintr-un substrat cuantic”, deoarece lucrurile reale se cristalizează „dintr-un domeniu mai fluid al posibilităților”. Prin urmare, spațiu-timpul nu este tot ceea ce există în realitate.

Este puțin probabil ca fizicienii de pretutindeni să înceteze instantaneu să dezbată misterele cuantice și să înceapă să conducă mașini cu „res potența!” autocolante de bara de protectie. Dar dacă această nouă propunere triumfă sau nu în dezbaterile cuantice, ea ridică un punct cheie în căutarea științifică de a înțelege realitatea. Realitatea nu este neapărat ceea ce oamenii cred că este sau și-ar dori să fie. Multe interpretări cuantice au fost motivate de dorința de a reveni la determinismul newtonian, de exemplu, unde cauza și efectul sunt mecanice și previzibile, precum tic-tac de ceas care precedă fiecare tac.

Dar universului nu i se cere să se conformeze nostalgiei newtoniene. Și, în general, oamenii de știință presupun adesea că fenomenele pe care natura le oferă simțurilor umane reflectă tot ceea ce există în realitate. „Este dificil pentru noi să ne imaginăm sau să conceptualizăm orice alte categorii de realitate dincolo de nivelul actualului – adică ceea ce ne este disponibil imediat în termeni perceptivi”, notează Kastner și colegii. Cu toate acestea, fizica cuantică sugerează o fundație mai profundă care stă la baza realității fenomenelor – cu alte cuvinte, acea „ontologie” cuprinde mai mult decât evenimente și obiecte din spațiu-timp.

Această propunere sună un pic ca a pledează pentru existența fantomelor. Dar, de fapt, este mai degrabă o recunoaștere a faptului că lucrurile pot părea ca o fantomă doar pentru că realitatea a fost concepută incorect în primul rând. Kastner și colegii subliniază că mișcările planetelor de pe cer i-au derutat pe filosofii antici, deoarece se presupune că în ceruri, realitatea permitea doar mișcare circulară uniformă (realizată prin atașarea la sfere cristaline uriașe). Extinderea granițelor realității a permis ca aceste mișcări să fie explicate în mod natural.

În mod similar, restricționarea realității la evenimentele din spațiu-timp se poate dovedi a fi ca și cum restricționați cerurile la sfere rotative. Însuși spațiu-timpul, sunt convinși mulți fizicieni, nu este un element primar al realității, ci o structură care reiese din procese mai fundamentale. Deoarece aceste procese par a fi de natură cuantică, este logic să bănuim că ceva mai mult decât evenimente spațio-timp are un rol de jucat în explicarea fizicii cuantice.

Adevărat, este greu de imaginat „realitatea” a ceva care nu există „de fapt” ca obiect sau eveniment în spațiu-timp. Dar Kastner și colegii citează avertismentul emis de regretatul filozof Ernan McMullin, care a subliniat că „imaginabilitatea nu trebuie făcută testul pentru ontologie”. Știința încearcă să descopere structurile lumii reale; nu este justificat, a spus McMullin, să ceri ca acele structuri să fie „imaginabile în categoriile” cunoscute din experiența obișnuită la scară largă. Uneori, lucrurile care nu se pot imagina, până la urmă, se dovedesc a fi reale. Niciun fan al echipei nu și-a imaginat vreodată că indienii vor câștiga 22 de meciuri la rând.

Urmărește-mă pe Twitter: @tom_siegfried