Rzazewski K.-Oswajanie paradoksow.pdf

RECENZJE I KOMENTARZE

Oswajanie paradoksw

towa nie pozwala przewidzie, kiedy

nastpi taki przeskok. Przewiduje tyl-

ko statystyczne w¸asnoæci, ktre moýna

sprawdza, obserwujc bardzo wiele ta-

kich przeskokw. Oczywiæcie doæwiad-

czenie doskonale potwierdza te przewi-

dywania. Daje teý wgld w nieprze-

widywalne. Zaraz potem Wolfgang Paul

oraz Hans Dehmelt otrzymali Nagrod«

Nobla za wspomniane tu oraz liczne in-

ne osigni«cia.

Ale to nie koniec. Od 4 lat potrafimy

wytwarza czyste stany kwantowe wiel-

kiego zespo¸u atomw. Taki zesp¸ mo-

ýe si« sk¸ada z kilku milionw

atomw. Mowa tu o kondensa-

cie BosegoÐEinsteina. To juý me-

zoskopowy obiekt kwantowy,

z ktrym umiemy przeprowa-

dza subtelne doæwiadczenia.

Pretekstem do tych rozwaýaÄ

jest wydana przez Zysk i S-ka

Wydawnictwo s.c. ksiýka Johna

Gribbina Kotki Schrdingera czyli

poszukiwanie rzeczywistoæci . Au-

tor, angielski astrofizyk i popu-

laryzator nauki, postanowi¸ w

przyst«pnej formie przedstawi

czytelnikowi zadziwiajce cechy

mechaniki kwantowej. Zrobi¸ to

doæ udatnie.

K¸opot ze zrozumieniem me-

chaniki kwantowej pokaý« tu

krtko na dwch szczeg¸owo

omwionych w ksiýce Gribbina

doæwiadczeniach, ktre rzeczy-

wiæcie moýna przeprowadzi, co

wielokrotnie zrobiono.

Pierwsze to odpowiednik s¸yn-

nego interferencyjnego doæwiad-

czenia Younga, przeprowadza-

nego z rzadkim strumieniem

czstek nawet tak duýych jak

atomy. Otý dostatecznie mono-

energetyczny strumieÄ atomw

po przejæciu przez dwie szczeli-

ny w przegrodzie wytwarza na

ekranie obraz interferencyjny, ta-

ki jak znane ze swojej falowej na-

tury æwiat¸o. Jeæli jednak spraw-

dzamy, przez ktry otwr przedosta¸y

si« poszczeglne atomy, to okazuje si«,

ýe (co czytelnikowi wyda si« pewnie

oczywiste) kaýdy atom przechodzi¸ tyl-

ko przez jeden otwr, ale (co zaskaku-

jce) obraz interferencyjny znika i za-

st«puj go dwie plamki naprzeciw

poszczeglnych szczelin. Czyli wynik

otwarcia dwch szczelin bez sprawdza-

nia drogi nie jest sum tego, co odpo-

wiada przejæciu przez kaýd z osobna.

KOTKI SCHRDINGERA CZYLI POSZUKIWANIE RZECZYWISTOåCI.

John Gribbin. Prze¸oýy¸ Jacek BieroÄ, Zysk i S-ka Wydawnictwo s.c., PoznaÄ 1999.

je, moim zdaniem, najwspa-

nialsz teori fizyczn. Zara-

zem najbardziej zadziwiajc, bo pe¸n

niezwyk¸ych zagadek interpretacyjnych.

W czasach mojej m¸odoæci kaýdy wy-

k¸ad seminaryjny poæwi«cony zagad-

nieniom teorii kwantowego pomiaru

przekszta¸ca¸ si« w pe¸en emocji spr

pomi«dzy prelegentem a s¸u-

chaczami. Potem sami s¸ucha-

cze spierali si« mi«dzy sob.

Cz«sto prelegenta w ogle nie

dopuszczano juý do g¸osu. Czy-

telnikw spoza ærodowiska

zdziwi¸by pewnie temperament

statecznych panw profesorw.

Czasy si« zmieniaj. Dziæ

wyk¸adowcy ¸atwiej przedsta-

wi przygotowany materia¸. Co

si« zmieni¸o?

Post«pu dokonano w teorii,

ale przede wszystkim niezmier-

nie udoskonalono eksperymen-

ty. Z ca¸ moc naleýy podkre-

æli, ýe mechanika kwantowa

nie pozby¸a si« niepokojcych

paradoksw. Jednak wsp¸-

czesne doæwiadczenia pozwa-

laj je tak oæwietli, ýe oswa-

jamy si« z nimi. A to przecieý

w pewnym sensie oznacza

zrozumienie.

