Az Univerzum építőkövei nem fizikaiak?

“Nem az a misztikum, hogy milyen a világ, hanem az, hogy van”. (Ludwig Wittgenstein) “Több dolgok vannak földön és égen, Horatio, mintsem bölcselmetek álmodni képes..” (Shakespeare - Hamlet, I.5.) "Aki az egésznek tudója, az tudja a részletet is, de aki csak a részeket ismeri, annak fogalma sincs az egészról..." (Lukianosz)  Elvarázsolt kastély: labirintus "Virágot Algernonnak" Daniel Keyes regénye, melyből 1968-ban, majd 2000-ben filmváltozat is készült. Főszereplője Charlie, aki egy orvosi kisérletre szerződve, Algernonnal a kis fehéregérrel együtt agyműtéten esik át, minek következtében intelligencia-hányadosuk jelentősen megnő. A kisérlet sikerességét azon mérik, hogy Algernon mennyi idő alatt találja meg egy labirintusban a kivezető utat, és Charlie-nak is ugyanezt kell tennie. Algernon eleinte rendszeresen “megveri” ember-vetélytársát a labirintus próbában, később Charlie revansot vesz (az operáció zsenivé teszi, ám az idő múlásával visszakerül eredeti állapotába. Grandpierre Attila is hasonlóan ír erről - egy különös párhuzamot használva, amiben egy lóban élő tudós  próbálja megérteni a ló milyenségét (Grandpierre Attila írásai / A Világegyetem mindnyájunkat érintő, megfejtetlen talányai / A Világegyetem egységes fogalma). Richard Feynman Nobel-díjas amerikai elméleti fizikus ezzel kapcsolatban gyakran hivatkozott egy tetszetős hasonlatra: “Képzeljük el, hogy korábban sosem láttuk, hogyan játsszák a sakkot, mégis néhány játszma megfigyelése után ki tudnánk következtetni a játék szabályait. A fizikusok hasonlóképpen fejtik meg a természet alapelemeit uraló törvényeket és átalakulásokat." (Martin Rees : Csak hat szám). - Ezen érdemes elgondolkodni: így a sakk szabályait ugyan megtanulhatjuk, de ki tudjuk-e deríteni, hogy ki találta ki a sakkot, ki faragta ki a gyalogot vagy a királynőt? -- Hasonló kérdéseket tehetünk fel az Univerzummal kapcsolatban is. A tudomány – lévén folyamatos erjesztője az újszerű gondolatoknak – véleményem szerint valószínűsítheti az erre vonatkozó válaszokat, ha munkáját nyitottan , ideológiamentesen végzi (bővebben lásd az Élet oldalon).  Elvarázsolt kastély: varázsszőnyeg Látható világunk atomokból épül fel, az atomok pedig szubatomi részecskékből (foton, elektron stb.) , amelyekre a kvantumfizika törvényei érvényesek. Ezek a törvények azonban rendkívül különösek, ellentmondanak a mindennapi életünk tapasztalatainak, ez inkább Alice Csodaországa . - A kvantumfizika, vagy egészen pontosan a kvantummechanika a fizika egy olyan ága, ami teljesen ellentmond annak, amihez évszázadok alatt a szemünk szokott: az apró elemi részecskék lehetnek egyszerre két helyen, viselkedhetnek hullámként, és a megfigyeléstől függően változtathatják az állapotukat. Az elmélet tökéletes, de felfogni szinte lehetetlen . - Ami a fizikai világképet teljesen felborította, az nem is annyira a relativitáselmélet, hanem sokkal inkább a kvantumfizika. A fizikai Nobel-díjas Niels Bohr szerint akire nincs sokkoló hatással a kvantumelmélet, az nem értette meg, hogy miről is van szó. Szerinte nem tudjuk a kvantumelméletet megérteni, ha nem vesszük figyelembe az emberi tudat működését. “A kvantummechanika páratlan a fizikai elméletek sorában, amennyiben nyilvánvalóan különbséget tesz az általunk látottak és a valóság között. Ez különleges kihívást jelent a tudósok (és bárki más) elméjének, hiszen hozzászoktunk, hogy a látottakat minden további nélkül >>realitásként<< fogjuk fel, s ennek megfelelően adtunk magyarázatot a jelenségekre.” ( Sean Carroll ). A “Csodaország” furcsaságai. Egyik ilyen furcsaság Werner Heisenberg határozatlansági tétele, amely szerint nem lehet egy részecske helyét és impulzusát egyszerre tetszőleges pontossággal megmérni, mert minél pontosabban mérjük meg az egyik paramé- tert, annál pontatlanabbul tudjuk megmérni a másikat. Még ennél is furcsább jelenség a részecskék kettős természete, az, hogy egy részecske egyszer pontszerű objektumként, máskor pedig térben szétterülő hullámként viselkedik. A kvantummechanika szerint nemcsak a foton, hanem minden részecske, pl. az elektron vagy atom, hullám-természettel is rendelkezik. Ennek meggyőző illusztrálása a kétréses interferencia kísérlet (  lásd a videót) amelynek eredményét Richard Feynman a kvantummechanika legfõbb rejtélyének nevezte. Ebben a kísérletben a megfigyelő, illetve a kisérleti berendezés összeállítása döntően befolyásolja a mérési eredményt. Végül is mik a videóban szereplő elektronok: részecskék, vagy hullámok? A határozatlansági elv nem teszi lehetővé, hogy ezt a kérdést  megválaszoljuk, nemcsak a gyakorlatban, hanem elvileg sem. Érdekes ezzel kapcsolatban Niels Bohr ún. komplementaritási elve, amely lényegében a Heisenberg-féle határozat- lansági reláció ismeretelméleti formája. Ezt ő maga egyszerűsített módon a következőképp fogalmazta meg: „A részecske és a hullám, mint fogalmak, kiegészítik egymást, miközben ellentmondanak egymásnak: a történés komplementer képei.” Véleménye szerint ezek az összeférhetetlen tulajdonság-párok valójában ugyanazon valóság kiegészítő elemei. Van más abszurd dolog is? Igen, van! Richard Feynman nevezetes könyvében (QED: The strange theory of light and matter) azt írja, hogy az elektromágnesesség közvetítője, a foton olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelynek megértése a klasszikus fizika alapján nem lehetséges. A foton mozgása során úgy „tapogatja” le a pályáját, hogy kipróbál minden utat és egyes lépesekben gyorsabb, mint a fénysebesség, sőt i dőben visszafelé is haladhat , bizonyos átalakulások során – például a párképződés – előbb fejti ki hatását, mint amikor létrejön. Ez nemcsak a relativitáselméletnek mond ellent, hanem a józan észnek is . John Cramer tranzakciós elmélete szerint az elemi részecskék - még mielőtt elérik a fent említett kétréses kisérlet megfigyelő berendezését - már “tudják”, hogy a berendezés a hullám, vagy részecske arcukat tulajdonságukat akarja mérni, tehát az időben egy visszafelé ható okság figyelhető meg! (J. Gribbin : Schrödinger kiscicái és a valóság keresése - Sch1  Sch2 ). A következtetések arra mutatnak, hogy a tér és az idő, illetve az ok-okozat általunk megszokott kapcsolata az elemi részecskék szintjén esetleg nem, vagy másképp létezik . A jelenlegi kvantummechanikai tudásunk alapján az elemi részecskéket való- színűségi hullámként lehet leírni, és ezt a hullámfunkciót sok különböző való- színűségű, egyszerre létező állapot összeadódása, szuperpozíciója hozza létre. Amikor megpróbáljuk megfigyelni ezeket az egyszerre létező állapotokat, valami furcsa történik: csak egyet láthatunk. - De hogyan lesz  a sokféle lehetőségből egyetlen konkrét fizikai valóság ? A sokak által elfogadott magyarázat, a kvantummechanika koppenhágai interpre- tációja szerint semmi sem valóságos addig, amíg meg nem figyelik . Érdekes Fred Alan Wolf amerikai fizikus véleménye, mely szerint megfigyeléskor a szuperponált állapot nem omlik össze, hanem valamennyi állapot párhuzamosan létezik, és mi általában a  legvalószínűbb állapotok szuper-pozícióját (összegeződését) tapasztaljuk valóságként. A részecskevilágnak további bizarr jelensége az ún. kvantum összefonódás. Ha például két részecskét ugyanaz az esemény hozza létre - ilyen, amikor egy atom egyidejűleg két ellentétes irányban egy-egy fotont bocsát ki, - akkor azokat a szétválásuk után továbbra is rejtélyes kapocs köti össze annak ellenére, hogy közöttük már nem áll fönn semmiféle fizikai kapcsolat. Ha az egyikkel történik valami, - például egy adott fizikai tulajdonságukat megmérjük, bármilyen nagy távolságra is kerülnek egymástól - legyen az akár 10 méter vagy 10 milliárd kilométer -, a párjuk azonnal, zérus idő alatt! reagál rá. Az összefonódás, illetve a mérés a kutatók szemléletes példája alapján hasonlít egy cipő véletlenszerű kiválasztásához, ahol az egyik cipő azonosítása azonnal meghatározza a másik, illetve a teljes pár természetét, legyen a másik bárhol. Egy hasonló szemléletes példa egy képzeletbeli ikerpár telepátiájával magyarázza ugyanezt. - A jelenség azonban ellenkezik a relativitáselmélettel, amely szerint fénysebességnél gyorsabb hatás a természet- ben nem létezhet, tágabb értelemben pedig sérti a kauzalitásnak (az ok és okozat felcserélhetetlenségének) az elvét. -- A kvantummechanika különlegessége ugyanakkor, hogy a részecskéknek nincs meghatározott állapotuk, amíg nem kezdik mérni őket. Ha apró gömbökként képzeljük el a részecskéket, olyan mintha a két vizsgált gömb egészen addig szürke lenne, amíg valaki meg nem nézi az egyiket. Ekkor az véletlenszerűen feketének vagy fehérnek mutathatja magát, a másik gömb pedig azonnal ellenkező színűvé válik. Einstein a jelenséget „kísérteties távolhatásnak" nevezte, és ha el nem is vetette, ellentmondónak találta a klasszikus fizikában érvényesülő lokális realizmus alap- vetésével. Ez utóbbi szerint a részecskék képtelenek lennének a fénysebességnél is gyorsabban egymásra hatni nagy távolságban (lokalitás) , és az sem lehetsé- ges, hogy a mérés előtt ne rendelkeznének a mért állapottal (realizmus) . -- Ez utóbbi szerint a kvantumrészecskék fizikai állapota akkor is rögzített, amikor éppen nem mérjük, vagyis a valóság objektív és független a mi megfigyelésünk- től. -- Einstein úgy gondolta, hogy létezhetnek olyan rejtett változók , (EPR paradoxon) amelyek megmagyarázzák az ismertetett jelenséget a fénynél nagyobb sebességű utazás nélkül is . John S. Bell ír fizikus sokat foglalkozott a kérdéssel: a természeti folyamatok a lokális jellegnek engedelmeskednek-e - vagyis az azonnali távolba hatást kizáró módon, - vagy valamilyen nem-lokális jelleget követnek kvantumszinten. Egy 1964- ben publikált cikkében olyan kísérletre tett javaslatot, ami végre eldönthetné a kérdést. Henry Stapp fizikus véleménye szerint Bell tétele "a század legmély- rehatóbb természettudományos felfedezése". A technológia csak évekkel később fejlődött annyira, hogy a javaslatot meg is lehessen valósítani. 1970 - ben a Berkeley Egyetemen John F. Clauser és Stuart J. Freedman , majd 1982-ben Alain Aspect és kollégái a párizsi Egyetem Elméleti és Alkalmazott Optikai Tanszékén elvégezték a Bell kísérletet, amit azóta mások is elvégeztek hasonló eredménnyel, a mérés körülményeit tovább finomítva (lásd még a kvantumfizika titokzatos világa  videót , a kísérlet eredményét 49:00-től). - Megjegyzés: munkásságuk elismeréseként A.Aspect, J.F. Clauser és A. Zeilinger elnyerték a 2022. évi fizikai Nobel-díjat . 2016-ban az ún. Big Bell Test végleg eldönteni látszik a kérdést. E kísérletek tu- lajdonképpen a koppenhágai értelmezésnek ( Bohrnak ) adtak igazat Einsteinnel szemben. Az eredmények nem igazolták a lokális realizmust, a kvantumösszefonódást annál inkább. „Bebizonyítottuk, hogy Einstein lokális realizmusról alkotott átfogó elmélete, amely szerint a dolgok tulajdonságai a megfigyeléstől függetlenül is léteznek, valamint az az állítása, hogy semmi sem lehet gyorsabb a fénynél, nem lehetnek igazak – a két állítás közül legalább az egyiknek hamisnak kell lennie” – nyilatkozta a Live Science-nek Morgan Mitchell , a barcelonai Institute of Photo- nic Sciences kvantumoptika-professzora. Ezek szerint feltételezhető egy olyan forgatókönyv, amely szerint maga a megfigyelés is változtat a világon , illetve egy olyan, miszerint a részecskék oly módon kommunikálnak egymással, amit nem láthatunk vagy befolyásolhatunk. „Akár mindkettő lehetséges” – tette hozzá Mitchell. Másokat viszont az eredmények ennél is radikálisabb következtetések levo- nására ösztönözték. David Bohm, az University of London fizikusa például arra jutott, hogy Alain Aspect eredményei közvetve az objektív valóság cáfo- latát jelentik. Az univerzum kézzelfogható szilárd formája csupán látszóla- gos, a mindenki által megélt valóság valójában egy gigantikus hologram. A kutató érvelése szerint a valóság mélyebb rétegében a részecskék nem kü- lönálló egységek, hanem egy alapvető egész kiterjesztései. Az  azonnali kommunikáció valójában arról árulkodik, hogy a valóságnak a kézzelfogható- nál mélyebb rétegei is léteznek, ahol még az idő és a tér sem tekinthető alap- fogalomnak. A helymeghatározás minden formája csődöt mond olyan környezetben, ahol semmi sem válik el iga- zán a másiktól. Így az idő és a három dimenziós tér csak kivetülései a mélyebb rendnek. A nagyrészt Niels Bohrnak köszönhető koppenhágai értelmezést - az elmélet későbbi finomítását követően is - ma a fizikusok nagy többsége elfogadja. Eszerint a kvantummechanikai jóslatok valószínűségi természete nem magya- rázható más, determinisztikus elméletek segítségével, és nem egyszerűen a mi korlátozott tudásunkat jeleníti meg. A kvantummechanika azért nyújt valószínű- ségi jóslatokat, mert a Világyetem természete valószínűségi és nem determinisz- tikus. Einstein szerint az Univerzumban rend uralkodik, így kiszámítható törvényszerűségek irányítják. Ezért nem azonosult Heisenberggel (és Bohr -ral sem), aki az elemi részecskék mozgásának törvényszerűségeit kifürkész- hetetlennek tartotta. Bár Einstein maga fedezte fel a fény energiakvantumjait, idegenkedett a kvantumelmélet körében napvilágot látott hipotézisektől, amelyekben kaotikusnak látszó jelenségeket csak a statisztikai törvény- szerűségek foglalnak valamiféle rendbe. Híres mondása: Isten nem kocka- játékos (God does not play at dice ). Stephen Hawking: "Isten nemcsak kockázik, hanem néha oda is dobja őket, ahol nem láthatók". - Hawking kijelentése a kvantum-fizikában rejlő kiszámíthatatlan- ságról és bizonytalanságról szól. A kijelentés egyben válasz Einstein híres meg- jegyzésére: „Isten nem kockázik az Univerzummal”… Einstein egy determiniszti- kus Univerzumban hitt, amelyben ha ismernénk az Univerzum kezdeti feltételeit, meg tudnánk jósolni mindent, ami a jövőben fog történni. De a kvantummecha- nika, amely a részecskék legkisebb léptékű viselkedését írja le, megkérdőjelezi ezt a nézetet, mert a  véletlenszerűséget és valószínűséget tekinti alapnak. Elgondolkodtató Heisenberg véleménye: “Úgy gondolom, hogy a modern fizika egyértelműen  Platón javára döntött . Valójában az anyag legkisebb egységei nem fizikai tárgyak a közönséges értelemben; hanem formák, ideák, amelyek egyértelműen csak matematikai nyelven fejezhetők ki.” (I think that modern physics has definitely decided in favor of Plato . In fact the smallest units of matter are not physical objects in the ordinary sense; they are forms, ideas which can be expressed unambiguously only in mathematical language.) A mikorvilág furcsa jelenségei megszokott hétköznapi világunkban, a makrovi- lágban már nem tapasztalhatók, és ahogy egyre távolabb haladunk az atomok birodalmától, megszűnik ez a fajta furcsaság: erre próbál egyfajta magyarázatot adni a kvantumdarwinizmus elmélete (ha az eddigi információk után nem lettél még “agyilag zokni”, olvass bele). Akárhogy is van, a kvantummechanika működik, ezt bizonyítják például a félve- zetők, a lézer és maga az atomenergia is.  Ugyanakkor több, mint különös, hogy a szilárdnak látszó mindennapi világunk és az azt leíró fizika építménye a kvantumvilág rendkívül furcsa varázsszőnye- gén, “ingoványos” alapján áll (lásd még az 'Interaktív / holografikus modell olda- lon’ a keleti vallások blokkot). A kvantumelmélet alapfogalmaival, és a két világ különös kapcsolatával foglalkoznak Héjjas István a Kvantumfizika és a tudattalan, továbbá A kvantummechanika kialakulása és egyes filozófiai és pszichológiai vonatkozásai c. cikkei.