0. Wstępniak Okolicznościowy.
Witajcie!
Dużo tego ostatnio, tematy mnożą się jak króliki. Mam trochę czasu wolnego, dlatego postanowiłem zbombardować Was i zniszczyć Wasze mózgi po raz kolejny. Dobrego nigdy za wiele. Ale nie martwcie się, Drodzy Czytelnicy. Tematów jest sporo, także będę pisał nadal, pozostaje mi tylko ufać, że nie zdewastowałem Wam przestrzeni między uszami do cna. I tu pojawia się paradoks: niszczę mózgi, ale one są potrzebne do rozumienia istoty rzeczy czyli Krainy Kwantów... To już chyba lepiej pić... ;)
Oczywiście żartowałem. Wierzę, że z każdym tematem jesteście bogatsi o jakiś skrawek wiedzy tego świata i że szare komórki mnożą się u Was jak moje tematy, czyli jak króliki. Mam nadzieję, że dobrze tłumaczę owe zagadnienia, bo to naprawdę nie są proste rzeczy. Jeśli czegoś nie rozumiecie, walcie śmiało w komentarzach na fejsie albo tutaj. Postaram się uprościć, o ile to jeszcze możliwe. Wy Tłuki ;)
Tak mi się jakoś żartuje bezczelnie, a temat już przebiera nogami. Dziś o fali pilotującej. Od razu zaznaczę, że nie jest to główna i obowiązująca teoria opisująca świat kwantów. Jest w najlepszym przypadku niekompletna, a to dlatego, że... Wiem, co zrobię. Powiem Wam o tym na końcu, żebyście musieli przeczytać wszystko. Robię się złośliwy, a to oznacza, że czas przejść do meritum ;)
1. Wstępniak Naukowy, czyli jak zwykle - po kolei.
Istnieje wiele interpretacji mechaniki kwantowej. Teoria ta, jak może już wiecie, a jak nie wiecie, to zaraz się dowiecie, jest szeroko wykorzystywana w obecnym świecie techniki. W dużym skrócie, nie byłoby komputerów, gdyby nie mechanika kwantowa. I naukowcy, którzy ją wymyślili. I matematyka (założenia teorii), która działa jak szwajcarski zegarek - przewidywania z równań pokrywają się z rzeczywistością, czyli wynikami eksperymentów. Jest jednak mały problem. O ile wiemy, jak wyliczyć równanie ruchu cząstki elementarnej, to jest dużo luk w wiedzy z rodzaju 'a dlaczego?'. Wiemy jak działa mechanika kwantowa, potrafimy przewidzieć wyniki eksperymentów, ale niestety, w wielu miejscach nie wiemy dlaczego działa akurat tak, a nie inaczej. Czyli, po prostu - tak jak student, który wykuł na blachę jakiś materiał, nawet dostanie piątkę z egzaminu, bo wszystko przepisał z głowy (tylko z głowy! jeśli chce zaliczać się do grona Laików lub choćby Tłuków, to tylko i wyłącznie i oczywiście, że z głowy ;)), ale... Nic nie rozumie! Jak małpa, która wie co zrobić, by dostać banana, ale nie wie, co robi... Jak ameba, która... No, dobrze, wystarczy.
2. Interpretacje teorii kwantów.
Istnieje kilka interpretacji teorii kwantów. Najdziwniejszą z nich, według mnie, jest teoria twierdząca, że świadomość obserwatora wpływa na wynik pomiaru (np. położenia cząsteczki). Albo, inaczej mówiąc, nie sam akt pomiaru powoduje redukcję funkcji falowej (tzw. kolaps - czyli np. elektron, niebieska kuleczka z minusem, jest sobie falą, kiedy nikt go nie obserwuje. Ściślej mówiąc - jego położenie określa nie współrzędna w przestrzeni tylko fala o określonej amplitudzie - taka sinusoida. Nie mówcie, że nie wiecie, co to jest sinusoida. Migusiem do Google! ;) Ta fala to nic innego jak prawdopodobieństwo położenia cząstki, tam gdzie jest wysoka (grzbiet fali), szansa na wystąpienie elektronu jest duża, a tam gdzie znajduje się dolina fali, prawdopodobieństwo spotkania elektronu wynosi 'rzadziej'. Elektron jest falą przed pomiarem, a cząstką o pewnych współrzędnych położenia i pędu po dokonaniu pomiaru czyli kolapsu funkcji falowej). Redukcji do jednej wartości położenia nie dokonuje inny elektron lub foton z mikroskopu, który uderza w mierzoną cząstkę i, niejako, zmusza ją do 'zdecydowania się' co do, np. pędu czy położenia, tylko...
