Mala povijest determinističkog kaosa (II.)

…nastavak članka “Mala povijest determinističkog kaosa (I.) “…

Početak krize: Heisenbergovo načelo neodređenosti

Kad je Max Planck objavio svoje radove rođena je nova znanstvena disciplina, kvantna mehanika. Daljnjim proučavanjem došlo se do nevjerojatnih rezultata, nepojmljivih ljudskoj intuiciji. Naša osjetila, naša logika i naš matematički zor bili su nemoćni pred neobičnim ponašanjem subatomskog svijeta. Ipak, ma kako nezamislivi bili, ti rezultati su realni.

Jedan od najpoznatijih postulata potekao iz te branše je upravo Heisenbergovo načelo neodređenosti. Ono pojednostavljeno kaže da ako s velikom preciznošću mjerimo (ili čak definiramo) položaj neke čestice (npr. elektrona) tada preciznost kojom možemo znati njenu brzinu u istom trenutku opada. Ovo ne ovisi o tome imamo li ne znam kako naprednu tehnologiju mjerenja ili ne znam što… To je jednostavno činjenica koja je ugrađena u subatomski svijet. Naglašavam da to nije stvar mjerenja: čak i u čisto teoretskom modelu beskrajno preciznih veličina nije moguće definirati dvije karakteristike iste čestice s beskrajnom točnošću. Ako jednu od njih dobijete potpuno točnu, druga veličina će biti toliko netočna da ste je isto tako mogli slučajno odabrati.

Fight the quantuum evil!!! 

Striček Einstein je prvi ukazao na to da postignuća kvantne mehanike prijete općem determinizmu i pokušao dati alternativno tumačenje rezultata kvantne mehanike. Koliko za sada znamo, ovo je jedna od stvari kod kojih nije bio u pravu.

U današnje doba zanimljivo je spomenuti i Hawkingovu formulaciju iz “Kratke povijesti vremena”. Hawking ukratko kaže kako problem s neodređenošću dolazi do izražaja u trenutku kad valove pokušamo interpretirati u terminima brzine i položaja čestica. Kad bismo pretpostavili postojanje isključivo jednog oblika (vala?) i kad ga ne bi pokušali prilagoditi (interpretirati) kategoriji zamišljene čestice, problem s neodređenošću bi nestao. Hawking dakle ne negira neodređenost, ali joj daje relativni karakter. Promatra je kao pogrešku promatrača (nas) koji nije u stanju percipirati stvarno stanje stvari.

Kopenhagenško tumačenje (koje se često poistovjećuje s Heisenbergovim načelom i koje Einstein nije prihvatio) jednostavno kaže da na elementarnoj (subatomskoj) razini, kozmos ne postoji u determinističkoj formi već kao skup vjerojatnosti. Kvantna mehanika je dakle u stanju izračunati i predvidjeti ponašanje skupa nekoliko tisuća fotona, ali nije u stanju dati odgovor na pitanje o putanji svakog pojedinog fotona u tom skupu. Što nam to govori? Jednostavno je: beskonačno precizni početni uvjeti nisu ostvarivi. Jedan od postulata determinizma je ugrožen.

Kriza ipak nije bila sveopća. Kvantnomehanička načela i rezultati su jako važni na subatomskoj razini ali gube značaj u makro svijetu. U makro svijetu su ti utjecaji dovoljno maleni da bi bili zanemarivi. Determinizam je generalno sačuvan. Dodavanje na ignore listu još jedne sitnice ne mijenja bitno makroskopsku sliku kozmosa. Beskonačno točni početni uvjeti su nešto bez čega se može. Determinizam i počiva na činjenici da se bez njih mogu dobiti dovoljno precizni (upotrebljivi) rezultati.

Determinizam je preživio…

Kvantna mehanika je potresla determinističko poimanje kozmosa. Unatoč tome što je dala velike i bitne rezultate, dan danas je mnogi laici smatraju znanstvenom fantastikom, matematičkom tvorevinom bez temelja u prirodnom svijetu. To je dijelom zbog činjenice da se njeni rezultati često kose sa zdravim razumom, a dijelom zbog izrazite kompleksnosti predmeta koja obeshrabruje sve osim najupornijih. Ipak sama postignuća na tom polju nisu bitno uzdrmala sliku makro svemira. Stvari koje se događaju na kvantnoj razini često nemaju izravno opazivu posljedicu na makro razini. Jednadžbe koje koristimo na makro razini daju i dalje upotrebljive rezultate. Kad se ti rezultati ne poklope potpuno sa stvarnima,  često se desi da je objašnjenje za tu nepreciznost moguće pronaći na kvantnoj razini. Ispada da unatoč izrazito nedeterminističkoj slici kvantnog svemira, naš veliki svemir funkcionira deterministički. Nevjerojatna je činjenica da bilijarde harmoničkih oscilatora u jednom trenutku sinkroniziraju svoje vjerojatnosti i krenu svi jednim te istim putem te stvore uređene strukture koje je moguće opaziti na makro razini. I još k tome da te strukture budu stabilne i razvijaju stabilne i trajne veze među sobom koje se manifestiraju determinističkim ponašanjem ukupnog kozmosa. Vidjet ćemo da tome nije baš tako. Red je samo izolirana i sićušna pojava u moru kaosa.

…to be kontinjued…