Τυχαιότητα και κβαντομηχανική

Στις τρεις προηγούμενες αναρτήσεις είπαμε πολλά για την τύχη, αναφερόμενοι κυρίως στην τύχη της καθημερινής ζωής, στις συμπτώσεις, στις δυνατότητες, στο απίθανο, στο νόμο των πραγματικά μεγάλων αριθμών και τέλος στη θεωρία του χάους, όπου τα συστήματα που έχουν ευαίσθητη εξάρτηση από τις αρχικές συνθήκες διαφοροποιούνται με τέτοιο δραματικό τρόπο με το χρόνο ώστε το αποτέλεσμα, αν και ντετερμινιστικό, καταλήγει να είναι απρόβλεπτο και απροσδόκητο, δημιουργώντας αυτό που καταλήγουμε να λέμε στην καθημερινή μας ζωή, τυχαίο. Τέτοια συστήματα χαρακτηρίζονται από αταξία, ανομοιότητα και μη γραμμικές σχέσεις. Στην προηγούμενη ανάρτηση καταλήξαμε, σύμφωνα με τον Ilya Prigogine, ότι πραγματικά, το μεγαλύτερο μέρος της πραγματικότητας χαρακτηρίζεται ακριβώς από αυτή την αταξία, την ανομοιότητα και τις μη γραμμικές σχέσεις, γι αυτό και η ανάλυση των βιολογικών συστημάτων, όπως και η εξέλιξη της κοινωνικής ζωής, γίνεται όχι μόνο δύσκολη, αλλά σχεδόν αδύνατη. Όμως το μέγεθος της αταξίας και των μη γραμμικών σχέσεων σε έναν παράξενο ελκυστή, ο νους μας δύσκολα αντιλαμβάνεται, επειδή βρίσκεται στον μακρόκοσμο. Εκείνο που κυρίως δεν αντιλαμβάνεται είναι η συμπεριφορά της στοιχειώδους μορφής της ύλης, στην ευαισθησία δηλαδή της ελάχιστης ποσότητας της υλικής μάζας όπου το στοιχειώδες κβάντο της ύλης, το σωματίδιο, ταυτίζεται ή καλύτερα ισοδυναμεί με την ενέργεια, το κύμα. Ο μηχανιστικός υλισμός, δυστυχώς, διαχωρίζει την μάζα από την ενέργεια ωθώντας κάποιους σε παράξενες ατραπούς ιντετερμινισμού, όπως ο ενεργητισμός, διαστρεβλώνοντας την πραγματικότητα του είναι, αυτού δηλαδή που πραγματικά υπάρχει αυτούσιο, σαν ουσία της πραγματικότητας. Η κβαντομηχανική από τη μια φώτισε την πραγματικότητα, όμως από την άλλη δημιούργησε άλλα προβλήματα, ερμηνείας περισσότερο, όπου η τύχη και οι πιθανότητες ανέτρεψαν την αντίληψή μας για την αιτιότητα. Αυτό είναι το θέμα της σημερινής ανάρτησης. Μεγάλο θέμα για να αναλυθεί λεπτομερώς σε μια ανάρτηση, όμως θα σταθώ στα πιο ουσιαστικά και ενδιαφέροντα σημεία, δίνοντας μια συνοπτική εικόνα περιγραφής γύρω από την κβαντομηχανική και τα προβλήματα που εξ αιτίας της ερμηνείας της προκύπτουν.

Ανάμεσα στην κλασική φυσική και την κβαντομηχανική υπάρχει ένας κοινός παρανομαστής που λέγεται αιτιότητα, που κάνει όσους την ταυτίζουν με την αιτιοκρατία να αντιδρούν. Άλλο πράγμα όμως είναι η αιτιότητα και άλλο η αιτιοκρατία. Στο θέμα αυτό θα επανέλθουμε πιο κάτω. Εκεί που η μια φυσική διαφοροποιείται από την άλλη είναι στον ντετερμινιστικό της χαρακτήρα, όπου ο παράγοντας της τύχης μπαίνει εμπόδιο στους φυσικούς νόμους που απαρτίζουν τον μηχανιστικό και αιτιοκρατημένο χαρακτήρα της κλασικής φυσικής.

Στην κλασική φυσική το τυχαίο δεν ορίζει τους ντετερμινιστικούς νόμους παρόλο που η τυχαιότητα, όπως ήδη έχουμε πει, είναι ντετερμινιστική που κατανοείται μέσω της στατιστικής. Όσοι δεν έχουν ασχοληθεί με τη φιλοσοφία, επόμενο είναι στο σημείο αυτό να νιώσουν άβολα. Στην κβαντομηχανική όμως η τυχαιότητα εκδηλώνεται με την αβεβαιότητα και την απροσδιοριστία που χάριν του Χάιζενμπεργκ δίχασε την κλασική φυσική ακόμα περισσότερο. Κυρίως δίχασε τον τρόπο που σκεφτόμαστε, αφού στον αιτιοκρατικό μακρόκοσμο που ζούμε, η σύλληψη του αιτίου δείχνει την πορεία του εξελισσόμενου γεγονότος ενώνοντας όλα τα στιγμιαία κομμάτια στην διαδρομή του χρόνου. Φανταστείτε αν στη ζωή μας, τα γεγονότα, δεν ήταν αιτιοκρατημένα. Δεν θα μπορούσαμε να προβλέψουμε τις φυσικές διαδικασίες και να ελέγξουμε τις συνέπειες ώστε να προκαλέσουμε ή να αποφύγουμε ένα γεγονός. Τότε όλα θα τα εναποθέταμε σε υπερβατικές δυνάμεις και θεούς, δικαιολογώντας τα σαν την άφατη θέληση του Δημιουργού! Χωρίς μοτίβα, τίποτα δεν θα είχε την εξήγησή του. Επιστήμη δεν θα υπήρχε, αφού δεν θα είχαμε νόμους και η ζωή μας θα ήταν απρόβλεπτη, άχαρη και καταστροφική. Θα συνδέαμε φυσικά μοτίβα με όποιο αίτιο μας βόλευε προκειμένου να στηρίξουμε τη θεωρία μας, όπως κάνουν οι πιστοί με τα θαύματα και τις προβλέψεις ή όπως σκέφτονται οι συνομωσιολόγοι δημιουργώντας σενάρια πανικού και ανόητων θεωριών επειδή απλά έτσι τους βολεύει. Δυστυχώς όμως, ακόμα και σήμερα κατανοώντας τον ντετερμινιστικό μας κόσμο τόσο καλά και έχοντας ως εργαλείο την επιστήμη, τους νόμους και τα μοτίβα που αποκαλύπτουν την συμπεριφορά των φυσικών φαινομένων ακόμα υπάρχουν πιστοί και συνομωσιολόγοι που συνδέουν ασύνδετα πράγματα μεταξύ τους βγάζοντας λανθασμένα συμπεράσματα, ενώ θα έπρεπε να τα αποδίδουν στην τύχη, σε νόμους που δεν κατανοούν ή σε φαινόμενα που η επιστήμη ακόμα δεν κατάφερε να εξηγήσει. Βλέπεις, όταν δεν γνωρίζεις επαρκώς τους φυσικούς νόμους είναι αδύνατο να ξεχωρίσεις την επιστήμη από την μαγεία, το νόμο από το θεό και την πραγματικότητα από τον ιδεατό κόσμο του ιδεαλιστή, που συνεχώς σκοντάφτει σε συνομωσίες!

Εδώ πρέπει να αναφερθώ στον Λαπλάς και στον δαίμονά του για να δείξω τον απόλυτο ντετερμινισμό του. Μια ανώτατη νοήμων οντότητα που θα μπορούσε να συμπεριλάβει κάθε στοιχειώδη μονάδα και κάθε δύναμη σε ένα κλειστό σύστημα θα μπορούσε να προβλέψει κάθε κίνηση και αντίδραση και δεν θα ήταν τίποτα αβέβαιο και απρόβλεπτο για αυτόν, διότι οι νόμοι θα καθόριζαν την εξέλιξή του στο μέλλον. Προφανώς εδώ ο Λαπλάς νοεί ένα κουρδιστό Σύμπαν που κινείται αέναα μόνο από τους φυσικούς νόμους που καθορίζουν την εξέλιξή του. Πείτε τον «ντετερμινιστικό καθορισμό». Πολλές φορές οι φυσικοί φαντάστηκαν ένα τέτοιο Σύμπαν όπου ο άνθρωπος με τους νόμους του ήλπιζε ότι τα πάντα βρέθηκαν και δεν περίμεναν τίποτα πια να μένει άγνωστο από τον παντεπόπτη οφθαλμό του επιστήμονα. Μόνο όταν οι μετρήσεις έγιναν ακριβείς, αντελήφθησαν ότι οι μικρές διαφορές από το αναμενόμενο αποτέλεσμα μετατρεπόταν σε ολόκληρα χάσματα, μέσω των απρόβλεπτων και τυχαίων παρεμβολών, χωρίς να μπορούν να προσδιορίσουν εκείνη την αιτιακή σύνδεση. Όμως και τότε που η πολυπλοκότητα δημιουργούσε ανεπίλυτα προβλήματα, η επιστήμη κατάφερε να αντιμετωπίσει το πρόβλημα με την στατιστική και τους νόμους των πιθανοτήτων που ανακάλυψε. Πραγματικά, τότε έγινε κατανοητό ότι η τυχαιότητα και η προβλεψιμότητα αλληλοαποκλείονται! Το τυχαίο δεν είναι προβλέψιμο, διότι απλούστατα αν ήταν, δεν θα ήταν τυχαίο. Άρα την τυχαιότητα την κατανοούμε σαν νοητική ανεπάρκεια. Όμως, για σταθείτε: σε ένα χαοτικό σύστημα το αποτέλεσμα μας φαίνεται τυχαίο, όπου μια μαθηματική εξίσωση που συνδέει τις διαδοχικές καταστάσεις μπορεί να αποκαλύψει και το αποτέλεσμα και την αρχική εκκίνηση με αρκετή μπορώ να πω ακρίβεια. Να πώς γίνεται το «τυχαίο» να μπορεί να οριστεί από μια ντετερμινιστική εξίσωση, μια αρχή δηλαδή που να την καθορίζει! Πείτε την αν θέλετε «χαοτικό καθορισμό» οπότε θα ορίζεται από τους γνωστούς νόμους του χάους.

Επίσης, όπου απαιτείται μεγάλος αριθμός υπολογισμών οι νόμοι των πιθανοτήτων και της στατιστικής λύνουν το πρόβλημα, όπως για παράδειγμα στην τυχαία κίνηση των μορίων μέσα σε ένα κλειστό σύστημα (κίνηση Μπράουν). Μπορούμε στατιστικά να βρούμε την κατανομή τους συνολικά, όμως την μεμονωμένη διαδρομή ενός μορίου ανάμεσα στις συγκρούσεις των εκατομμυρίων άλλων μορίων αδυνατούμε να προσδιορίσουμε παρά μονάχα με την στατιστική, όπως ακριβώς και στην διάσπαση του ατόμου στον μικρόκοσμο, όπως θα δούμε πιο κάτω. Την αρχή αυτήν πείτε την «στατιστικό καθορισμό». Αυτός είναι και ο λόγος που ενώ οι βασικές αρχές της τυχαιότητας απορρέουν από την κοινή λογική, στην καθημερινή μας ζωή δεν μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε επειδή αποδεικνύονται αντίθετες από την διαίσθησή μας. Η αιτία της κίνησης Μπράουν φαίνεται σαν μια δύναμη που αναδύεται από τα μοτίβα της τυχαιότητας! Η τυχαιότητα λοιπόν κρύπτεται τόσο από τη φύση, όπως έλεγαν οι Υλιστές φιλόσοφοι της αρχαιότητας, όσο και από την διαίσθησή μας στην καθημερινή ζωή. Γι αυτό η επιστημονική αλήθεια πρέπει να εξάγεται και από την εμπειρική παρατήρηση, κυρίως αυτή που εξάγεται μέσω πειραμάτων και όχι απ’ όσα υπαγορεύει η διαίσθησή μας και βρίσκει βολικά ο νους για να φτιάχνει σενάρια, όπως οι πιστοί και οι σημερινοί συνομωσιολόγοι που συνδέουν αναίτια γεγονότα που τους βολεύουν! Στην κβαντική φυσική όμως η επιστημονική αλήθεια δεν μπορεί να εξαχθεί από την εμπειρική παρατήρηση, αφού η παρατήρηση, δηλαδή η μέτρηση, καταστρέφει το αποτέλεσμα, καταρρέοντας την κυματοσυνάρτηση όπως θα λέγαμε στην κβαντομηχανική. Δεν είμαι διατεθειμένος να μείνω σε αυτό γιατί θα έβγαινα από το θέμα της ανάρτησης. Το θέμα βρίσκεται αλλού: στο τυχαίο, την αιτιότητα, μέχρι και στην ελεύθερη βούληση, που θα κάνουμε λόγο στην επόμενη ανάρτηση.

Είναι αλήθεια ότι οι άνθρωποι έχουν εξαιρετικά μειωμένη αντίληψη της τυχαιότητας που όταν τη συναντούν δεν την αναγνωρίζουν, ούτε μπορούν να την προκαλέσουν. Επίσης εκτιμούμε λανθασμένα τον ρόλο της στη ζωή μας παίρνοντας πολλές φορές λανθασμένες αποφάσεις και ενάντια στο συμφέρον μας. Μέχρι στιγμής είδαμε πως εκδηλώνεται η τυχαιότητα στην καθημερινή μας ζωή, στον χώρο των μαθηματικών και στον μακρόκοσμο. Ας δούμε τώρα πώς εκδηλώνεται και στον μικρόκοσμο, στις στοιχειώδεις μορφές της ύλης και συγκεκριμένα στην ραδιενεργό διάσπαση, ώστε στη συνέχεια να δούμε και τα φιλοσοφικά προβλήματα που θα προκύψουν. Ένα υποατομικό σωματίδιο διαχωρίζεται σε άλλα σωματίδια. Αυτό το χαρακτηριστικό των ραδιενεργών στοιχείων λέγεται ραδιενεργός διάσπαση που ο χρόνος της είναι εντελώς απρόβλεπτος αφού αγνοούμε τους λόγους που την προκαλούν, την αιτία. Από εδώ και πέρα αρχίζουν τα προβλήματα, ιδιαίτερα ανάμεσα σε αυτούς που εκπροσώπησαν διαφορετικές σχολές σκέψης, όπως του Μπορ και του Αϊνστάιν. Ο πρώτος που εκπροσωπεί την Σχολή της Κοπεγχάγης παραδέχεται ότι ο χρόνος μπορεί να είναι απρόβλεπτος, όμως αυτό δεν οφείλεται απλώς στην άγνοιά μας, ούτε στην ανεπάρκεια των οργάνων μας, αλλά σε μια θεμελιώδη ιδιότητα της φύσης! Αυτό εξόργιζε τον Αϊνστάιν τονίζοντας ότι «ο θεός δεν παίζει ζάρια με το Σύμπαν» υπονοώντας φυσικά όχι το θεό αλλά τη ίδια τη φύση και παράλληλα ότι η άγνοιά μας βρίσκεται μάλλον στις αρχικές συνθήκες ενός βαθύτερου επιπέδου ύπαρξης ή σε λανθασμένες παραμέτρους που για την ώρα παραμένουν άγνωστες, αλλιώς ποια αιτία, τι είναι αυτό που επενεργεί για να διασπαστεί το άτομο σε μια οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή… γιατί να εκδηλώνεται αυθαίρετα; Γύρω από το θέμα αυτό πολλά έχουν λεχθεί με βασική αρχή την αβεβαιότητα του Χάιζενμπεργκ. Το θέμα αφορά τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των σωματιδίων για τα οποία δεν είναι εφικτό να γνωρίζουμε τη θέση τους και την ορμή ταυτόχρονα. Αν η διάσπαση σχετίζεται με την ορμή, αυτή ποτέ δεν θα την εντοπίσουμε αφού παίζει κρυφτό με τη θέση που καταλαμβάνει μέσα στο ραδιενεργό σώμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η ορμή ενός σωματιδίου, τόσο λιγότερο ακριβής θα είναι η θέση του και αντιστρόφως.

Εδώ δεν κάνουμε φυσική αλλά χιούμορ για την εμπέδωση της απροσδιοριστίας

Αντιλαμβάνεστε ότι εκεί που διαφωνούσαν οι πιο πάνω φυσικοί ήταν στην ερμηνεία του φαινομένου.

Τα απρόβλεπτα αυτά υποατομικά φαινόμενα η επιστήμη αντιμετώπισε με τα μαθηματικά, την γλώσσα της φύσης, περιγράφοντας τα σωματίδια, όπως για παράδειγμα στο ηλεκτρόνιο μέσω των κατανομών πιθανοτήτων ή νεφών πιθανοτήτων όπως συγκεκριμένα κατονομάζουν το φαινόμενο και σε αυτά αποδίδουν κάποιες συγκεκριμένες τιμές θέσης, ορμής και άλλων χαρακτηριστικών. Το παράξενο δεν είναι ότι τα χαρακτηριστικά αυτά υπολογίζονται πιθανολογικά, αλλά ότι μέχρι να μετρηθούν οι τιμές αυτές, η σχολή της Κοπεγχάγης θεωρεί ότι αυτά… δεν υφίστανται! Υπάρχουν μόνο αφού τα παρατηρούμε! Δυστυχώς, ο Αϊνστάιν στο θέμα αυτό αποτελεί την μειοψηφία μεταξύ των φυσικών της μοντέρνας φυσικής, χωρίς να σημαίνει ότι η ερμηνεία της πιο πάνω σχολής έχει και απόλυτο δίκιο. Ένα έχει σημασία για την ώρα ότι, άσχετα από την ερμηνεία, η φύση φαίνεται να οδηγείται όχι μόνο εμφανώς, αλλά και θεμελιωδώς από τυχαιότητα, αφού η αβεβαιότητα, σύμφωνα με την αρχή του Χάιζενμπεργκ, βρίσκεται στον ίδιο της τον πυρήνα! Οι νόμοι μέσω των οποίων αντιλαμβανόμαστε την κβαντομηχανική είναι πιθανοκρατικοί. Για τον Χάιζενμπεργκ το κβάντο και γενικά ο υποατομικός κόσμος δεν μπορεί να απεικονιστεί με την κλασική μηχανική, παρά μονάχα με μαθηματικούς όρους που ονομάστηκε μηχανική των μητρών στηρίζοντας τη φιλοσοφία του στην αρχή της αβεβαιότητας. Οι συχνότητες, το πλάτος, η ορμή και η θέση δεν έχουν τις ιδιότητες που γνωρίζουμε στην κλασική φυσική. Οι συγκεκριμένες τιμές ήταν μαθηματικοί όροι, όπως οι τελεστές στις συναρτήσεις, που αποκάλεσαν θεωρητικές κβαντικές ποσότητες.

Εκείνη την εποχή παράλληλα για τον ίδιο σκοπό αγωνιζόταν και ο Έρβιν Σρέντιγκερ περιγράφοντας το δικό του κβάντο σαν κύμα που εξελισσόταν όμως προβλέψιμα στο χρόνο σύμφωνα με τις γνωστές μας διαφορικές εξισώσεις. Αναζητώντας συντεταγμένες στον χώρο, το μόνο που κατάφερε να βρει ήταν κάποιες πληροφορίες σχετικά με τις πιθανότητες εμφάνισης των σωματιδίων που φαινόταν να είναι πιο εύχρηστες, αφού μαθηματικά τα κύματα ήταν απεικονίσματα με τις ιδιότητες της συχνότητας, του πλάτους και του μήκους κύματος αποκαθιστώντας δηλαδή την χωροχρονική κατάσταση των ατομικών γεγονότων. Στην κυματομηχανική του Σρέντιγκερ αυτό που κυμαινόταν ονομάστηκε «κυματοσυνάρτηση Ψ».

Εν ολίγοις στην κβατομηχανική χρησιμοποιούμε ακόμα όρους της κλασικής μηχανικής, όμως ο φορμαλισμός τους είναι άκρως μαθηματικός και φιλοσοφικός. Δεν υπάρχουν πια έννοιες «κύμα» και «σωματίδιο», «θέση» και «ορμή» που να αντιπροσωπεύουν έννοιες της κλασικής φυσικής, αν και έχουν προστεθεί νέες, όπως το σπιν και η στροφορμή. Ο κόσμος μας, πρέπει να το πάρουμε απόφαση, είναι φτιαγμένος από παράξενες οντότητες όπου σωματίδια και κύματα μπλέκονται με «τυχαιότητα» και αβεβαιότητα, αντικαθιστώντας την «λαπλασιανή αιτιοκρατία» με έναν «κβαντικό στατιστικό καθορισμό» ή όπως αλλιώς θέλετε πείτε το.

Κι όμως, η κυματοσυνάρτηση του Σρέντιγκερ είναι απόλυτα ντετερμινιστική, όπως οι διαφορικές εξισώσεις του Μάξγουελ. Ο Σρέντιγκερ την επινόησε έχοντας κατά νου την σχέση ενέργειας και συχνότητας του Πλανκ, την ορμή και το μήκος κύματος του Αϊνστάιν και την ατομική φυσική του Λουι ντε Μπρολί. Έτσι το τετράγωνο του πλάτους κύματος σε ένα συγκεκριμένο σημείο μας δίνει την πυκνότητα πιθανότητας ώστε να βρούμε ακριβώς εκεί το σωματίδιο. Προφανώς η όλη δυσκολία κατανόησης της εξίσωσης βρίσκεται στην δυαδική φύση των σωματιδίων που περιγράφονται ως κύματα! Όπως ο Τζων Γουίλερ περιέγραψε την σχετικότητα με τη φράση «η μάζα λέει στο χώρο να καμπυλωθεί και ο χώρος στη μάζα να κινηθεί» έτσι και στην κβαντομηχανική τα σωματίδια λένε στα κύματα από πού να αρχίσουν ορμώμενα και τα τελευταία λένε στα πρώτα που να βρεθούν στο χώρο! Όπως η θεωρία της σχετικότητας έκανε το πρώτο επαναστατικό βήμα από την κλασική φυσική, έτσι και η κβαντομηχανική δημιούργησε την σπουδαιότερη επιστημολογική κρίση με τον σπουδαιότερο αντιρρησία υπέρ της αιτιότητας τον Αϊνστάιν, που την θεωρούσε στοιχειωμένη επειδή αντιδρούσε παράξενα από απόσταση, αδιαφορώντας για την ταχύτητα του φωτός (μη διαχωρισιμότητα ή διεμπλοκή). Οι αντιθέσεις ανάμεσα στον Μπορ και τον Αϊνστάιν θα μείνουν επικές από το Ε΄ Συνέδριο του Σολβέυ το 1927 που δεν κατέληξαν ποτέ σε ένα κοινό συμπέρασμα, παρά τις απανωτές ήττες του Αϊνστάιν, αν και στο τελευταίο νοητικό πείραμα του Αϊνστάιν προβλημάτισε σοβαρά τον Μπορ μη μπορώντας να δώσει μια πειστική εξήγηση αφήνοντας ένα μικρό χάσμα στις έτοιμες απαντήσεις που επιφύλασσε συνήθως στον μεγάλο φυσικό της σχετικότητας.

Οι φυσικοί δεν μιλούσαν για νόμους, αλλά φιλοσοφούσαν για τη φύση των πραγμάτων και κυρίως, όπως στην περίπτωση του Αϊνστάιν, υπέρ της αιτιότητας και ενάντια στην απεχθή του «δράση από απόσταση» την λεγόμενη «μη τοπικότητα». Δεν ήταν όμως μόνο αυτά. Η υπέρθεση μετά το νοητικό πείραμα του Σρέντιγκερ με τη γάτα του ξανά πονοκεφάλιασε τους φυσικούς, αν και μια γάτα σε υπέρθεση ποτέ δεν πρόκειται να δούμε στον πραγματικό μας κόσμο, όπως ούτε θα διανοηθούμε να ζήσουμε σε πολλαπλά σύμπαντα, σαν αυτά που επινόησε ο Έβερετ προκειμένου να αποκαταστήσει την αιτιότητα και να απομακρύνει την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης. Έκτοτε ο δρόμος της μπουρδολογίας και της ανόητης «κβαντομηχανικής» άνοιξε από λογής λογής φιλόσοφους της πλάκας που σύνδεσαν την κβαντομηχανική ακόμα και με τον ανατολικό μυστικισμό (βλέπε Φρίτζοφ Κάπρα). Ο Αϊνστάιν είχε πεθάνει και ελάχιστοι φυσικοί ήταν διατεθειμένοι να υπερασπιστούν την αιτιότητα και την αντικειμενικότητα της φύσης αφού οι φυσικοί δεν αντιλαμβάνονταν ότι για να καταπιαστούν με τέτοια ζητήματα θα έπρεπε εκτός από τους νόμους της φυσικής να κατανοούν και την φιλοσοφία της φύσης. Μπορεί το φεγγάρι να υπάρχει ακόμα και όταν δεν το κοιτάζουμε, όμως πρέπει να παραδεχτούμε σαν πραγματικά και τα κβαντικά φαινόμενα παρόλο που στη σύλληψή τους φαίνονται τόσο παράλογα και εξωτικά. Οι επιστημονικές αλήθειες, είναι αλήθεια, απαιτούν μόρφωση και μεγάλη προσπάθεια για να κατανοηθούν, σε σχέση με την απλοϊκή πίστη και την παραμυθία του μυστικισμού που εύκολα προσφέρουν τον απλούστερο δρόμο στον αδαή μέσα στον δαιδαλώδη κόσμο της άπειρης πληροφόρησης και της μοναδικής, αν και σχετικής, αντικειμενικής αλήθειας!

Ήρθε και η ώρα να διακρίνουμε την αιτιότητα από την αιτιοκρατία, που όσοι χωλαίνουν από φιλοσοφία ταυτίζουν τις δυο έννοιες. Όλα τα φαινόμενα εκδηλώνονται αιτιακά ακριβώς επειδή οτιδήποτε συμβαίνει κάποιος λόγος υφίσταται. Φαντάζεστε έναν κόσμο που κάθε εκδήλωση ενός φαινομένου να μην είχε λόγο ύπαρξης και τα αποτελέσματα να μην είχαν την αιτία τους; Ασύλληπτη εκδοχή που βγαίνει από τα όρια της λογικής! Η αποδοχή αυτή λοιπόν καλείται αιτιότητα. Όμως η μορφή του προσδιορισμού της αιτιότητας λέγεται αιτιοκρατία. Έτσι λοιπόν στην μηχανική φυσική, στην στατιστική και την δυναμική (θερμότητα και ηλεκτρομαγνητισμό αντίστοιχα) όπως και στην θεωρία του χάους έχουμε μια ντετερμινιστική αιτιοκρατία, τα είπαμε αυτά στις προηγούμενες αναρτήσεις.

Ήρθε επίσης και η ώρα να δώσουμε μια περιγραφή της αιτιότητας προκειμένου να αντιληφθούμε τι διαφοροποιείται στην κβαντομηχανική ώστε η τελευταία να υπερβαίνει την έννοια του μηχανιστικού υλισμού που χωλαίνει την ερμηνεία της. Η κβαντική θεωρία απαιτεί εντελώς διαφορετικούς κανόνες προκειμένου οι μετρήσεις να δώσουν το αποτέλεσμα ενός στατιστικού συνόλου αφού δεν έχουμε να κάνουμε μόνο με ένα σώμα, το σωμάτιο, αλλά και με το αντίστοιχο κύμα που το συνοδεύει και είναι αναπόστατο τμήμα του. Ενώ δηλαδή στην μηχανιστική φυσική υπάρχει το σώμα στο περιβάλλον όπου κινείται, στην κβαντική φυσική σωμάτιο και περιβάλλον αποτελούν μια αδιαίρετη ολότητα. Αυτή η ενότητα γίνεται καλύτερα εμφανής όταν σε ένα σύστημα υπάρχουν πολλά τέτοια σωμάτια, σαν νέφος, που σαν την κίνηση Μπράουν, μόνο πιθανοκρατικά μπορούν να υπολογισθούν δημιουργώντας όμως μια τοπική αλληλεπίδραση που στην κβαντομηχανική εκδηλώνεται μη τοπικά όπου όλα τα μέρη εξαρτώνται από το σύνολο, όπως ακριβώς και κάθε κύτταρο του οργανισμού μας συνθέτει τα όργανα και όλα μαζί τον οργανισμό ολόκληρου του σώματός μας.

Μέχρι εδώ όμως οι αντιρρήσεις στόχευαν την ερμηνεία της Σχολής της Κοπεγχάγης όπου υφίσταται πρόβλημα πληρότητας της κβαντομηχανικής που προέκυψε από το 1935 με το πείραμα E.P.R. Σύμφωνα με τους Einstein, Podolsky και Rosen, για να είναι πλήρης μια θεωρία πρέπει κάθε στοιχείο της φυσικής πραγματικότητας να έχει ένα αντίστοιχό του στη θεωρία. Ακριβώς αυτή την συνθήκη καλούμε με τον όρο πληρότητα που αμφισβητεί και την μη τοπικότητα. Η θεωρία, λένε, δεν εξηγεί γιατί το σωμάτιο Β που δεν αλληλεπιδρά με το Α ή ακόμα και με το όργανο της μέτρησης, δημιουργώντας εκείνη την συνιστώσα του σπιν δεδομένου των απομακρυσμένων συστημάτων που βρίσκονται σε ασυμφωνία με την θεωρία της σχετικότητας την οποία και παραβιάζει. Η διαφωνία αυτή συνέχιζε να υποστηρίζεται από τον Αϊνστάιν που σαν αρχή της τοπικότητας, επιβεβαιώθηκε πειραματικά ενώ η θέση του Bohr είναι άκρως ασαφής που την συνέλαβε ad hoc. 

Με το πείραμα των ανισοτήτων του Bell αποκαλύφτηκε η μη τοπικότητα και με το πείραμα Aspect επιβεβαιώθηκαν οι προβλέψεις της κβαντομηχανικής και η κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης την στιγμή της μέτρησης.

Στην κβαντομηχανική λοιπόν απορρίπτεται ο γνωστός αιτιοκρατικός προσδιορισμός της κλασικής φυσικής αποδεχόμενοι μια πιθανοκρατική αιτιότητα που αναδύεται πιθανότατα από ένα υποκβαντικό επίπεδο μέσω λανθανουσών παραμέτρων (βλέπε Luis de Broglie, David Bohm, Jean-Pierre Vigier και άλλους).

Οι νόμοι είναι η έκφραση εσωτερικών και αναγκαίων σχέσεων που διέπουν την πραγματικότητα. Tα φαινόμενα όμως είναι το τελικό αποτέλεσμα των σχέσεων αυτών που εκδηλώνονται με έναν αφηρημένο μαθηματικό φορμαλισμό που ναι μεν απορρίπτει την αιτιοκρατημένη εξέλιξη του συστήματος παρέχοντας ένα πιθανοκρατημένο αποτέλεσμα όμως αιτία έχει ένα βαθύτερο επίπεδο, στον άγνωστο ακόμα υποκβαντικό κόσμο της ύλης.

Η παγιωμένη ερμηνεία της κβαντομηχανικής, σύμφωνα με την Σχολή της Κοπεγχάγης, πρέπει να βγει από το αδιέξοδο που θελημένα έχει παγιδευτεί, όπως χαρακτηριστικά λέει προλογίζοντας ο Luis de Broglie στο έργο του David Bohm «Causality and Chance in Modern Physics» (Αιτιότητα και πιθανότητα στη σύγχρονη φυσική) που στα Ελληνικά τιτλοφορήθηκε σαν «Αιτιότητα και τύχη στη Μοντέρνα Φυσική» από τις εκδόσεις Σύναλμα. Στην πρωτότυπη έκδοση του έργου, του 1984, καταβάλλεται κάθε δυνατή προσπάθεια να επανεξεταστούν τα θεμέλια του μικρόκοσμου και της ερμηνείας της κβαντομηχανικής υπέρ μιας αιτιακής επανερμηνείας της κβαντικής φυσικής, αναλύοντας σε βάθος την έννοια της τύχης δείχνοντας ότι σε κάθε στάδιο προόδου της γνώσης ξαφνικά συνειδητοποιούμε ότι βρισκόμαστε στο κατώφλι ενός βαθύτερου επιπέδου της πραγματικότητας που συνήθως μας διαφεύγει. Η ανακάλυψη όλο και βαθύτερων επιπέδων ύπαρξης, λέει ο Luis de Broglie, θα συνεχιστεί χωρίς κανέναν περιορισμό και γι αυτό οι σημερινές έννοιες της κβαντικής φυσικής για κανένα λόγο δεν πρέπει να θεωρούνται τελικές. Υπάρχουν περιοχές της πραγματικότητας σε μεγαλύτερο βάθος από αυτές που ήδη έχουν εξερευνηθεί.

Στο έργο του ο David Bohm αρχίζει δυναμικά και διαλεκτικά την ανάλυσή του τονίζοντας ότι στη φύση τίποτα δεν παραμένει σταθερό, τα πάντα βρίσκονται σε αέναο μετασχηματισμό, κίνηση και αλλαγή. Όλα τα πράγματα προέρχονται από άλλα και δημιουργούν άλλα πράγματα. Στην πολυπλοκότητα αυτή των μεταβολών υπάρχουν σχέσεις που διατηρούνται πραγματικά σταθερές. Η σταθερότητα αυτή δείχνει ότι οι σχέσεις είναι αναγκαίες. Οι αναγκαίες σχέσεις ανάμεσα σε αντικείμενα, γεγονότα, συνθήκες ή άλλα πράγματα σε δεδομένη χρονική στιγμή και σε μεταγενέστερους χρόνους ονομάζονται αιτιακοί νόμοι. Συνεπώς σε μια καθαρά αιτιακή θεωρία οι προσδιορισμοί υπόκεινται πάντα σε τυχαίες διαταραχές, οι οποίες προέρχονται από τις τυχαίες διακυμάνσεις οντοτήτων που υπάρχουν έξω από το πλαίσιο που πραγματεύεται η θεωρία. Η τύχη είναι ουσιώδης όψη κάθε πραγματικής διαδικασίας και μια ιδιαίτερη μορφή σύμπτωσης, ενώ η αιτιότητα ειδική αλλά πολύ κοινή μορφή αναγκαιότητας. Από την άλλη σύμπτωση (contingency) με την ευρύτερη έννοια, είναι αντίθετη της αναγκαιότητας. Να γιατί η ιδέα της ποιοτικής απειρίας της φύσης μας υποχρεώνει να εξετάσουμε τους νόμους της φύσης από την σκοπιά της αιτιότητας και της τύχης.

Μέχρι εδώ πρέπει να έχετε αντιληφθεί πόσο βολεύει σε έναν ιντετερμινιστή, αγύρτη ή τσαρλατάνο ένας κόσμος όπου τα φαινόμενα θα διαδραματίζονταν χωρίς αιτίες! Το θέμα μας όμως δεν είναι αν υπάρχουν ή όχι αιτίες. Σίγουρα υπάρχουν όμως πέρα από τον μακρόκοσμο που συνειδητοποιούμε, τα αποτελέσματα των αιτίων αυτών βρίσκονται πέρα από την γνωστή αιτιοκρατία. Βρίσκονται σε δομές και επίπεδα που το αποτέλεσμά τους μας γίνεται γνωστό στατιστικά και πιθανολογικά. Το αναγκαίο λοιπόν εκφράζεται σαν τυχαίο και αφού οι πιθανότητες εκφράζονται με την μαθηματική μορφή της τυχαιότητας, τότε συνακόλουθα εκφράζουν και δυνατότητες που εξελίσσονται σε πραγματικά γεγονότα κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες σαν προϊόν δράσης πολλαπλών αιτίων. Το πώς δημιουργήθηκαν οι νόμοι αυτοί μας εξηγεί θαυμάσια ο Δημήτρης Νανόπουλος στο βίντεο αυτό.

«Το σύμπαν είναι προϊόν μιας τυχαίας διακύμανσης που συνετέλεσε στην διαστολή του Σύμπαντος και εν συνεχεία αυτή η εκθετική διαστολή, μας δημιουργεί και τις ανομοιογένειες που με την διαστολή αυξάνονται και δημιουργούν τις δομές που βλέπουμε στο Σύμπαν».

Για να μην σας κουράζω όμως, περίπου στα 10.40 λεπτά της ομιλίας του στο βίντεο λέει κάτι πολύ σημαντικό.

«Στη θεωρία των χορδών οι έξτρα διαστάσεις, οι άλλες εφτά δηλαδή των τεσσάρων γνωστών μας διαστάσεων, με τον τρόπο που διπλώνουν καθορίζουν τους φυσικούς νόμους που υπάρχουν στο Σύμπαν». Πιστεύω ότι οι δομές και τα άγνωστα επίπεδα που δημιουργούν τις παρανοήσεις μας στον τρόπο που ερμηνεύουμε τα κβαντικά φαινόμενα οφείλονται σε αυτές τις διπλωμένες διαστάσεις. Προφανώς θέλει να πει, ότι τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται εντός των 11 διαστάσεων της θεωρίας των χορδών, ενώ εμείς που αντιλαμβανόμαστε μόνο τις τέσσερις, δικαιολογημένα «βλέπουμε» παράδοξα στην συμπεριφορά τους, ενώ στην ουσία πρόκειται για υποκβαντικά επίπεδα και δομές άγνωστες ακόμα, που να μας εκδηλώνονται σαν λανθάνουσες παράμετροι που τις αποδίδουμε στην τύχη και το παράδοξο!

Φτάνοντας προς το τέλος της ανάρτησης αυτής θα ήθελα να παραθέσω και ένα κομβικό σημείο που άπτεται της χαοτικής θεωρίας του Ilya Prigogine, που προσφέρει μια γέφυρα ανάμεσα στην θεωρία του χάους και την ερμηνεία της κβαντομηχανικής.

Σε ένα σύστημα που ισορροπεί, λέει ο Prigogine, τα μόρια κινούνται άτακτα προς κάθε κατεύθυνση, σύμφωνα με τη στατιστική κατανομή Maxwell-Boltzmann. Εάν τα θερμάνουμε θα προκληθεί θερμική αταξία, που είναι χαοτική. Όταν συνεχίζουμε την θέρμανση σχηματίζονται στρόβιλοι οι γνωστές κυψέλες του Benard. Η τάξη δημιουργείται μακριά από την ισορροπία.

Όπως βλέπουμε στο διπλανό σχήμα, σε ένα κρίσιμο σημείο λ, ενός συστήματος Ι, η αρχική κατάσταση γίνεται ασταθής όπου και προκύπτει μια διακλάδωση που οδηγεί σε δυο νέες ευσταθείς λύσεις, τους κλάδους Α και Β, που αντιστοιχούν σε μια νέα εμφάνιση τάξης, που εκφράζουν την δυνατότητα. Η τελευταία δεν φαίνεται να εξάγεται αιτιοκρατικά, αλλά πιθανοκρατικά. Γι αυτό και οι νόμοι του τυχαίου είναι αντικειμενικοί και η ίδια η τύχη, έννοια καθαρά επιστημονική που εκτός των νόμων καθορίζει και την πραγματικότητα που χαρακτηρίζεται από αταξία, ανομοιότητα, διακλαδώσεις και γενικά μη γραμμικές σχέσεις. Όμως, αυτές οι διαπιστώσεις, όπως λέει και ο Ilya Prigogine απαιτούν και μια διαφορετική διατύπωση των νόμων της φυσικής που να συμπεριλαμβάνουν την πιθανότητα και την άρση της χρονικής συμμετρίας. Στην ερώτηση αν το μέλλον είναι δεδομένο ο Prigogine λέει ότι δεν είναι, όμως βρίσκεται σε αέναη δημιουργία!

Η ύλη και η ζωή εμφανίστηκαν από μια μη αναστρέψιμη διαδοχή διεργασιών μακριά από την ισορροπία του συστήματος και μέσω διακυμάνσεων του πρωταρχικού κβαντικού κενού δημιουργώντας εντροπία. Συνεπώς, τα βιολογικά και τα κοινωνικά συστήματα είναι ανοιχτά και κάθε προσπάθεια να μελετηθούν με όρους μηχανιστικούς, λέει ο Prigogine, είναι καταδικασμένη σε αποτυχία.

Και θα καταλήξω με τον Ευτύχη Μπιτσάκη, διδάκτωρ φιλοσοφίας του πανεπιστημίου των Ιωαννίνων και υφηγητής θεωρητικής φυσικής του πανεπιστημίου της Αθήνας που τονίζει ότι η δυναμική μορφή αιτιοκρατίας ανέδειξε ταυτόχρονα και τα όρια της μηχανιστικής, όπου η διαλεκτική του αναγκαίου και του τυχαίου μας δίνει τα μέσα για να κατανοήσουμε την κατάσταση στην κβαντική μηχανική. Θεωρίες με λανθάνουσες παραμέτρους μπορεί να είναι πιθανοκρατικές, ενώ ταυτόχρονα θα επιτυγχάνουν μια περιγραφή πληρέστερη της σημερινής. «Το τυχαίο μετατρέπεται υπό κατάλληλες συνθήκες σε αναγκαιότητα. Ένας τεράστιος αριθμός αιτιοκρατικών συμβάντων είναι δυνατόν να αποτελούν το υπόβαθρο του στατιστικού συνόλου» («Η ύλη και το πνεύμα» σελ. 212). Η επιλογή ανάμεσα στην αιτιοκρατία και τον ιντετερμινισμό δεν είναι πρόβλημα προσωπικού γούστου ή μιας a priori επιλογής. Συνεπώς, επιβάλλεται από τις σημερινές γνώσεις και αφορά τα ίδια τα θεμέλια της φύσης!

Όπως είδαμε και στην ανάρτηση αυτή, η τύχη, φαίνεται να αναδύεται και στον μικρόκοσμο από βαθύτερα επίπεδα ύπαρξης, δημιουργώντας αβεβαιότητα και μη προβλεψιμότητα. Μετά από όλα αυτά, τι λέτε υπάρχει ελευθερία βούλησης και πώς συνδέεται και η ίδια με την τύχη;