Wiecie, że widzimy, bo fotony odbijają się od powierzchni obiektów i wracają do naszego oka? Tak samo w mikroskopie elektronowym. Ale w przypadku cząstek, oprócz przenoszenia informacji, dokonuje się też kolaps funkcji falowej - z fali do cząstki.
No dobra, chcę to powiedzieć ale jakoś nie mogę przez liczne, acz konieczne dygresje. Jeszcze raz. Interpretacja kopenhaska, o której mówię, a za którą stoi niejaki Niels Bohr, śmie twierdzić, że kolapsu nie dokonuje inna cząstka bardziej lub mniej elementarna. Bohr zakłada, że to świadomość obserwatora, to, że cząstkę obserwuje istota myśląca i posiadająca świadomość, powoduje, iż cząstka musi się 'okreslić' co do położenia, pędu, itp. A ściślej mówiąc, gdy wynik pomiaru dotrze do świadomości obserwatora. Na zjawisko kwantowe muszą się składać trzy elementy: badany układ, aparat pomiarowy i... świadomy obserwator. Kiedy dokonujemy pomiaru, to wynik tego pomiaru zmienia stan naszej wiedzy o mierzonym obiekcie.
To aż dziwne, że ku takiej tezie skłaniał się sam Niels Bohr.
Przeczytajcie dobrze. Napisałem właśnie, że gdyby nie to, że jesteśmy świadomi, świat by istniał, a nawet, jeśli nie to, że na niego patrzymy, nie istniałby. To są konsekwencje takiego myślenia. Albo inaczej: konsekwencją myślenia jest rzeczywistość. To, że myślimy sprawia, że coś (świat)... istnieje.
Świadomość to raczej takie niepoznane i niefizyczne (chyba...) pojęcie. Ale ona sprawia, że coś z fali zmienia się w cząstkę. Akt obserwacji, a nie to, że elektron z mikroskopu leci do badanego układu kwantowego, odbija się i wraca do przyrządu pomiarowego niosąc informację, nie fizyczny proces... Świadomy obserwator. Jedna z kwantowych możliwości zmienia się w rzeczywistość nie poprzez materialną interakcję obserwowanego układu i elektronu 'pomiarowego', a poprzez to, że na wszystko patrzy ktoś obdarzony świadomością. Sugestia jest taka - Wszechświat istnieje tylko dlatego, że ktoś lub coś go obserwuje.
To szaleństwo! Einstein bardzo mocno oponował takiemu stanowi rzeczy i pytał: "Czy Księżyc istenije tylko dlatego i wtedy, gdy na niego patrzę?". Odpowiedź jest oczywista - nie. Ale Księżyc to obiekt makroskopowy. Na poziomie makro zjawiska kwantowe są nieobserwowalne, zaczynają działać dopiero w odpowiednio małej skali. Czyli dopiero w Szuflandii. W Szuflandii 'Mucha na dziko' jest rarytasem, w Kingsajzie już nie. Obowiązują inne prawa, w tych dwóch światach.
3. Brniemy trochę w stronę Kopenhagi, ale nasz Pilot wskakuje niespodziewanie na pokład.
Kopenhaska interpretacja teorii kwantów jest szalona, porywa, ale raczej bym się ku niej nie skłaniał. Zbyt wiele magii w tym, że świadomość może wpływać na wynik pomiaru. Jeśli pomiary mnie nie przekonają, czyli jeśli ktoś nie udowodni, że cały myk ze świadomością może być prawdą, nie uwierzę. Kopenhaska nęci, i to bardzo, ale na razie lepiej trzymać się faktów i realnych wyników doświadczeń. Wielu uczonych oburzą się o tę świadomość. Niekoniecznie musi to być prawda, ta cała kopenhasko-świadomościowa draka, ale wykluczyć też jej nie możemy, wiemy za mało. Kiedyś się pewnie okaże.