Przyk¸ad: zagadnienie przy-

czynowoæci. Zgodnie z mecha-

nik kwantow w wi«kszoæci

sytuacji nie jesteæmy w stanie

dok¸adnie przewidzie mierzo-

nej w¸asnoæci obiektu kwanto-

wego, takiego jak elektron czy

atom. Mechanika kwantowa

pozwala tylko wyznaczy zmia-

ny w czasie rozk¸adw praw-

dopodobieÄstwa mierzonych

wielkoæci fizycznych.

To ograniczenie naszej zdolnoæci

przewidywania przysz¸oæci bardzo

mnie niepokoi¸o, gdy studiowa¸em me-

chanik« kwantow. W latach szeædzie-

sitych wyk¸adowcy kwitowali te wt-

pliwoæci nast«pujco: nie ma sposobu

przeprowadzenia doæwiadczenia z po-

jedynczym elektronem czy atomem. Do-

æwiadczenia robimy zawsze z wielk

liczb obiektw kwantowych. Opis sta-

tystyczny jest w takiej sytuacji rwnie

naturalny jak w przypadku gazu. Jeæli

wi«c przyczynowoæ w mechanice

kwantowej dotyczy rozk¸adu prawdo-

podobieÄstwa, a nie w¸asnoæci pojedyn-

czych atomw, to jest to wyraz zdumie-

wajcej oszcz«dnoæci teorii. Trudno

zajmowa si« szczeg¸ami, ktrych i tak

nie da si« zaobserwowa. üadne, ale nie-

prawdziwe.

W koÄcu lat siedemdziesitych nie-

mieckiemu fizykowi Peterowi Tosch-

kowi uda¸o si« po raz pierwszy zaob-

serwowa pojedynczy jon w pu¸apce

elektromagnetycznej, zwanej pu¸apk

Paula. W po¸owie lat osiemdziesitych

pracujcy w USA inny wybitny fizyk

niemiecki Hans Dehmelt zaobserowa¸

skomplikowan ewolucj« pojedyncze-

go jonu w pu¸apce wykonujcego tzw.

przeskoki kwantowe. Mechanika kwan-

90 å WIAT N AUKI SierpieÄ 1999

M echanika kwantowa pozosta-

Czy gdy tego nie sprawdzamy, kaýdy

atom przechodzi przez obie szczeliny?

Wielki Feynman twierdzi¸, ýe tak! Nie-

z¸y paradoks dla kogoæ przekonanego,

ýe kaýdy atom, jak pi¸ka tenisowa,

w kaýdej chwili ma okreælone (by mo-

ýe nie znane nam) po¸oýenie.

Do opisania drugiego paradoksu do-

tyczcego modnych dziæ tzw. sple-

cionych stanw dwch obiektw kwan-

towych pos¸uý« si« wielkim uproszcze-

niem. Wyobramy sobie, ýe w pudle

znajduj si« dwie kule: bia¸a i czarna.

Dwie osoby losuj te kule i bez spraw-

dzenia koloru zabieraj je ze sob w da-

lek podrý, kaýda w swoj stron«.

W pewnej chwili jedna z osb spraw-

dza, jak kul« zabra¸a. W tym momen-

cie dowiaduje si« takýe oczywiæcie, ja-

k kul« ma w kieszeni druga osoba,

znajdujca si« nawet bardzo daleko. Mo-

ýe na innym kontynencie. Nie ma w tej

historii nic niepokojcego, bo to wszyst-

ko podlega logice wypracowanej przez

tysiclecia, a opartej na obserwacji obiek-

tw klasycznych. Tymczasem kule Ð

czstki mikroæwiata, takie jak fotony czy

elektrony Ð moýna przygotowa w taki

sposb, ýe w opisanym tu doæwiadcze-

niu, zabierajc jeden element tego prze-

dziwnie splecionego uk¸adu dwch kul

kwantowych, odbieramy potencjalnie

szans« na posiadanie kaýdej z nich. Gdy

w odleg¸ym punkcie globu sprawdzi-

my ãkolorÓ zabranej kwantowej kuli

(dokonamy kwantowego pomiaru), b«-

dzie to konkretny kolor. W dodatku

w tym momencie zostanie okreælony

ãkolorÓ kuli w kieszeni drugiej osoby.

Jest tu tajemnicze natychmiastowe dzia-

¸anie na odleg¸oæ.

Na istnienie tego paradoksu zwrcili

uwag« Einstein, Rosen i Podolsky i by¸ to

w ich poj«ciu argument przeciw mecha-

nice kwantowej. Przez kilka dziesitkw

lat dyskusja na temat tego paradoksu

mia¸a charakter akademicki i cz«sto pro-

wadzi¸a do sporw. Jednak dzi«ki teo-

retycznym pracom Johna Bella i do-

æwiadczalnym Alana Aspecta wiemy

dziæ, ýe mikroczstki zachowuj si«

w¸aænie w tak paradoksalny sposb.

Sprawa nie przestaje niepokoi naszych

klasycznych umys¸w, ale nie sposb

kwestionowa mechaniki kwantowej tyl-

ko dlatego, ýe zawiera paradoks.

Gribbin wprowadza czytelnika w

problematyk« podstaw mechaniki

kwantowej, kreælc przy okazji histori«

sporw o natur« æwiat¸a. Przez wieki

konkurowa¸y bowiem mi«dzy sob wy-

obraýenia o æwietle jako zbiorze czstek

oraz jako fali. Tymczasem æwiat¸o jest

i tym, i tym. Dziæ wiemy, ýe dualizm fa-

lowo-korpuskularny jest powszechny

w mikroæwiecie i zrozumienie go sta-

nowi klucz do pierwszej z opisanych

zagadek kwantowego æwiata.

I tak dochodzimy do sedna omawianej

ksiýki. Fizycy usi¸uj pogodzi si« z pa-

radoksami mechaniki kwantowej od

chwili jej powstania. Jakoæ je zrozumie.

Zinterpretowa fizyk« mikroæwiata. K¸o-

pot w tym, ýe w cigu 75 lat obowizy-

wania mechaniki kwantowej pojawi¸o

si« kilka rýnych schematw interpreta-

cyjnych: interpretacja kopenhaska z wy-

rýnion rol æwiadomego obserwatora;

interpretacja Bohma, w ktrej zamiast

z dualizmem falowo-korpuskularnym

mamy do czynienia z dwoma rýnymi

sk¸adnikami rzeczywistoæci Ð czstkami

oraz falami Ð i w ktrej przedziwne za-

chowanie ma¸ych czstek jest wynikiem

tajemniczej si¸y kwantowej; interpreta-

cja Feynmana, w ktrej nie obserwowa-

na czstka podýa od punktu do punk-

tu wszystkimi dopuszczalnymi drogami

jednoczeænie; interpretacja wielu æwia-

tw Everetta, zgodnie z ktr pomiar

kwantowy z rýnych moýliwych konfi-

guracji kul co prawda wybiera jedn, ale

jednoczeænie rozdwaja Wszechæwiat,

i w tym drugim egzemplarzu realizuje

si« przeciwny wynik doæwiadczenia

z kwantowymi kulami.

Gribbin obszernie i krytycznie opisu-

je wszystkie te pomys¸y. Sam prezentu-

je si« jednak jako zwolennik innej jesz-

cze interpretacji, zwanej transakcyjn.

Jest ona stosunkowo nowa i wciý ma-

¸o znana. Nie b«d« jej tu dok¸adniej

przedstawia¸. Ksiýka Gribbina æwietnie

naæladuje powieæ sensacyjn i gdybym

zdradzi¸, na czym polega interpretacja

transakcyjna, to by¸oby to rwnoznacz-

ne ze zdradzeniem puenty.

Moýe zdumiewa mnogoæ wsp¸ist-

niejcych interpretacji mechaniki kwan-

towej. Juý widz« uæmiechni«tego post-

modernist«, ktry upatruje w tym przy-

k¸ad kryzysu prawdy. Nic z tego. Ma-

my bardzo ostre kryterium dopuszczal-

noæci interpretacji mechaniki kwanto-

wej. Jest nim zgodnoæ ze wszystkimi

dotyczcymi mikroæwiata doæwiadcze-

niami. Dowolnoæ interpretacji podle-

ga wi«c dramatycznemu ograniczeniu.

Co ¸czy wszystkie dotychczasowe

interpretacje? Wszystkie s z klasycz-

nego punktu widzenia ãabsurdalneÓ.

