Το Κβαντικό Πρόβλημα Παρατήρησης και οι Φιλοσοφικές του Προεκτάσεις

 Από την Κατάρρευση της Κυματοσυνάρτησης στον Ιδεαλισμό του Berkeley

Ο Marco Biagini, φυσικός, επισημαίνει ένα από τα πιο παρεξηγημένα ζητήματα στην κβαντομηχανική, ακόμη και από πολλούς φυσικούς: το πρόβλημα της "παρατήρησης". Το πρόβλημα αυτό έχει βαθιές φιλοσοφικές προεκτάσεις, καθώς αμφισβητεί την παραδοσιακή μας αντίληψη για την πραγματικότητα και τον ρόλο του παρατηρητή.

Η Κυματοσυνάρτηση και το Αίνιγμα της Κατάρρευσης

Στην κβαντομηχανική, η κατάσταση ενός φυσικού συστήματος περιγράφεται από μια "κυματοσυνάρτηση". Αυτή η συνάρτηση δεν δίνει συγκεκριμένες τιμές για τις φυσικές ποσότητες που μπορούν να μετρηθούν, αλλά παρέχει απλώς πιθανότητες για τα άπειρα δυνατά αποτελέσματα που θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε.

• Η Ανάγκη για Κατάρρευση: Μόλις πραγματοποιηθεί μια μέτρηση, το σύστημα αποκτά μια ορισμένη τιμή για την μετρούμενη ποσότητα. Αυτό συνεπάγεται μια ξαφνική και ριζική τροποποίηση της κυματοσυνάρτησής του. Συγκεκριμένα, η κυματοσυνάρτηση που αρχικά περιγράφει άπειρες δυνατότητες, πρέπει να αποδώσει 100% πιθανότητα σε μία μόνο δυνατότητα και 0% σε όλες τις άλλες. Αυτή η μετάβαση από μια κατάσταση που περιγράφει πολλές δυνατότητες σε μία που περιγράφει μόνο μία, ονομάζεται "κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης". Χωρίς αυτή τη ριζική τροποποίηση, οι προβλέψεις για μετέπειτα μετρήσεις στο ίδιο σύστημα θα ήταν λανθασμένες.

• Το Πρόβλημα της Κατάρρευσης: Το πιο προβληματικό σημείο είναι ότι η κατάρρευση δεν περιγράφεται από την θεμελιώδη εξίσωση της κβαντομηχανικής, την εξίσωση Schrödinger. Είναι μια εξωτερική επιβολή, μια παραβίαση των γνωστών νόμων που διέπουν τα κβαντικά συστήματα. Ενώ η εξίσωση Schrödinger καθορίζει την εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης στον χρόνο, δεν προβλέπει ποτέ την κατάρρευσή της, η οποία επιβάλλεται "δια χειρός" από τον φυσικό. Καθώς η κατάρρευση παραβιάζει την εξίσωση Schrödinger, η αιτία της μπορεί να αποδοθεί μόνο σε έναν παράγοντα που δεν περιγράφεται από την ίδια την εξίσωση. Το ανοιχτό πρόβλημα είναι ότι η αιτία αυτής της μετάβασης από την ακαθόριστη στην καθορισμένη κατάσταση δεν μπορεί να αναχθεί σε καμία φυσική αλληλεπίδραση, διότι όλες οι γνωστές φυσικές αλληλεπιδράσεις περιλαμβάνονται ήδη στην εξίσωση Schrödinger. Αυτό καθιστά το πρόβλημα μέτρησης το κεντρικό ζήτημα για όλες τις ερμηνείες της κβαντομηχανικής, έναν αιώνα μετά τις αρχικές συζητήσεις.

Η Φύση της Πραγματικότητας στην Κβαντομηχανική

Η κβαντομηχανική δεν περιγράφει την πραγματικότητα ως κάτι που υπάρχει αντικειμενικά ανά πάσα στιγμή. Αντίθετα, την περιγράφει ως μια συλλογή γεγονότων απομονωμένων στον χρόνο – δηλαδή, τα φαινόμενα που παρατηρούμε την ίδια στιγμή που τα παρατηρούμε.

• Ασυνέχεια της Πραγματικότητας: Μεταξύ αυτών των γεγονότων, υπάρχουν μόνο άπειρες δυνατότητες. Δεν υπάρχει συνέχεια μεταξύ των γεγονότων· η πραγματικότητα δεν περιγράφεται ως μια συνεχής ροή, αλλά ως μια σειρά διακριτών γεγονότων.
• Ιδιότητες και Ύπαρξη: Οι ιδιότητες ενός φυσικού συστήματος καθορίζονται μόνο μετά την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης. Όταν οι ιδιότητες του συστήματος δεν είναι ακόμη καθορισμένες, το σύστημα δεν είναι πραγματικό, αλλά μόνο μια ιδέα, μια υπόθεση. Μόνο όταν συμβεί η κατάρρευση, οι ιδιότητες γίνονται πραγματικές επειδή αποκτούν μια οριστική τιμή.
• Το Λάθος της Ταυτόχρονης Παρουσίας: Το να υποθέτουμε ότι το σύστημα υπάρχει αλλά οι ιδιότητές του είναι ακαθόριστες δεν έχει νόημα, καθώς οι ιδιότητες είναι ένα εγγενές χαρακτηριστικό του ίδιου του συστήματος. Για παράδειγμα, δεν μπορεί να υπάρξει τρίγωνο με ακαθόριστες πλευρές. Η διαδεδομένη άποψη ότι ένα κβαντικό σωματίδιο βρίσκεται σε πολλά μέρη ταυτόχρονα είναι λανθασμένη και παράλογη, καθώς μια μη καταρρεύσασα κυματοσυνάρτηση περιγράφει άπειρες δυνατότητες και όχι ένα σωματίδιο που καταλαμβάνει άπειρες θέσεις ταυτόχρονα. Στην πραγματικότητα, φωτόνια, ηλεκτρόνια και κβαντικά σωματίδια γενικά είναι απλώς ονόματα που δίνουμε σε μαθηματικές εξισώσεις που περιγράφουν άπειρες δυνατότητες. Η κατάρρευση αντιπροσωπεύει τη μετάβαση από άπειρες υποθετικές δυνατότητες σε ένα πραγματικό γεγονός.

Ασυμβατότητα με τον Ρεαλισμό

Η κβαντομηχανική είναι ασυμβίβαστη με τον ρεαλισμό, ο οποίος υποθέτει τη συνέχεια των φυσικών αντικειμένων ανεξάρτητα από την παρατήρηση ή τη μέτρησή τους. Δύο βασικά εμπόδια εμποδίζουν τη συμφιλίωση:

1. Η ασυνεχής ύπαρξη των φυσικών ιδιοτήτων.
2. Η μη αναγωγιμότητα της κατάρρευσης στις αλληλεπιδράσεις που περιγράφονται από την εξίσωση Schrödinger.

Αυτά τα εμπόδια είναι ανυπέρβλητα και γι' αυτό ο Αϊνστάιν δεν αποδέχτηκε ποτέ την κβαντομηχανική. Η υπόθεση μιας υποκείμενης φυσικής πραγματικότητας ανεξάρτητης από το νου είναι εντελώς άχρηστη και δεν υποστηρίζεται από καμία ορθολογική ή εμπειρική απόδειξη.

Ο Ρόλος της Συνείδησης

Καθώς η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης παραβιάζει την εξίσωση Schrödinger, η αιτία της δεν μπορεί να αποδοθεί σε καμία συσκευή μέτρησης, καθώς αυτές, όπως και οι αλληλεπιδράσεις τους, περιγράφονται από την εξίσωση Schrödinger. Το μόνο γεγονός που γνωρίζουμε και είναι μη αναγώγιμο στην εξίσωση Schrödinger είναι η συνείδηση. Επομένως, τα πραγματικά γεγονότα μπορούν να υπάρξουν μόνο όταν η συνείδηση εμπλέκεται στη διαδικασία.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτό δεν σημαίνει σε καμία περίπτωση ότι ο παρατηρητής ή το μυαλό του δημιουργεί αυτές τις ιδιότητες και προκαλεί την κατάρρευση. Αυτή η υπόθεση θεωρείται "εντελώς παράλογη". Το ζήτημα είναι ότι πρέπει να υπάρχει μια συσχέτιση μεταξύ της ύπαρξης ενός γεγονότος και της αλληλεπίδρασης με έναν μη φυσικό παράγοντα (τον ανθρώπινο νου). Ωστόσο, η συσχέτιση δεν σημαίνει αιτιότητα.

Ο Ιδεαλισμός ως Λογικά Συνεκτική Ερμηνεία

Σε αντίθεση με τον ρεαλισμό, ο ιδεαλισμός προσφέρει μια λογικά συνεκτική ερμηνεία της κβαντικής φυσικής και παρακάμπτει την ανάγκη για έναν φυσικό μηχανισμό για την κατάρρευση. Στην ιδεαλιστική προοπτική, δεν είναι απαραίτητη καμία αιτία για την κατάρρευση.

• Ο Θεός και η Πραγματικότητα: Ο ιδεαλισμός υποθέτει ότι δεν υπάρχει ανεξάρτητη από το νου φυσική πραγματικότητα και ότι η φυσική πραγματικότητα υπάρχει μόνο ως μια ιδέα στο νου του Θεού. Ο Θεός δημιουργεί άμεσα στο μυαλό μας τα φαινόμενα που παρατηρούμε, και κάθε παρατηρούμενο φαινόμενο είναι μια νοητική εμπειρία. Σε αυτή την άποψη, η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης είναι απλώς μια αναπαράσταση της πράξης δημιουργίας του παρατηρούμενου φαινομένου, μια πράξη που ο Θεός εκτελεί απευθείας στο μυαλό μας. Η κατάρρευση είναι ένα στοιχείο του αλγορίθμου που έχουμε αναπτύξει για να κάνουμε προβλέψεις και να περιγράψουμε τα φαινόμενα που παρατηρούμε.

• Ο Ιδεαλισμός του George Berkeley: Αυτή είναι ουσιαστικά η άποψη του φιλοσόφου George Berkeley, όπου ο Θεός δεν είναι μόνο ο Δημιουργός, αλλά και ο Συντηρητής του σύμπαντος. Ο ιδεαλισμός του Berkeley είναι μια ισχυρά λιτή άποψη (parsimonious), καθώς παρέχει ταυτόχρονα μια εξήγηση τόσο για την ύπαρξη της νοητικής εμπειρίας όσο και για την αποτελεσματικότητα των μαθηματικών στην πρόβλεψη των φυσικών φαινομένων. Η επιστήμη έχει δείξει ότι ορισμένα μαθηματικά μοντέλα (οι "νόμοι της φυσικής") είναι πολύ αποτελεσματικά στην πρόβλεψη του τι παρατηρούμε στη φύση, παρόλο που αποτελούν καθαρή κατασκευή του ανθρώπινου νου και δεν περιγράφουν καμία υποκείμενη φυσική πραγματικότητα.

• Συνέπεια με την Κβαντική Φυσική: Ο ιδεαλισμός του Berkeley συνάδει επίσης με το γεγονός ότι η κβαντική φυσική υπονοεί ότι οι φυσικές ιδιότητες έχουν καθορισμένες τιμές μόνο σε απομονωμένες στιγμές, έτσι ώστε η πραγματικότητα να μην περιγράφεται ως ένα συνεχές γεγονότων, αλλά ως μια σειρά απομονωμένων γεγονότων. Από αυτή την οπτική, αυτό που αποκαλούμε "σύμπαν" είναι μόνο το σύνολο των αισθητηριακών μας αντιλήψεων, και η ιδέα ότι υπάρχει μια εξωτερική φυσική πραγματικότητα ανεξάρτητα από το νου είναι μόνο το προϊόν της φαντασίας μας. Με άλλα λόγια, το σύμπαν είναι σαν ένα συλλογικό και διαδραστικό όνειρο που δημιουργείται από τον Θεό στο μυαλό μας.

Συμπέρασμα

Η κβαντική φυσική έχει αποδείξει ότι όλες οι πιθανές περιγραφές μιας υποθετικής υποκείμενης φυσικής πραγματικότητας είναι ασυμβίβαστες με τα πειραματικά δεδομένα. Ως εκ τούτου, ο ιδεαλισμός αναδεικνύεται ως η πιο ορθολογική προσέγγιση. Παρέχοντας ένα πλαίσιο όπου η πραγματικότητα συνδέεται άμεσα με τη νοητική εμπειρία και εξηγώντας την αποτελεσματικότητα των μαθηματικών ως εργαλείο περιγραφής της θείας δημιουργίας, ο ιδεαλισμός του Berkeley προσφέρει μια συνεκτική και παρσιμόνιο λύση στα βαθιά φιλοσοφικά προβλήματα που θέτει η κβαντική μηχανική.

Εδώ διαβάστε ένα άλλο σχετικό άρθρο

Διαβάστε εδώ περισσότερα και παραπλήσια άρθρα