Teoria (interpretacja) kopenhaska zakłada, że funkcja falowa to tylko abstrakcyjny aspekt, pewien zbiór liczb, który pokazuje możliwy rozkład położenia cząstki. W przypadku braku pomiaru, nieobserwowany Wszechświat jest jedynie zestawem możliwość różnych stanów, a w przypadku aktu obserwacji dokonuje się kolaps do jednej wartości. O tym, jaki będzie wynik pomiaru, decyduje coś takiego jak 'fundamentalna losowość' (w opozycji do 'fundamentalnego determinizmu'. Ów determinizm to nic innego jak możliwość określenia skutków na bazie przyczyny. Bohr i Heisenberg twierdzą zaś, że na poziomie kwantów nie rządzi przyczyna i skutek, lecz jakieś tajemnicze, ukryte prawo losowości). Wszystko to prowadzi do dwóch konsekwencji: 1. Materia posiada coś takiego jak dualizm korpuskularno-falowy; 2. Bóg gra w kości z Wszechświatem (cofnij się Tłuczyno do nawiasu w poprzednim zdaniu). Einstein bardzo się wkurzył na punkt nr 2, bo nie chciał, aby u podstaw wszelkich procesów kwantowych znajdowała się losowość.
Póki co, wracamy do Teorii Fali Pilotującej. Jest bardzo fajna, ta teoria. Jest bardzo 'fizyczna', zaraz zobaczycie, dlaczego. Mówi, że... funkcja falowa istnieje jako realny byt!
Louis de Broglie także sprzeciwił się hipotezie Heisenberga i Bohra i stworzył Teorię Fali Pilotującej. W skrócie - materia ma także naturę falową, gdy nie jest obserwowana. Fala ta istnieje razem z cząstką jako realny byt a nie jedynie jako abstrakcyjna chmura możliwości bądź prawdopodobieństwa. Fala poprzedza ruch cząstki, jest realna, a cząstka ma określony pęd i położenie w każdym momencie. Cząstka jest po prostu taką małą kulką! To już lepsze niż jakieś chmury prawdopodobieństwa. Funkcja falowa zaś wygląda dokładnie tak, jak określa równanie Schrodingera (facet od żywych i martwych jednocześnie kotów). Mówi ono fali, jak ma się zachowywać w czasie i przestrzeni.
Te fale są bardzo niegłupie. Zachowują się jak normalne fale, czyli mają swoich surferów - wyobraźcie sobie, że elektron pociska na fali pilotującej jak surfer na grzywaczu gdzieś na Hawajach ;) Fale te, na przykład, mogą ulec interferencji, czyli nałożeniu się na siebie, gdy przechodzą przez dwie szczeliny (koniecznie zerknij tutaj, Laicze i Tłucze ;)) Fala określa możliwe trajektorie cząstki, a cząstka obiera jedną z nich. Jednak wybór drogi nie jest losowy - jeśli znasz dokładne położenie i prędkość cząstki w danym momencie/punkcie, możesz przewidzieć jej całą przyszłą drogę. Losowość pojawia się dlatego, że nigdy, zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga, nie możemy znać dowolnie dokładnego o pomiaru położenia, prędkości i innych wartości obserwowanych.
Co dalej?
Ano, jest ok. Einstein już nie przewraca się w grobie. Cały Wszechświat jest nadal deterministyczny, czyli można przewidzieć przyszłość na bazie przyczyn z przeszłości. Znasz prędkość, kierunek obiektu - wiesz, gdzie się znajdzie za parę sekund. Ukryta losowość, fundamentalne prawdopodobieństwo - do kosza z tym.
De Broglie zaprezentował swoją teorię na słynnej Konferencji w Solvay. Urodziło się wiele wątpliwości natury technicznej, m.in Dziad Bohrowy, Niels Bohr, ostro zaoponował i zarządził interpretację probabilistyczną, kopenhaską. Co najśmieszniejsze, de Broglie przyznał mu rację, porzucił swój koncept i przyłączył się do chórku kopenhaskiego, który wyśpiewywał swoje teorie przez wiele dekad, czyniąc je nadrzędnymi interpretacjami mechaniki kwantowej.
4. Na scenie pojawia się David Bohm i voila - mamy Teorię Fali Pilotującej de Broglie'a Bohma.
W 1952 roku David Bohm odkurzył teorię de Broglie'a i trochę ją udoskonalił. Niestety, pozostała ona trochę peryferyjna w świecie współczesnej fizyki. Jakie są jej końcowe aspekty? Teoria Fali Pilotującej zawiera wszystkie zwykłe przewidywania mechaniki kwantowej, ale, jednak, trochę się różni od innych dzieci ;) Wymaga tzw. specjalnego myślenia, które należy przyjąć. Oprócz równania Schrodingera, które opisuje zachowanie funkcji falowej, istnieje tzw. równanie pilotujące. Mówi ono cząstce, jak ma poruszać się w zakresie funkcji falowej. Czyli nasz surfer-elektron płynie sobie na fali, ale w ręku ma karteczkę - ściągę, która mówi mu, gdzie ma płynąć. Że na lewo będzie fajniejszy grzywacz, na przykład. Albo, żeby płynąć w prawo, bo na lewo jest rekin ;)
Niektórzy fizycy twierdzą, że ta dodatkowa matematyka, którą należy odrobić, jest niepotrzebną komplikacją. Jednakże owo równanie jest zaczerpnięte bezpośrednio z funkcji falowej; ono... znajduje się w funkcji falowej!
4.5. Szokujące zmienne ukryte.
Innym problemem Teorii Fali Pilotującej jest coś, czemu bardzo sprzeciwiał się Niels Bohr. To tzw. zmienne ukryte. Są to dane wpisane niejako w cząstkę, opisują jej stan. Te ukryte informacje nie są opisane w funkcji falowej. Według Teorii Fali Pilotującej, funkcja falowa opisuje jedynie możliwy rozkład, zakres tych zmiennych dlatego, że nie możemy znać ich dokładnych, idealnych wartości, zgodnie z teorią nieoznaczoności Heisenberga.
Zmienne ukryte? To zmienna, która nie jest obserwowana bezpośrednio, jednak wpływa w pewien sposób na zmienne obserwowane. Wiecie, gdzie jesteśmy? Poza... mechaniką kwantową!
Zmienne ukryte są z zasady niemożliwe do opisania przez mechanikę kwantową, znajdują się u jej podstaw i wpływają na nią, na wartości, które odczytujemy w pomiarach. Rzekomo, są to ostateczne granice ludzkiego poznania... Nie ma nic bardziej fundamentalnego od zmiennych ukrytych. Wpływają na to, co widzimy, obserwujemy, oglądamy na naszych przyrządach pomiarowych jako wynik doświadczenia.
Jedyne, co można zrobić, to zaakceptować je :)
To tak jakby - elektron to kulka, która ma zaklejoną cyfrę na sobie, zaklejoną jakimś plastrem w kolorze zielonym. Zrywamy ją i widzimy cyfrę '5' (nasza zmienna ukryta). Patrzymy na naszą 'fundamentalną listę' - widzimy, że piątka oznacza kolor zielony. Dlaczego akurat '5'? Dlaczego zielony to pięć? . Po prostu - 5 to zielony i koniec, bez możliwości znalezienia odpowiedzi na pytanie - 'dlaczego?'. Musimy tę piątkę po prostu zaakceptować :)
5. Jak piloci radzą sobie ze splątaniem :)
Niedługo po zaprezentowaniu przez de Broglie'a teorii fali pilotującej, matematyk John von Neumann dowiódł, że zmienne ukryte nie mają racji bytu. Teoria Fali Pilotującej poszła na długo w odstawkę. Okazało się jednak, że von Neuman odkrył tylko część prawdy. Ograniczenie wykluczające zmienne ukryte stosuje się bowiem jedynie do lokalnych zmiennych ukrytych.
Co to oznacza? Nie może być żadnej dodatkowej informacji o określonym obszarze funkcji falowej, o której... nie wie reszta fali! To szalona koncepcja. Mechanika Bohma wprowadziła koncepcję globalnych zmiennych ukrytych. Całą funkcja falowa 'zna' położenie, prędkość i spin każdej cząstki! Ta nielokalność to kolejna dziwaczne prawo mechaniki kwantowej, które trzeba by zaakceptować, aby przyjąć Teorię Fali Pilotującej. Bo według niego, w całej funkcji falowej są zawarte dane o własnościach cząstki, a cała funkcja falowa reaguje natychmiastowo. Pomiar w jednym punkcie wpływa na kształt fali gdzieś daleko, w innym miejscu. 'Upiorne działanie na odległość' Einsteina. Świetnie zostałoby wytłumaczone tzw. splątanie kwantowe - dlaczego cząstka splątana reaguje natychmiast na operację na swojej drugiej połówce, bardzo nawet oddalonej. Co najważniejsze, Teoria Fali Pilotującej wskazuje na fakt, że rzeczywistość istnieje niezależnie od obserwatora. To już nie żadne czary-mary, bohrowy-świadomy-obserwatorze.
6. Teoria Fali Pilotującej - dlaczego nie? Oto, dlaczego ;)
Dlaczego? Bo nie bierze pod uwagę, nie jest zgodna z teorią względności, żadną z dwóch. Jest w najlepszym przypadku niekompletna. Wersją relatywistyczną normalnej mechaniki kwantowej jest kwantowa teoria pola, zaś Teoria Fali Pilotującej nie ma takowego odpowiednika. Kwantowa teoria pola wymaga, aby każda z możliwych trajektorii cząstki była równie realna. Teoria Fali Pilotującej mówi, że cząstka wybiera tylko jedną trajektorię. To założenie nie zgadza się z kwantową teorią pola i dlatego nie ma obecnie kompletnej relatywistycznej wersji mechaniki Bohma. Ale Teoria Fali Pilotującej chciała naprawdę dobrze - zakładała, że cząstki są prawdziwe, realne. I, dodatkowo, wprowadza pomysł, że interpretacja mechaniki kwantowej może być zarówno fizyczna i deterministyczna. To duży postęp w stosunku do kwantowej świadomości, jej bardzie realna wersja.
Być może istnieje coś takiego jak fala pilotująca? Trzeba szukać krasnoludków z Szuflandii, które weszły do Kingsajzu. Z ich perspektywy na pewno widać więcej kwantowych zjawisk, takich jak, chociażby, 'Mucha na Dziko' ;)
2. Interpretacje teorii kwantów.
Istnieje kilka interpretacji teorii kwantów. Najdziwniejszą z nich, według mnie, jest teoria twierdząca, że świadomość obserwatora wpływa na wynik pomiaru (np. położenia cząsteczki). Albo, inaczej mówiąc, nie sam akt pomiaru powoduje redukcję funkcji falowej (tzw. kolaps - czyli np. elektron, niebieska kuleczka z minusem, jest sobie falą, kiedy nikt go nie obserwuje. Ściślej mówiąc - jego położenie określa nie współrzędna w przestrzeni tylko fala o określonej amplitudzie - taka sinusoida. Nie mówcie, że nie wiecie, co to jest sinusoida. Migusiem do Google! ;) Ta fala to nic innego jak prawdopodobieństwo położenia cząstki, tam gdzie jest wysoka (grzbiet fali), szansa na wystąpienie elektronu jest duża, a tam gdzie znajduje się dolina fali, prawdopodobieństwo spotkania elektronu wynosi 'rzadziej'. Elektron jest falą przed pomiarem, a cząstką o pewnych współrzędnych położenia i pędu po dokonaniu pomiaru czyli kolapsu funkcji falowej). Redukcji do jednej wartości położenia nie dokonuje inny elektron lub foton z mikroskopu, który uderza w mierzoną cząstkę i, niejako, zmusza ją do 'zdecydowania się' co do, np. pędu czy położenia, tylko...
Wiecie, że widzimy, bo fotony odbijają się od powierzchni obiektów i wracają do naszego oka? Tak samo w mikroskopie elektronowym. Ale w przypadku cząstek, oprócz przenoszenia informacji, dokonuje się też kolaps funkcji falowej - z fali do cząstki.
No dobra, chcę to powiedzieć ale jakoś nie mogę przez liczne, acz konieczne dygresje. Jeszcze raz. Interpretacja kopenhaska, o której mówię, a za którą stoi niejaki Niels Bohr, śmie twierdzić, że kolapsu nie dokonuje inna cząstka bardziej lub mniej elementarna. Bohr zakłada, że to świadomość obserwatora, to, że cząstkę obserwuje istota myśląca i posiadająca świadomość, powoduje, iż cząstka musi się 'okreslić' co do położenia, pędu, itp. A ściślej mówiąc, gdy wynik pomiaru dotrze do świadomości obserwatora. Na zjawisko kwantowe muszą się składać trzy elementy: badany układ, aparat pomiarowy i... świadomy obserwator. Kiedy dokonujemy pomiaru, to wynik tego pomiaru zmienia stan naszej wiedzy o mierzonym obiekcie.
To aż dziwne, że ku takiej tezie skłaniał się sam Niels Bohr.
Przeczytajcie dobrze. Napisałem właśnie, że gdyby nie to, że jesteśmy świadomi, świat by istniał, a nawet, jeśli nie to, że na niego patrzymy, nie istniałby. To są konsekwencje takiego myślenia. Albo inaczej: konsekwencją myślenia jest rzeczywistość. To, że myślimy sprawia, że coś (świat)... istnieje.
Świadomość to raczej takie niepoznane i niefizyczne (chyba...) pojęcie. Ale ona sprawia, że coś z fali zmienia się w cząstkę. Akt obserwacji, a nie to, że elektron z mikroskopu leci do badanego układu kwantowego, odbija się i wraca do przyrządu pomiarowego niosąc informację, nie fizyczny proces... Świadomy obserwator. Jedna z kwantowych możliwości zmienia się w rzeczywistość nie poprzez materialną interakcję obserwowanego układu i elektronu 'pomiarowego', a poprzez to, że na wszystko patrzy ktoś obdarzony świadomością. Sugestia jest taka - Wszechświat istnieje tylko dlatego, że ktoś lub coś go obserwuje.
To szaleństwo! Einstein bardzo mocno oponował takiemu stanowi rzeczy i pytał: "Czy Księżyc istenije tylko dlatego i wtedy, gdy na niego patrzę?". Odpowiedź jest oczywista - nie. Ale Księżyc to obiekt makroskopowy. Na poziomie makro zjawiska kwantowe są nieobserwowalne, zaczynają działać dopiero w odpowiednio małej skali. Czyli dopiero w Szuflandii. W Szuflandii 'Mucha na dziko' jest rarytasem, w Kingsajzie już nie. Obowiązują inne prawa, w tych dwóch światach.
3. Brniemy trochę w stronę Kopenhagi, ale nasz Pilot wskakuje niespodziewanie na pokład.
Kopenhaska interpretacja teorii kwantów jest szalona, porywa, ale raczej bym się ku niej nie skłaniał. Zbyt wiele magii w tym, że świadomość może wpływać na wynik pomiaru. Jeśli pomiary mnie nie przekonają, czyli jeśli ktoś nie udowodni, że cały myk ze świadomością może być prawdą, nie uwierzę. Kopenhaska nęci, i to bardzo, ale na razie lepiej trzymać się faktów i realnych wyników doświadczeń. Wielu uczonych oburzą się o tę świadomość. Niekoniecznie musi to być prawda, ta cała kopenhasko-świadomościowa draka, ale wykluczyć też jej nie możemy, wiemy za mało. Kiedyś się pewnie okaże.
Teoria (interpretacja) kopenhaska zakłada, że funkcja falowa to tylko abstrakcyjny aspekt, pewien zbiór liczb, który pokazuje możliwy rozkład położenia cząstki. W przypadku braku pomiaru, nieobserwowany Wszechświat jest jedynie zestawem możliwość różnych stanów, a w przypadku aktu obserwacji dokonuje się kolaps do jednej wartości. O tym, jaki będzie wynik pomiaru, decyduje coś takiego jak 'fundamentalna losowość' (w opozycji do 'fundamentalnego determinizmu'. Ów determinizm to nic innego jak możliwość określenia skutków na bazie przyczyny. Bohr i Heisenberg twierdzą zaś, że na poziomie kwantów nie rządzi przyczyna i skutek, lecz jakieś tajemnicze, ukryte prawo losowości). Wszystko to prowadzi do dwóch konsekwencji: 1. Materia posiada coś takiego jak dualizm korpuskularno-falowy; 2. Bóg gra w kości z Wszechświatem (cofnij się Tłuczyno do nawiasu w poprzednim zdaniu). Einstein bardzo się wkurzył na punkt nr 2, bo nie chciał, aby u podstaw wszelkich procesów kwantowych znajdowała się losowość.
Póki co, wracamy do Teorii Fali Pilotującej. Jest bardzo fajna, ta teoria. Jest bardzo 'fizyczna', zaraz zobaczycie, dlaczego. Mówi, że... funkcja falowa istnieje jako realny byt!
Louis de Broglie także sprzeciwił się hipotezie Heisenberga i Bohra i stworzył Teorię Fali Pilotującej. W skrócie - materia ma także naturę falową, gdy nie jest obserwowana. Fala ta istnieje razem z cząstką jako realny byt a nie jedynie jako abstrakcyjna chmura możliwości bądź prawdopodobieństwa. Fala poprzedza ruch cząstki, jest realna, a cząstka ma określony pęd i położenie w każdym momencie. Cząstka jest po prostu taką małą kulką! To już lepsze niż jakieś chmury prawdopodobieństwa. Funkcja falowa zaś wygląda dokładnie tak, jak określa równanie Schrodingera (facet od żywych i martwych jednocześnie kotów). Mówi ono fali, jak ma się zachowywać w czasie i przestrzeni.
Te fale są bardzo niegłupie. Zachowują się jak normalne fale, czyli mają swoich surferów - wyobraźcie sobie, że elektron pociska na fali pilotującej jak surfer na grzywaczu gdzieś na Hawajach ;) Fale te, na przykład, mogą ulec interferencji, czyli nałożeniu się na siebie, gdy przechodzą przez dwie szczeliny (koniecznie zerknij tutaj, Laicze i Tłucze ;)) Fala określa możliwe trajektorie cząstki, a cząstka obiera jedną z nich. Jednak wybór drogi nie jest losowy - jeśli znasz dokładne położenie i prędkość cząstki w danym momencie/punkcie, możesz przewidzieć jej całą przyszłą drogę. Losowość pojawia się dlatego, że nigdy, zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga, nie możemy znać dowolnie dokładnego o pomiaru położenia, prędkości i innych wartości obserwowanych.
Co dalej?
Ano, jest ok. Einstein już nie przewraca się w grobie. Cały Wszechświat jest nadal deterministyczny, czyli można przewidzieć przyszłość na bazie przyczyn z przeszłości. Znasz prędkość, kierunek obiektu - wiesz, gdzie się znajdzie za parę sekund. Ukryta losowość, fundamentalne prawdopodobieństwo - do kosza z tym.
De Broglie zaprezentował swoją teorię na słynnej Konferencji w Solvay. Urodziło się wiele wątpliwości natury technicznej, m.in Dziad Bohrowy, Niels Bohr, ostro zaoponował i zarządził interpretację probabilistyczną, kopenhaską. Co najśmieszniejsze, de Broglie przyznał mu rację, porzucił swój koncept i przyłączył się do chórku kopenhaskiego, który wyśpiewywał swoje teorie przez wiele dekad, czyniąc je nadrzędnymi interpretacjami mechaniki kwantowej.
4. Na scenie pojawia się David Bohm i voila - mamy Teorię Fali Pilotującej de Broglie'a Bohma.
W 1952 roku David Bohm odkurzył teorię de Broglie'a i trochę ją udoskonalił. Niestety, pozostała ona trochę peryferyjna w świecie współczesnej fizyki. Jakie są jej końcowe aspekty? Teoria Fali Pilotującej zawiera wszystkie zwykłe przewidywania mechaniki kwantowej, ale, jednak, trochę się różni od innych dzieci ;) Wymaga tzw. specjalnego myślenia, które należy przyjąć. Oprócz równania Schrodingera, które opisuje zachowanie funkcji falowej, istnieje tzw. równanie pilotujące. Mówi ono cząstce, jak ma poruszać się w zakresie funkcji falowej. Czyli nasz surfer-elektron płynie sobie na fali, ale w ręku ma karteczkę - ściągę, która mówi mu, gdzie ma płynąć. Że na lewo będzie fajniejszy grzywacz, na przykład. Albo, żeby płynąć w prawo, bo na lewo jest rekin ;)
Niektórzy fizycy twierdzą, że ta dodatkowa matematyka, którą należy odrobić, jest niepotrzebną komplikacją. Jednakże owo równanie jest zaczerpnięte bezpośrednio z funkcji falowej; ono... znajduje się w funkcji falowej!
4.5. Szokujące zmienne ukryte.
Innym problemem Teorii Fali Pilotującej jest coś, czemu bardzo sprzeciwiał się Niels Bohr. To tzw. zmienne ukryte. Są to dane wpisane niejako w cząstkę, opisują jej stan. Te ukryte informacje nie są opisane w funkcji falowej. Według Teorii Fali Pilotującej, funkcja falowa opisuje jedynie możliwy rozkład, zakres tych zmiennych dlatego, że nie możemy znać ich dokładnych, idealnych wartości, zgodnie z teorią nieoznaczoności Heisenberga.
Zmienne ukryte? To zmienna, która nie jest obserwowana bezpośrednio, jednak wpływa w pewien sposób na zmienne obserwowane. Wiecie, gdzie jesteśmy? Poza... mechaniką kwantową!
Zmienne ukryte są z zasady niemożliwe do opisania przez mechanikę kwantową, znajdują się u jej podstaw i wpływają na nią, na wartości, które odczytujemy w pomiarach. Rzekomo, są to ostateczne granice ludzkiego poznania... Nie ma nic bardziej fundamentalnego od zmiennych ukrytych. Wpływają na to, co widzimy, obserwujemy, oglądamy na naszych przyrządach pomiarowych jako wynik doświadczenia.
Jedyne, co można zrobić, to zaakceptować je :)
To tak jakby - elektron to kulka, która ma zaklejoną cyfrę na sobie, zaklejoną jakimś plastrem w kolorze zielonym. Zrywamy ją i widzimy cyfrę '5' (nasza zmienna ukryta). Patrzymy na naszą 'fundamentalną listę' - widzimy, że piątka oznacza kolor zielony. Dlaczego akurat '5'? Dlaczego zielony to pięć? . Po prostu - 5 to zielony i koniec, bez możliwości znalezienia odpowiedzi na pytanie - 'dlaczego?'. Musimy tę piątkę po prostu zaakceptować :)
5. Jak piloci radzą sobie ze splątaniem :)
Niedługo po zaprezentowaniu przez de Broglie'a teorii fali pilotującej, matematyk John von Neumann dowiódł, że zmienne ukryte nie mają racji bytu. Teoria Fali Pilotującej poszła na długo w odstawkę. Okazało się jednak, że von Neuman odkrył tylko część prawdy. Ograniczenie wykluczające zmienne ukryte stosuje się bowiem jedynie do lokalnych zmiennych ukrytych.
Co to oznacza? Nie może być żadnej dodatkowej informacji o określonym obszarze funkcji falowej, o której... nie wie reszta fali! To szalona koncepcja. Mechanika Bohma wprowadziła koncepcję globalnych zmiennych ukrytych. Całą funkcja falowa 'zna' położenie, prędkość i spin każdej cząstki! Ta nielokalność to kolejna dziwaczne prawo mechaniki kwantowej, które trzeba by zaakceptować, aby przyjąć Teorię Fali Pilotującej. Bo według niego, w całej funkcji falowej są zawarte dane o własnościach cząstki, a cała funkcja falowa reaguje natychmiastowo. Pomiar w jednym punkcie wpływa na kształt fali gdzieś daleko, w innym miejscu. 'Upiorne działanie na odległość' Einsteina. Świetnie zostałoby wytłumaczone tzw. splątanie kwantowe - dlaczego cząstka splątana reaguje natychmiast na operację na swojej drugiej połówce, bardzo nawet oddalonej. Co najważniejsze, Teoria Fali Pilotującej wskazuje na fakt, że rzeczywistość istnieje niezależnie od obserwatora. To już nie żadne czary-mary, bohrowy-świadomy-obserwatorze.
6. Teoria Fali Pilotującej - dlaczego nie? Oto, dlaczego ;)
Dlaczego? Bo nie bierze pod uwagę, nie jest zgodna z teorią względności, żadną z dwóch. Jest w najlepszym przypadku niekompletna. Wersją relatywistyczną normalnej mechaniki kwantowej jest kwantowa teoria pola, zaś Teoria Fali Pilotującej nie ma takowego odpowiednika. Kwantowa teoria pola wymaga, aby każda z możliwych trajektorii cząstki była równie realna. Teoria Fali Pilotującej mówi, że cząstka wybiera tylko jedną trajektorię. To założenie nie zgadza się z kwantową teorią pola i dlatego nie ma obecnie kompletnej relatywistycznej wersji mechaniki Bohma. Ale Teoria Fali Pilotującej chciała naprawdę dobrze - zakładała, że cząstki są prawdziwe, realne. I, dodatkowo, wprowadza pomysł, że interpretacja mechaniki kwantowej może być zarówno fizyczna i deterministyczna. To duży postęp w stosunku do kwantowej świadomości, jej bardzie realna wersja.
Być może istnieje coś takiego jak fala pilotująca? Trzeba szukać krasnoludków z Szuflandii, które weszły do Kingsajzu. Z ich perspektywy na pewno widać więcej kwantowych zjawisk, takich jak, chociażby, 'Mucha na Dziko' ;)
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz