A rejtélyes Univerzum és építőkövei

“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 labirintus-ban 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 "Az élő Világegyetem Könyve" c. művében hasonlóan ír erről, egy különös hasonlatot használva ("Benn élni egy lóban és benn élni egy Világegyetemben" szekció). 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 . - Ami a fizikai világképet teljesen felborí- totta, 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 “Csodaország” furcsaságai. Egyik ilyen furcsaság Werner Heisenberg határozatlansági tétele, amely szerint nem lehet egy részecske helyét és imimpulzusát egyszerre tetszőleges pontossággal megmérni, mert minél pontosabban mérjük meg az egyik para- métert, 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. 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. 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 időben visszafelé is haladhat, bizonyos átalakulások során – például a párképződés – előbb fejti ki hatását, mint amikor létrejön. Ez nemcsak a relativi- táselméletnek mond ellent, hanem a józan észnek is . Végül is mik az elektronok: részecskék, vagy hullámok? A határozatlansági elv nem teszi lehetővé, hogy ezt a kér- dést 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 ré- szecske és a hullám, mint fogalmak, kiegészítik egymást, miközben ellentmondanak egymásnak: a történés komple- menter képei.” Véleménye szerint ezek az összeférhetetlen tulajdonság-párok valójában ugyanazon valóság kiegé- szítő elemei. 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 ). Igaz, mindez matematikai konstrukció, de 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 ehhez kapcsolódó jelensége az ún. kvantum összefonódás. Az ilyen állapotú részecskepárok különösen viselkednek. Ha az egyikkel történik valami, - például egy adott fizikai tulajdonságukat megmérjük, bármilyen nagy tá- volságra is kerülnek egymástól - legyen az akár 10 méter vagy 10 milliárd kilomé- ter -, a párjuk azonnal (zérus idő alatt) reagál rá. A mérés sohasem független a másiktól, és alapjaiban határozza meg a másik részecske állapotát. A mérés pil- lanatában – a fizikusok szóhasználatával élve – a hullámfüggvény összeomlik, és az összefonódott részecskék mindegyikéről határozott információt szerzünk; azokról is, amelyek távol vannak tőlünk. 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 , amelyek meg- magyarázzák 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 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). 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 magyarázható más, determinisztikus elméletek segítségével, és nem egyszerűen a mi korlátozott tudásunkat jeleníti meg. A kvantummechanika azért ny újt valószínűségi jóslatokat, mert a Világyetem természete maga valószínűségi és nem determinisztikus . 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 ). 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.