A fizika kalandja

Determinizmus és kvantummechanika: a szabadság szintjei a fizikában

Az Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon

2015. május 26. - 38Rocky

 Rockenbauer Antal

Az EPR-paradoxon 

Több szálon fut a kvantummechanikai bizonytalansági elv értelmezése. Addig egyeznek az álláspontok, amíg nagyszámú részecske tulajdonságairól van szó, mert ekkor elfogadható a valószínűségekre alapozott statisztikai leírás. A kvantummechanikai korrespondencia elv szerint a határozatlansági törvények belesimulnak a makro-világban a klasszikus fizika determinizmusába. Más a helyzet, ha egyetlen foton, vagy elemi részecske tulajdonságait vizsgáljuk. Erre példa az Einstein, Podolsky és Rosen által felvetett gondolatkísérletek esete (EPR-paradoxon), melyek közül néhányat már tényleges kísérlettel is ellenőriztek.

A jelenséget két nagyon egyszerű esettel fogom szemléltetni. Ha egy üveglapra fényt bocsátunk, akkor annak négy százaléka onnan visszaverődik és 96 százaléka áthalad. Ha a fény fotonjait egyesével vizsgáljuk, akkor egymásután 100 fotonból négy fog visszaverődni és 96 halad át rajta. De mi dönti el, hogy egy kiválasztott foton esetén mi fog történni? A másik példa a neutronbomlás esete. A kísérletek szerint a szabad neutronok negyedóra alatt bomlanak el, amikor az átalakulás során egy proton képződik egy-egy elektron és (anti)neutrínó kiválása mellett. Ha nagyszámú neutront vizsgálunk, akkor a bomlási idő egy statisztikai paraméter, de ha kiválasztunk egyetlen neutront, akkor nem tudjuk, hogy mikor fog bomlani. Lehet, hogy azonnal, lehet hogy félóra múlva, de az is lehet hogy napokat, hónapokat kell várni, amíg a bomlás bekövetkezik. A kvantummechanika csak valószínűséget ad meg, de az egyes fotonok, részecskék sorsáról nem ad felvilágosítást. Mi dönti tehát el az egyes fotonok, részecskék sorsát? Eszerint a mikrovilág folyamatait a véletlen irányítaná és csak a makroszkopikus folyamatokban uralkodnának determinisztikus törvények? A fizikai diszciplínák alapelve a reprodukálhatóság: ha azonos körülmények között végezzük el a kísérletet, akkor az eredménynek is azonosnak kell lenni. Erre alapozzuk a fizikai törvényeket is. Einstein végig vitatkozott avval az állásponttal, hogy a mikrovilágban a véletlen határozná meg az események sorsát, nevezetes mondása szerint „Az Isten nem kockajátékos”. Az volt az álláspontja, hogy a kvantummechanika nem teljes elmélet, kell lennie valamilyen rejtett paraméternek, amelyik eldönti, hogy mi történik a mikro-folyamatokban.

 

Gondolatkísérletek egyedi fotonokkal

Nézzünk meg néhány példát az EPR-paradoxonra, foglaljuk össze az evvel kapcsolatos nézeteket és kíséreljük meg a jelenségek újraértelmezését. A szóban forgó a példák többnyire elképzelt un. gondolatkísérletek, bár hála a technikai fejlődésnek, néhányat már sikerült megvalósítani. Vetítsünk fényt egy üveglapra és helyezzünk el két detektort, az egyik vizsgálja a visszavert fényt, a másik pedig, ami áthalad az üveglapon. Ha egyesével lőjük ki a fotonokat, akkor mindig csak a két detektor egyike adhat jelet. Erre a példára már utaltunk az előzőekben. De válasszunk egy összetettebb elrendezést! Legyen a foton forrás egy gömb középpontjában és helyezzünk el minden irányban egy detektort. Ekkor is, ha egyetlen fotont bocsátunk ki, csak egyetlen detektor adhat jelet. Az einsteini nézőpont szerint a két példa azt bizonyítja, hogy a kvantummechanika nem teljes, szükség lenne rejtett paraméterekre. A koppenhágai iskola viszont avval érvel, hogy a kvantummechanikai kép a detektálás előtt a potenciális valóságot írja le, míg a detektálás pillanatában a hullámfüggvény redukálódik és a lehetséges állapotok közül egyetlen egy valósul meg. Ez a magyarázat azonban nyitva hagyja a kérdést: hogyan valósul meg ez a rejtélyes redukció, honnan tudja a sok néma detektor, hogy hallgatnia kell?

Ha a fotonok interferenciáját leíró hullámmechanikai képet kiterjesztjük a fotonok és elektronok kölcsönhatásának leírására és újragondoljuk a térről és időről alkotott fogalmainkat a mikrovilág folyamataiban, akkor megérthetjük a jelenséget. A foton hullámtermészetét leíró matematikai függvényben szerepel a frekvencia és a fázis: exp(if) = exp(i(wt+f0)). A fázisnak fontos szerep jut a fényinterferencia leírásában. Sikerült kísérletileg bizonyítani, hogy nem csak a foton, hanem az elektron, az atomok és a kisebb molekulák is interferenciát hoznak létre, azaz rendelkeznek hullámtulajdonságokkal, ami szintén jellemezhető valamilyen exp(iF) = exp(i(W t+F0)) alakú hullámfüggvénnyel. Ha viszont a foton és elektron interferencia jelenségeit a f illetve a F fázisuk határozza meg, akkor miért ne játszhatna szerepet a ez a két fázis, amikor az elektron és foton egymással kerül kölcsönhatásba? Ha a két fázis egyezik, létrejön a kölcsönhatás, ha jelentősen eltér, akkor nem. Minden egyes detektorban elektronok vannak, az a detektor fog megszólalni, ahol az elektron fázisa a legjobban egyezik a fotonéval, amikor éppen odaérkezik. Amikor a forrásunk emittál egy fotont, nem ismerhetjük a fázisát, úgyszintén ismeretlen előttünk, hogy a detektorokban éppen mekkora az egyes elektronok fázisa. Emiatt csak azt tudjuk megmondani, hogy az egyes detektorok mekkora valószínűséggel szólalnak meg. Ezt a valószínűséget írja le a kvantummechanika! Úgy is fogalmazhatunk, hogy nem vagyunk képesek két kísérletet úgy végrehajtani, hogy a kezdő feltételek azonosak legyenek a fázisok ismeretlensége miatt. Így a kísérletek várható eredményét úgy tudjuk megmondani, ha számba vesszük a lehetséges fázisokat egy valószínűségi faktorral és erre átlagolunk. Ez felel meg a kvantummechanika módszerének, amikor az állapotfüggvénnyel képzett integrállal meghatározza az egyes fizikai operátorok várható értékét.

 

A hullámfüggvény redukciója és a fiktív tér

További kérdést vet fel, hogy a gömbhullámban terjedő foton miként koncentrálódik egyetlen pontba a kölcsönhatás révén, azaz hogyan vesz fel a foton korpuszkuláris tulajdonságokat? Ezt a kvantummechanikai jelenséget nevezi a koppenhágai iskola a hullámfüggvény redukciójának. Az értelmezést a fiktív tér fogalmának bevezetésével adhatjuk meg. Abból induljunk ki, hogyan alkotja meg gondolkozásunk a tér, tehát az irányok és távolságok fogalmát. Minden pillanatban rengeteg információ ér minket, amit a környezetünkből érkező fotonok hoznak létre a szemünkben, ami aztán az idegpályákon keresztül eljut az agyunkba. Itt a hangsúly a fotonok nagy számán van: azért beszélhetünk valódi irányokról, mert agyunk összehasonlítja a különböző fotonoktól szerzett információt. Ha teljes sötétségben lennénk elzárva a külvilágtól, nem volna értelme irányokról beszélni. Ez a helyzet a foton esetén is, ha nincs kölcsönhatásban, akkor nincsenek valódi irányok, csak lehetséges irányokról beszélhetünk. Más szóval a tér ebben az állapotban fiktív, amit azáltal vesz tudomásul a kvantummechanika, hogy a fény terjedését gömbhullámokkal írja le, azaz valódi irányok hiányában minden irányhoz azonos valószínűségi amplitúdót rendel. A hullámfüggvény redukciója tehát nem valamilyen fizikai állapotváltozás, hanem annak megjelenítése a matematikai formalizmusban, hogy a kölcsönhatás- és információmentes állapotból a foton átkerül az információt nyújtó állapotba. Ennek megfelelően a hullámtermészet a részecskék lehetséges állapota, míg a korpuszkuláris természet a kölcsönhatásban résztvevő részecske valódi megjelenési formája. 

 

Kétrészecske kísérletek és a Bell-egyenlőtlenség

Másik típusú paradoxont képviselnek a kétrészecske kísérletek, melyek a kezdetben csak gondolatkísérletek voltak, de később megvalósításra kerültek. Először Aspect végzett ilyen kísérletet, de vele egyező eredményre jutottak más szerzők is. Az Aspect-kísérletben két ellentétes irányban megfigyelt részecske (például egy elektron és pozitron), vagy két foton szerepel, melyeket a kibocsátás helyétől egyenlő távolságban detektálunk. A kísérletek célja az együtt kibocsátott fotonok polarizációs irányának meghatározása. Fotonok polarizációját vizsgálva Aspect és munkatársai azt találták, hogy a két polarizációs állapot, amit egyidejűleg detektáltak éppen ellentétes. A koppenhágai iskola ezt úgy interpretálja, hogy a kibocsátás után is állandó kontaktusban maradnak a fotonok, mintegy „összefonódva” és emiatt, amikor az egyik foton felvesz egy polarizációs irányt, a másik ehhez késlekedés nélkül „igazodik”. Ez a magyarázat viszont azt jelenti, hogy a fotonok közötti információcsere sebessége meghaladja a fény sebességét! De ez csak a fotonok információcseréjét jelenti, a kísérletező erről nem tud, válaszolják erre a koppenhágai iskola követői és bevezetik az összefonódott részecskeállapotok koncepcióját, amely egyetlen egységnek tekinti a két részecskéből álló rendszert. Ez a koncepció a kölcsönhatások nem-lokális jellegének felel meg, azaz nem két pontszerű (vagy szűk térben lokalizált), hanem térben kiterjedt objektumok kölcsönhatásáról van szó. Evvel ellentétes az EPR által felvetett koncepció, amelyik a kvantummechanikában nem szereplő rejtett paraméterekkel magyarázná, hogy miért van rögzített kapcsolat a két foton polarizációja között. Ennek az elvi lehetőségnek kizárására komoly erőfeszítések történtek, legmesszebbre Bell jutott, aki egy összetett kísérletsorozat feltételezésével zárta ki a rejtett paraméterek létezését. Megállapítása szerint, ha létezne a polarizációt meghatározó rejtett paraméter, ez ütközne a kvantummechanika szabályaival, ugyanis a bizonytalansági elv miatt nem ismerhetjük teljes pontossággal a foton polarizációs irányát a képződéskor is, meg a detektáláskor is. Ez a nevezetes Bell-egyenlőtlenség. Más szerzők a rejtett paraméter koncepciót próbálják helyreállítani megkérdőjelezve Bell gondolatmenetének logikáját, amelyik egyrészt feltételezi a kölcsönhatás lokális jellegét, másrészt abból indul ki, hogy bármely gondolatkísérlet eredménye szükségszerűen egyértelmű (counterfactual definiteness).

Vizsgáljuk meg a rejtett paraméterek problémáját a fent ismertetett fiktív tér koncepció alapján. Bell gondolatmenetében van egy önkényes feltételezés, mely szerint a rejtett paraméter létezése egyet jelent az egyes részecskék abszolút polarizációjának mérhetőségével. Erre a feltételezésre azonban nincs szükség, elegendő a rejtett paramétertől annyit megkövetelni, hogy rögzítse a két részecske relatív polarizációját. A foton kibocsátásakor nem viszonyíthatjuk a polarizációs irányt a mérő műszer által kijelölt síkhoz, mert a kölcsönhatásban nem levő foton számára erről az irányról nincs információ, vagyis ebben az állapotban az irány fiktív! A két foton relatív fázisa azonban lehet rögzített, mert a megmaradási törvények miatt a két fázis ellentétes lesz, és ez megőrződik a továbbiakban is a frekvenciák azonossága miatt. Tehát nem tudjuk ugyan, hogy mi a kezdeti fázis a fotonok kibocsátásakor, de abban biztosak lehetünk, hogy a fázisok különbsége nem változik. Nincs szükség tehát elméleteket konstruálni az összefonódó fotonokról, vagy más részecskékről! Einstein a rejtett paraméterek feltételezésével arra a következtetésre jutott, hogy a kvantummechanika nem teljes, azt ki kellene bővíteni. Ilyen kibővítésre azonban nincs szükség, mert a hullámfüggvényben már szerepel a fázis, amely biztosítja a mérés determinisztikus kimenetelét. A mérést végző ugyan nem ismerheti ezt a fázist, amiért határozatlannak tekinti, de ez még nem jelenti azt, hogy ne létezne. A fázisnak tehát lényegesen fontosabb a szerepe, mint amit a ma elfogadott kvantummechanikai interpretáció tulajdonít neki! Nem csak arról van szó, hogy a fázis a szuperpozíció elve szerint létrehozza az optikai interferenciát, hanem ezen túlmenően rögzíti a relatív polarizációt az egyidejűleg kibocsátott fotonok számára, vagy más esetekben meghatározza, hogy mi lesz a kimenetele az egyedi elektronok és fotonok találkozásának.

Térjünk még ki a counterfactual definiteness (feltételezett meghatározottság) fogalmára. Ez abból indul ki, hogy lehetséges megadni egyértelműen a kísérletek kezdő feltételeit, és ha létezik valamilyen rejtett paraméter, az már a fotonok kibocsátásakor rögzíti a polarizációs irányt. Amint már utaltunk rá, ez azért nem fogadható el, mert kölcsönhatásmentes állapotban nem beszélhetünk valódi irányokról, továbbá minden elektron és foton individuális kezdő fázissal rendelkezik, amit azonban nem ismerhetünk, és emiatt nem tudjuk a megismételt kísérletben garantálni, hogy azonosak a körülmények. Ez okozza, hogy a kísérletek eredménye is változó lehet (például az egyik foton visszaverődik az üveglapról, a másik áthalad rajta).

A Fermi-statisztika az elektronok megkülönböztethetetlenségén alapul. Kimondja, hogy nem lehet két elektron azonos kvantummechanikai állapotban. Ellentmond-e ennek, hogy mi különböző elektronokról beszélünk az individuális fázisok miatt? Nem, mert a megvalósult kvantummechanikai állapotokban és átmenetekben már nem szerepel a hullámfüggvény fázisa, a kvantummechanika voltaképpen olyan elmélet, amelyik jól leírja a kísérleti eredményeket, de nem foglalkozik a kísérletek által meghatározhatatlan tulajdonságokkal, például az egyes elektronok, vagy fotonok fázisával.

 

Gömb kísérletek

Az Einstein által javasolt egyik gondolatkísérletben fényforrást helyezünk egy gömb közepébe, a gömb felszínén pedig detektorokat helyezünk el. Indítsuk el egyenként a fotonokat. Azt tapasztaljuk, hogy egyszerre csak egyetlen detektor fog megszólalni, de hogyan választja ki a foton, hogy melyik detektor szólaljon meg és miért marad néma a többi? A választ az irányfogalom fiktív jellege adja meg. Az irányt nagyszámú fotontól nyert információ alapján állapítjuk meg. Ugyanis ehhez „látnunk kell”, hol van a gömb közepén a forrás, úgyszintén „látnunk kell”, hol vannak a detektorok. Mindkét megfigyeléshez nagyszámú fotonra van szükség, amelyek a forrásból illetve a detektorokból érkeznek hozzánk. A mérés kiértékelésekor ezeket az előzetes információkat hasznosítjuk, tehát bár egyetlen foton útjáról beszélünk, valójában ennek irányát sok-sok más fotontól szerzett információval hasonlítjuk össze. Amikor lezárjuk a gömböt, hogy zavaró külső fény ne zavarja meg a mérést, akkor a detektálás előtt a forrásból kilépő foton számára még nincs értelme irányról beszélni. A kísérletet úgy is magyarázhatnánk, hogy a foton terjedésének van egy kitüntetett iránya, amiről mi nem tudunk, és ez az ismeretlen irány fogja kijelölni, hogy melyik detektor fogja a fotont detektálni. Fontos hogy megértsük, nem erről van szó! Valójában a foton mozgásának nincs iránya, az irány csak számunkra létezik, mert előzetesen feldolgoztuk azt a sok-sok információt, amit a berendezésről szereztünk. A foton „választása” az alapján történik, hogy melyik detektorban találja meg azt az elektront, amelyikkel a fázisa jól egyezik. Ennek megértése szükséges ahhoz, hogy értelmezzük a kétréses kísérleteket.

 

Kétréses kísérletek

Az EPR-paradoxon további esetét képviselik a kétréses kísérletek. A kísérlethez monokróm fényforrást használunk, amelyik két keskeny (a hullámhosszal összemérhető) résen halad át és egy fényérzékeny ernyővel vizsgáljuk a beeső fény intenzitását. Eddig a kísérlet nem több, mint a jól ismert interferencia jelenség megfigyelése: az optikai úthosszak különbsége által meghatározott helyeken fénymaximumokat és minimumokat észlelünk. A kísérlet akkor ad meglepő eredményt, ha egyesével indítjuk el a fotonokat, és külön-külön detektáljuk a felvillanásokat. Ebben az esetben ott tapasztalunk gyakrabban felvillanást, ahol interferencia maximum van és nincs felvillanás a minimum helyeken. Tehát nem az egyidejűleg kibocsátott fotonok közötti interferenciát látjuk, hanem az egyes fotonok saját magukkal lépnek interferenciába, ami arra mutat, hogy a foton egyszerre halad át mind a két résen! Ez azért történhet meg, mert a foton minden irányban egyforma valószínűséggel terjed (pontosabban a kölcsönhatás nélküli állapotban nincsenek irányok a saját rendszerében); és ha nem talál az ernyőn olyan elektront, amelyik elnyeli a fotont a fázisok egyezése miatt, akkor áthalad mind a két résen. Itt ismét arról van szó, hogy a tér fiktív jellege miatt a fény minden egyes fotonja gömbhullámokban terjed. Mindaddig, amíg a foton nem lép kölcsönhatásba az irányok és távolságok egyaránt fiktívek, ezért a fényterjedést úgy írhatjuk le, mintha a tér minden egyes pontjában újabb gömbhullám keletkezne, ez egyébként a Huygens által megfogalmazott hullámfront elvnek felel meg a klasszikus optikában. Ez az elv minden egyes pontra vonatkozik, tehát a két résre is, ezért jut át a foton egyidejűleg mind a két résen. Nézzük meg, hogy tényleg így van-e és helyezünk el egy-egy detektort mind a két rés mögött, de gondoskodjunk róla, hogy a detektorok után a foton változatlan elrendezésben érhesse el a fényérzékeny ernyőt. Ebben az esetben vagy az egyik, vagy a másik detektor fog megszólalni attól függően, hogy a foton melyik detektorban talál megfelelő fázisú elektront, ekkor viszont már azt tapasztaljuk, hogy az interferencia megszűnik, azaz a fényérzékeny ernyőn egyenletes eloszlásban jelennek meg a felvillanások. Az kiterjesztett fázisfogalom ismét magyarázatot ad a jelenségre. Amíg nem helyeztük el a két detektort a rések mögött, addig a foton mindkét irányban szállítja a fázis által hordozott információt, de amikor létrejön a kölcsönhatás az egyik detektorral, az abban lévő ismeretlen fázisú elektron megváltoztatja a foton eredeti fázisát, így a fényérzékeny ernyőre érve már nincs koherencia a két résen áthaladó foton fázisa között.

 

Kvantumelektrodinamika és a fiktív téridő

Fotonok és elektronok kölcsönhatásait a legáltalánosabb keretek között a kvantumelektrodinamika (QED) írja le. Ebben a tér- vagy precízebben mezőelméleti tárgyalásmódban a fotonokat és elektronokat, illetve azok anti-részecskéit a pozitronokat egyaránt oszcillátorok képviselik. Az elektronok állapotváltozásait mindig fotonok kibocsátása vagy elnyelése kíséri, de emellett olyan folyamatok is vannak, amikor egy foton elektron-pozitron párt hoz létre, vagy fordítva egy elektron és egy pozitron fotonokká sugárzik szét. Ez úgy jelenik meg a mezőelméletben, hogy az oszcillátorok száma változik, miközben egymásba alakulnak. Az elmélet sajátossága, hogy az elektromos és mágneses kölcsönhatásokat a töltéssel bíró elemi részecskék között virtuálisan képződő és eltűnő fotonok segítségével írja le. A virtualitás itt azt jelenti, hogy ténylegesen nem detektálhatjuk ezeket a fotonokat, de a számlájukra írjuk, hogy miért jönnek létre a vonzó vagy taszító kölcsönhatások az elektromos töltések és mágneses dipólusok között. Mivel ezeket a virtuális részecskéket nem detektáljuk így mozgásuk, állapotváltozásaik a fiktív téridőben valósulnak meg. Szemben a valódi téridővel, amelynek tulajdonságait szigorú szabályok korlátozzák – így például nem mehetünk vissza a múltba és nem lehet olyan hatás, amely gyorsabban terjedne, mint a fény vákuumban – a fiktív térben csak a matematika szabályainak engedelmeskedik minden. Ezért lépnek fel olyan lépések is a számításban, amikor megfordul az idő iránya (a virtuális elektron-pozitron részecskepár már képződése előtt kifejti hatását), vagy amikor a fotonok a fénynél sebesebben mozognak. A józanész számára gondot jelent ezért a QED megértése, de tudomásul kell venni, hogy más játékszabályok uralkodnak a fiktív téridőben, ahol nem érvényesül a determinizmus, ahol felborulhat az oksági elv is.

 

A neutron bétabomlása

Térjünk át egy további példára: mi határozza meg, hogy egy kiválasztott neutron mikor alakul át? A neutron összetett részecske, amit három kvark épít fel. Ezek a komponensek egymástól függetlenül végzik forgásaikat, rezgéseiket és sok-sok fordulatnak kell bekövetkezni, hogy a három fázis találkozzon olyan nagy pontossággal, hogy létrejöjjön az átalakulás. Ennek szemléltetésére képzeljük el, hogy valamikor az Univerzum kezdetekor megpendítettünk három húrt a zenei alaphang közelében, de eltérő frekvenciával és fázissal. A húrok hosszan-hosszan rezegnek akár tízmilliárd éven keresztül, amikor eljön a nagy pillanat és a három húr összecsendül és megtörténik az átalakulás. (Csak közbevetésül: milyen csodálatosan fejezi ki a csendül szó a csend és a hangok összetartozását). Nagyságrendben ilyen óriási számú fordulatnak kell bekövetkezni, hogy átalakuljon a neutron! Ezért van, hogy minden egyes neutron viselkedése a statisztika törvényeivel írható le.

 

A bizonytalansági reláció és a hullámfüggvény fázisa

 Az elmondottak értelmében a kvantummechanika adekvát fizikai elmélet, mert megadja a választ a megválaszolható kérdésre a valószínűségi leíráson keresztül, de nem foglalkozik megválaszolhatatlan kérdésekkel! A valódi térben lejátszódó minden mikro-folyamat tehát determinisztikus, csupán a megismerés korlátait tükrözi a bizonytalansági elv! Valójában nem lehet reprodukálható kísérleti körülményeket teremteni, mert az ott felhasznált fotonok, elektronok stb. előéletét nem ismerjük. A bizonytalansági elv egyik szokványos magyarázata, hogy a mérés során megzavarjuk a vizsgált rendszer állapotát, ezért nem lehet megmondani, hogy milyen volt az eredeti, mérés előtti állapot. Ez a magyarázat azonban nem teljes, mert ha a mérőberendezést és a mérendő objektumot egyetlen egységnek tekintjük, akkor a zavaró hatás is modellezhető. Ezért a magyarázathoz hozzá kell tenni, hogy azért nem látható előre a zavarás mértéke, mert ez az ismeretlen fázistól függ! A méréseinkhez fotonokat használunk, ha ezt pozíciómérésre alkalmazzuk, akkor a hullámhossz korlátozza a pontosságot. A hullámhossz két maximum távolsága, amivel lokalizálhatjuk a mérendő objektum helyét, de az ismeretlen fázis miatt ennél nagyobb pontosság nem érhető el. Az impulzusmérésnél az időegységre jutó hullámszám jelenti a korlátot szintén a fázis bizonytalansága miatt. Mivel a hullámszám és a hullámhossz szorzata a Planck-állandó, így a két mérés hibájának szorzata ez az állandó lesz. Hasonló gondolatmenettel értelmezhetjük az idő és energiamérés pontossága közötti relációt. A bizonytalansági elv tehát nem azt jelenti, hogy a mérendő objektum pozíciója és impulzusa határozatlan lenne, csupán az erről szerezhető információ pontosságának vannak korlátai.

 

A természet hierarchiája és determinizmus

Az elemi folyamatok tehát determinisztikusak, de következik-e ebből, hogy a teljes fizikai determinizmus világában élünk? Véleményem szerint nem! Ha ismernénk a testemben lévő összes elektron és más részecske fázisát és összes fizikai paraméterét, vajon ebből meghatározható lenne, hogy éppen mit gondolok? Aligha. A determinizmus csak az egyszerű elemi folyamatokra érvényes. Nagyon leegyszerűsítve beszélhetünk a mozgásformák egymásba ágyazott hierarchiájáról. Kezdve a szubatomi részecskék mozgástörvényeivel, amelyre ráépül az atomok világa, majd a molekuláké, ahol a kémia írja le a változások folyamatát a szervetlen és a szerves vegyületek területén. A hierarchia sajátja, hogy a sok-sok elemből felépülő struktúrák átrendeződési folyamatai csak részben vezethetők vissza az egyes elemi lépések determinisztikus szabályaira, a hierarchia minden szintjének megvannak a sajátos törvényei. Gondoljunk például arra, hogy milyen bonyolult reakciók mennek végbe a sejt osztódásakor, hogyan csavarodnak fel és le a DNS-szálak, hogyan történik a genetikai információ másolása. A folyamatok sohasem százszázalékosak, mert az egyes elektronok bizonyos fáziskombinációi a szokásostól eltérő utakat engednek meg. Ezért a fizikai és kémiai folyamatok legpontosabb ismeretében sem lehet a biológia folyamatokat és az élet eredetét egyértelműen levezetni. A genetikai kódok másolási hibái a biológia evolúciós törvényeiben jelennek meg. Az összetett folyamatok egymásra épülése egyre nagyobb szabadságot enged meg a folyamatokban, a véletlen egyre inkább teret nyer a determinizmussal szemben, és ez magasabb szinten már elvezet az emberi gondolkozás és cselekvés szabadságához, a szabad akarat megnyilvánulásához. Tehát pont az ellentéte igaz, annak a fizikuskörökben elterjedt felfogásnak (lásd Stephen Hawking és Roger Penrose: „A tér és az idő szerkezete”), hogy a kvantumfolyamatok határozatlansága felett egy determinisztikus makro-világ működik. Szerintem a kvantumfolyamatok determináltak, de ez megengedi, hogy a rendkívül összetett – az életet, az emberi tudatot és a társadalmat magában foglaló világban – színre lépjen a szabadság az elemi folyamatok szigorú determinizmusa felett.

A blog további begyzéseinek összefoglalóját lásd "Paradigmaváltás a fizikában"

A bejegyzés trackback címe:

https://afizikakalandja.blog.hu/api/trackback/id/tr437491840

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

biffco_ 2016.11.01. 18:59:10

1 .ez a foton-elektron fázis kölcsönhatás saját találmány? (csak kérdezem:))
2. a netutron "véletlen" bomlására a "huros" ötlet mások által is vázolt "megoldás" vagy szintén "saját". (nyilván szemléltetnél vmit ezzel, de nem a hurelméletre gondolok)
ezeket csak azért kérdezem mert olykor nem tudni hogy egyes dolgokat tovább gondolsz vagy csak "leirod" a kvantumechanika eddigi eredményeit

3. amugy sztem a determinizmus totálisan megvan minden szinten...ha abbol indulok ki hogy minden amiatt történik effektive mert mozog fizikailag A bol B pontba, a gondalataid is determinisztikusak, tulajdonképpen azok is ahhoz köthetőek hogy az elektronok amik az idegi ingerületet alkotják. momentumot kaptak és mozognak A-B pont között, (mi másbol - az ősrobbanásbol)...

38Rocky 2016.11.02. 08:07:27

A kérdésből az látszik, hogy nem eléggé hangsúlyoztam azokat az elképzeléseket, amelyek tőlem származnak. Azt akartam megvilágítani, hogyan lehetnek a mikro-folyamatok determinisztikusak a jelenleg elfogadott nézetekkel szemben és ennek érdekében a fázis fogalmából indultam ki. A kvantummechanika szerint a foton és a részecskék állapotában megjelenik a fázis és ez magyarázza a fotonok és más részecskék esetén is az interferenciát, de akkor miért ne játszhatna szerepet a fázis az elektronok és a fotonok kölcsönhatásában is? Ez utóbbi a tőlem származó magyarázat. Hasonló a helyzet a három kvarkból felépülő neutron bomlásában is. A kulcs mindig a fázisok jó egyezése. de ugyanakkor a fázis előttünk ismeretlen , ezért nem tehetünk mást, mint választunk egy olyan matematikai leírást, amelyik a valószínűség koncepciójára épül. Így született meg a kvantummechanika.
Ami a gondolkozás és a szabad akarat kérdését illeti, ott már nem merészkednék az egyértelmű fizikai determinizmus megfogalmazásáig.