Sk¸anianie si« ku jednej z nich jest spra-

w smaku. Ja lubi« interpretacj« Feyn-

mana. Moýe to wp¸yw fascynacji auto-

rem? A moýe fakt, ýe ze swojej inter-

pretacji Feynman potrafi¸ wywieæ coæ

istotnie nowego: regu¸y budowania tzw.

diagramw Feynmana, zasadnicze w

elektrodynamice kwantowej.

Studiowanie mechaniki kwantowej,

w zaleýnoæci od temperamentu, uczy

jednych pokory Ð æwiata do koÄca zro-

zumie nie sposb; a innych napawa du-

m Ð cz¸owiek by¸ w stanie zbudowa

i z poýytkiem wykorzystuje teori« tak

wspania¸, ýe nie moýe jej w pe¸ni zro-

zumie. Jest nad czym rozmyæla, kiedy

si« czyta ksiýk« Gribbina.

Post«p jest szybki. Gribbin wspomina

o pomyæle Benneta Ð ãteleportacjiÓ sta-

nu kwantowego. Zastanawia si«, czy

i kiedy da si« go zrealizowa. Otý juý

po napisaniu ksiýki, w ostatnich dwch

latach, uda¸o si« to trzem grupom eks-

perymentatorw. W Austrii, W¸oszech

i USA. Szkoda, ýe przy okazji posprze-

czali si« o to, ktre doæwiadczenie jest

najlepsze.

Czas czepia si« drobiazgw. A zatem

najpierw autor. Gribbin s¸abo rozumie

ca¸kowanie po drogach Feynmana.

S¸usznie wytyka mu to w przypisie

uwaýny t¸umacz ksiýki. Inny, bardziej

subtelny b¸d pojawia si« przy okazji

dyskusji na temat kwantowego zjawi-

ska Zenona. Nie jest ono tak uniwersal-

ne, jak twierdzi autor. Takýe jego pierw-

sze potwierdzenie doæwiadczalne nie

by¸o tak czyste, jak to sugeruje.

A t¸umacz? Wykona¸ swoj prac« bar-

dzo dobrze. Pretensji mam niewiele. Nie

popieram jednak stosowania w j«zyku

polskim s¸owa ãkolapsÓ, ktre nie zna-

jcemu angielskiego czytelnikowi koja-

rzy si« raczej z klopsem. Skd niech«

do s¸owa ãdoæwiadczenieÓ i zamiast

niego ãeksperymentÓ? Bardzo rzadko

angielskie ãratherÓ naleýy t¸umaczy na

ãraczejÓ. Cz«æciej na ãdosyÓ. I jeszcze

jedno: wspominany kilkakrotnie Daniel

Wallies to wybitny, zmar¸y przed kilku

tygodniami fizyk nowozelandzki Dan

Walls.

Kazimierz Rzýewski

SPROSTOWANIE

W åwiecie Nauki 7/99, w artykule ãAda i pierwszy komputerÓ, w ramce opisujcej program oblicza-

nia liczb Bernoulliego z przyczyn technicznych znak mnoýenia podczas druku zmieni¸ si« w cyfr« 3.

Win za zamian« niektrych zer z jedynkami w åwiecie Nauki 6/99 nie da si« juý jednak obarczy chochli-

ka drukarskiego. W artykule o zapomnianych pomys¸ach Alana Turinga dwukrotnie b¸«dnie podaliæmy

definicj« pierwszego uk¸adu scalonego Ð s¸ynnej bramki NAND. Zdanie w pierwszej szpalcie u do¸u stro-

ny 74 powinno brzmie: ãKaýdy taki neuron wykonuje t« sam operacj«: zaprzeczenie iloczynu logiczne-

go stanu wejæ (tzw. bramka NAND) Ð na wyjæciu pojawia si« 0 tylko wtedy, gdy oba wejæcia s w stanie 1;

we wszystkich innych przypadkach otrzymuje si« na wyjæciu 1.Ó Podobnie w tymýe artykule, w ramce pt.

ãKonekcjonizm TuringaÓ powinno by: ãZauwaýmy, ýe kaýdy neuron ma (tylko) dwa wejæcia, a na wyjæciu

pojawia si« zaprzeczony iloczyn logiczny wejæ (tzw. bramka NAND): na wyjæciu jest 0 tylko wtedy, gdy oba

wejæcia s rwne 1; we wszystkich innych przypadkach otrzymujemy 1.Ó Przepraszamy. Redakcja

å WIAT N AUKI SierpieÄ 1999 91

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: