[STUDIU] O nouă erezie modernă și foarte subtilă ce are la bază fizica cuantică – ipoteza simulării

2.4. Experimentul celor două fante

– Trecem acum, continuă Mihai, la cel mai faimos experiment dintre toate, și anume la experimentul celor două fante. Imaginează-ți un paravan mare și solid, în care s-au tăiat două fante suficient de largi pentru a trece o minge de tenis prin ele, fără a atinge paravanul deloc. În spate se află o placă mare și solidă, fără niciun fel de găuri. Acum, dacă lansăm mingi de tenis spre paravanul mai sus menționat, observăm că mingile lovesc placa din spate în două zone distincte, corespunzătoare celor două fante.

Lansarea unor mingi de tenis prin două fante suficient de mari. Mingile lovesc peretele din spate doar în două zone distincte, exact în spatele celor două fante.

– Mai departe, continuă Mihai, dacă paravanul ar fi situat în apă, sau în orice alt lichid, am observa că un val se propagă diferit. Mai exact, valul pare să treacă prin ambele fante, iar apoi interferează cu el însuși pe partea cealaltă. Cu alte cuvinte, e ca și cum la cele două fante se formează două noi surse de oscilație, care produc două noi valuri perfect sincronizate.

Propagarea unor valuri prin două fante suficient de mari. Fiecare dintre cele două fante devine o nouă sursă de unde, care interferează apoi una cu alta. Când lovește peretele din spate, lichidul va avea un nivel variabil.

Mihai continuă:

– Să vedem acum ce se întâmplă dacă paravanul este mult mai mic, iar cele două fante sunt și ele mai mici și apropiate, cu dimensiuni comparabile cu lungimea de undă a unor particule elementare. Spre aceste două fante mici se trimite o rază de lumină sau un jet de particule elementare, electroni, atomi, sau chiar molecule mărișoare. Pe cealaltă parte, la o anumită distanță, se află o placă solidă, fără nicio deschidere. Dacă experimentul este făcut așa cum e descris mai sus, fără a adăuga nimic, pe această placă nu se formează două pete distincte, ca în cazul mingilor de tenis, ci se formează franje de interferență, ca în cazul valurilor. Explicația este foarte surprinzătoare: Particulele elementare, fotonii, electronii, protonii, și chiar unele molecule¹⁷ se mișcă prin aer ca o undă, și astfel produc pe ecran efecte similare interferenței undelor.

Franje de interferență pentru lumină (cele două de sus), și electroni (cele două de jos).

– Dar poate unele particule se lovesc de marginea fantelor, deviind puțin la stânga sau la dreapta, și poate astfel se formează acel model de linii verticale…

– Dacă lucrurile ar fi cum spui tu, atunci liniile verticale din spatele paravanului ar trebui să fie mai dezorganizate, mai împrăștiate. Oricum, fizicienii s-au gândit și la asta și au acoperit una dintre fante cu un obiect mic. Dacă rezultatul vizibil pe placa din spate ar fi produs de ciocnirea și devierea particulelor, atunci prin acoperirea unei singure fante liniile verticale ar trebui doar să scadă în intensitate. Dar în realitate, se întâmplă altceva: Când acoperim o fantă, liniile verticale dispar complet, și în locul lor rămâne una singură, corespunzătoare fantei rămase deschisă.

– Nu cumva particulele interacționează între ele? Adică nu cumva se lovesc una de alta, și astfel produc acele aparente franje de interferență?

– Fizicienii s-au gândit și la asta, și au efectuat experimente în care au lansat câte o singură particulă o dată. Rezultatul a fost același, după ceva timp, franjele de interferență au devenit vizibile.

– Bine, bine, zise Daniel, încerc să înțeleg… Deci particulele elementare sunt de fapt valuri? Valuri de ce? Valuri de eter? Credeam că teoria eterului a fost abandonată cu vreo sută de ani în urmă… Valurile au nevoie de un mediu în care să se propage, nu? De fapt, valurile nu sunt nici măcar obiecte reale; valurile sunt de fapt doar deformări ale mediului în care se propagă, sau comprimări și dilatări ale acestuia. În lumea reală, macroscopică, valurile nu au o existență fizică proprie, nu sunt obiecte de sine stătătoare, așa cum nici cuvintele rostite de mine și de tine nu sunt obiecte fizice reale.

– Fizicianul Max Born răspuns în 1926 la întrebarea ta astfel: Atunci când nu sunt observate, particulele se comportă ca unde, ca valuri de probabilități.¹⁸ Adică particula nu este o mică sferă microscopică invizibilă cu ochiul liber, ci este de fapt o undă de probabilități, cu dimensiunea mult mai mare. Acest lucru înseamnă că o particulă se poate afla peste tot în acea undă, ca și cum s-ar afla în mai multe locuri deodată. Dar când vei încerca să o găsești, adică atunci când vei încerca să o observi, să te uiți la ea, o vei găsi doar într-un singur loc exact, și va arăta ca un fragment minuscul de materie, cu diametrul de 8,768 x 10^-16 metri în cazul protonilor, și maxim 10^-18 metri în cazul electronilor.

– Ceva nu se leagă aici… Dacă de fiecare dată când decid să mă uit la un electron îl văd doar ca o sferă minusculă, de unde știu fizicienii că în restul timpului el este de fapt o undă, mare și confuză?

– E simplu, deoarece se comportă ca o undă, și lasă în urmă efecte persistente, vizibile, caracteristice undelor. În experimentul celor două fante descris mai sus, atât timp cât nu te uiți cu atenție la particule, ele se comportă ca niște unde și produc franje de interferență. Dar în momentul în care adaugi un detector de particule și încerci să vezi exact pe unde trec, particulele nu se mai comportă ca unde, ci ca obiecte fizice reale: Franjele de interferență încetează să se mai formeze, și în locul lor apar doar cele două pete distincte, corespunzătoare celor două fante.

– Ce înseamnă de fapt franjele acelea? Dacă fiecare particulă ajunge într-un singur loc pe placa din spate, conform undei de probabilități, înseamnă că unda respectivă are o formă foarte ciudată… Nu e nici măcar o sferă sau un nor, probabil arată ca un șir de cârnați.

Reprezentare grafică a undei probabilistice.

– Te-am prevenit, lumea cuantică nu pare să aibă niciun sens din punct de vedere al realității macroscopice. Dar hai să mergem mai departe. După cum tocmai ți-am spus, dacă adaugi un detector de particule, undele dispar și sunt imediat înlocuite de particule clasice. Aceasta se întâmplă chiar dacă particula ajunge la detector după ce a trecut prin cele două fante. Dar asta nu e totul. Ai auzit vreodată expresia „ștergător cuantic”?

– Niciodată, zise Daniel.

– Fizicienii au făcut următorul experiment: Au trecut o rază laser printr-ul cristal BBO, și astfel au obținut două raze legate, hai să le numim R1 și R2. Prima dintre ele, R1, au trecut-o apoi prin cele două fante menționate mai devreme și, evident, a produs franje de interferență. Apoi au adăugat în spatele unei fante un dispozitiv care polarizează fotonii într-un anume sens, și în spatele celeilalte fante un dispozitiv care îi polarizează în sens opus. Acum fotonii erau marcați, se putea spune clar pe unde au trecut, prin care fantă, din cauză că erau polarizați diferit. În terminologia științifică consacrată, se spune că fotonii aveau „which-path information”, adică informație despre calea parcursă. Evident, după această polarizare, franjele de interferență au dispărut, fiind înlocuite de doar două linii verticale, corespunzătoare celor două fante: fotonii au încetat să se comporte ca unde care treceau prin ambele fante simultan, și au început să se comporte ca particule clasice care treceau fie printr-o fantă, fie prin cealaltă. Acum vine însă surpriza. Folosind a doua rază, R2, ai cărei fotoni erau legați de fotonii din prima, fizicienii au schimbat polarizarea. Deoarece fotonii erau legați, forțarea unei anumite polarizări asupra celor din R2, a avut ca efect apariția polarizării opuse la fotonii din R1. Astfel, toți fotonii din R1 au dobândit aceeași polarizare, iar informația despre calea parcursă a dispărut. Și ce crezi că s-a întâmplat? Ștergerea informației despre calea parcursă a provocat re-apariția franjelor de interferență. Dar asta nu este tot. Ștergerea informației despre calea parcursă poate avea loc și după ce fotonii din R1 trecuseră deja și prin cele două fante și prin dispozitivele care le schimbau polarizarea și care, teoretic, îi forțau să redevină particule clasice.

– Vrei să spui că ștergerea informației despre calea parcursă poate modifica rezultatul unor evenimente care deja s-au întâmplat?

– Știu că sună absurd, dar exact asta pare să se întâmple; am să-ți explic mai pe larg imediat, când vom discuta despre observații și despre ipoteza retro-cauzalității. Am folosit cuvântul „pare” deoarece retro-cauzalitatea este doar o ipoteză, o presupunere la care s-a ajuns din cauza limitărilor noastre, adică din cauza faptului că nu putem ști cu exactitate ce se întâmplă acolo. Experimentele de acest gen se numesc „ștergătoare cuantice”¹⁹.

2.5. Ce este o „observație”?

– Bine, zise Daniel, înțeleg că în mecanica cuantică observația are un rol special, și schimbă comportamentul particulelor. Dar ce este de fapt o observație?

– Ai să fii surprins, dar în pofida a zeci de ani de discuții și dezbateri, fizicienii încă nu au reușit să clarifice nici ce anume constituie o observație în lumea cuantică, și nici de ce aceasta schimbă comportamentul particulelor. Iată două citate de la un fizician cunoscut:

Rolul măsurării în mecanica cuantică este atât de critic și atât de bizar încât cu siguranță poți să te întrebi ce anume constituie o măsurare? Are ceva de-a face cu interacțiunea dintre un sistem microscopic (cuantic) și un aparat de măsură (clasic) macroscopic (așa cum insista Bohr), sau este caracterizat de lăsarea unei „înregistrări” permanente (așa cum susținea Heisenberg), sau implică intervenția unui „observator” conștient (așa cum a propus Wigner)?²⁰

Această viziune (așa numita interpretare Copenhaga) este asociată cu Bohr și cu adepții săi. Printre fizicieni a fost tot timpul cea mai larg acceptată poziție. Să observăm, totuși, că dacă este corectă atunci avem de-a face cu ceva extrem de ciudat în actul măsurării – ceva ce mai bine de jumătate de secol de dezbateri nu a reușit să elucideze.²¹

Mihai continuă:

– Aș vrea să scot în evidență ultimele cuvinte: mai bine de jumătate de secol de dezbateri între oamenii de știință nu a făcut mai nimic ca să elucideze problema observării, a măsurătorii, în mecanica cuantică.

– Tot nu-mi dau seama de ce e așa de complicat… Înțeleg că pentru a observa, pentru a măsura o proprietate a unui electron, trebuie să detectez câmpul electromagnetic produs de el, sau trebuie să îl lovesc cu cel puțin un foton. Apoi trebuie să interceptez acel foton și să-l analizez, ca să văd ce-mi spune despre electronul cu care tocmai s-a ciocnit. Și poate această interacțiune a fotonului cu electronul îl face pe acesta din urmă să se transforme din undă în particulă. Unde greșesc?

– Nu e chiar așa de simplu. În primul rând, de ce ar schimba detecția comportamentul particulei? De ce nu îi schimbă doar direcția și atât? În al doilea rând, aceste experimente sunt efectuate și în prezența atmosferei. Și totuși, interacțiunile particulelor cu moleculele de azot și de oxigen din aer nu provoacă schimbarea comportamentului lor din undă în particulă clasică. În al treilea rând, experimentul celor două fante se poate face și cu oglinzi. Și totuși, reflexia fotonului de către oglindă nu îi schimbă comportamentul din undă în particulă clasică. În al patrulea rând, în experimentul ștergătorului cuantic cu decizie întârziată lumina deja trecută prin cele două fante a fost trecută apoi printr-un cristal BBO, și a fost descompusă în două raze de fotoni legați. Dar nici aceasta nu le-a schimbat comportamentul, fotonii au produs în continuare franje de interferență. Prin urmare, nici măcar un act atât de traumatizant precum „ruperea în două” a fotonului, nu este o observație.

– Și atunci ce este o observație?

– După cum îți spuneam, cei mai mari oameni de știință din domeniu nu au reușit să cadă de acord și să dea o explicație universal acceptată. Totuși, majoritatea argumentelor conduc într-o singură direcție: În mecanica cuantică, o observație, adică factorul care anulează comportamentul de undă a unei particule, este orice proces care produce informație. De exemplu, în experimentul celor două fante, adăugarea informației despre calea parcursă, mai exact, marcarea fotonilor cu polarități diferite în funcție de fanta în spatele căreia sunt detectați, anulează franjele de interferență și face fotonii să se comporte ca particule clasice. Iar apoi ștergerea acestei informații provoacă re-apariția comportamentului de undă.

– Știe materia moartă ce e aia informație? întrebă Daniel.

– După cum îți spuneam, aceste noi legi ale fizicii par să fie înzestrate cu inteligență. Ce este, de fapt, informația? În exemplul de mai sus, informația este ceva ce ne spune prin ce fantă a trecut un foton. În cazul acesta, este polarizarea, dar ar putea fi și altceva. Dacă interceptăm un foton și îi observăm polarizarea, vom ști imediat dacă aceasta a fost setată imediat în spatele fantei 1, sau imediat în spatele fantei 2. Acest lucru face ca efectul de undă să dispară. Dar dacă ștergem informația mai sus menționată, comportamentul de undă re-apare.

– Bine, bine, și cum știe materia moartă dacă fotonii prezintă și informație, sau nu?

– E o întrebare bună. Noi, oamenii înzestrați cu inteligență, putem să deosebim prezența de absența informației. Dar animalele nu pot. Un foton cu polarizarea 0, un foton cu polarizarea 1, și un foton nepolarizat deloc, au exact același efect asupra „intelectului” unui pește sau a unei păsări. Cum dar poate materia moartă, sau legile fizicii, despre care oamenii de știință presupun că sunt oarbe și lipsite de rațiune, să detecteze prezența informației și să schimbe comportamentul unei particule?

– Exact, cum?

– Vom aborda acest subiect imediat, când vom vorbi despre interpretările mecanicii cuantice. Acum hai să ne concentrăm atenția pe un alt aspect, la fel de important. Aceste noi legi ale fizicii par să fie situate în afara timpului, și astfel par să poată prevedea evenimente care urmează să se întâmple peste câteva fracțiuni de secundă. Încă o dată, folosesc cuvântul „pare” deoarece este doar o ipoteză, nicidecum o certitudine. Avem un exemplu clar în experimentele ștergătorului cuantic și al ștergătorului cuantic cu decizie întârziată. Se pare că ceva prevede faptul că informația va fi ștearsă, și astfel restaurează în avans comportamentul de undă al particulei.

– Așa ceva chiar că e cu totul și cu totul ieșit din comun, zise Daniel.

– Așa este, într-adevăr. Nu ești singurul uimit de aceste fenomene. Aceste concluzii însă nu sunt nici interpretările unor amatori, nici părerile unor credincioși simpli care nu înțeleg cercetarea științifică. Hai să vedem ce spun oamenii de știință care și-au dedicat viața studierii acestor subiecte. Singura diferență este că ei explică lucrurile invers, adică prin retro-cauzalitate, prin modificarea trecutului, nu prin prezicerea viitorului. În articolul laic dedicat ștergătorului cuantic de pe site-ul Wikipedia citim:

O descoperire cheie este aceea că nu contează dacă procesul de ștergere are loc înainte sau după ce fotonii ajung la ecranul detector.^22, 23, 24

Deci chiar dacă ștergerea informației are loc după ce fotonii au ajuns la ecranul din spate, efectul este același. Mai departe:

În experimentele cu ștergere întârziată efectele cuantice imită o influență a acțiunilor viitoare asupra evenimentelor trecute.^25, 26

Deși experimentele cu decizie întârziată au confirmat aparenta abilitate a măsurătorilor efectuate pe fotoni în prezent de a schimba evenimente întâmplate în trecut, aceasta necesită o viziune non-standard asupra mecanicii cuantice.²⁷

Iată și un alt cercetător adept al retro-cauzalității, Dr. Matthew S. Leifer, de la Chapman University:

Motivul pentru care cred că merită să investigăm retro-cauzalitatea este că acum avem o mulțime de blocaje rezultate din interpretări realiste ale mecanicii cuantice, inclusiv teorema lui Bell.²⁸

– Să fim atenți la cuvinte, zise Mihai: Interpretările realiste au dus la o mulțime de blocaje, prin urmare oamenii de știință au început să ia în calcul opțiunile absurde, ireale, cum ar fi retro-cauzalitatea. Mai departe, alte păreri ale altor oameni de știință:

Un eveniment viitor face ca fotonul să-și decidă trecutul.²⁹

Altcineva, Dr. Kater Murch, de la Washington University:

În lumea cuantică, viitorul afectează trecutul: Retrospectiva și previziunea luate împreună prezic mai exact starea unui sistem cuantic.³⁰

Dar în experimentul ghicirii cuantice, simetria timpului s-a întors. Șansele îmbunătățite implică că starea cuantică măsurată cumva încorporează informații și din viitor și din trecut.³¹

Iată și un alt cercetător, Asher Peres, de la Israel Institute of Technology, un pionier în teoria informației cuantice:

Dacă încercăm să atribuim un înțeles obiectiv stării cuantice a unui singur sistem, apar paradoxuri curioase: efectele cuantice imită nu doar acțiuni la distanță instantanee, dar și, cum s-a văzut aici, influența unor acțiuni viitoare asupra evenimentelor trecute, chiar și după ce aceste evenimente au fost înregistrate irevocabil.³²

– Mai departe, continuă Mihai, Andrew Truscott, profesor de fizică la Australian National University:

[Asta] dovedește că măsurarea este totul. La nivel cuantic, realitatea nu există dacă nu te uiți la ea. […]

Dacă cineva alege să creadă că atomul chiar a parcurs o anume cale, sau căi, atunci trebuie să accepte că o măsurătoare viitoare afectează trecutul atomului.³³

– Și retro-cauzalitatea este singura explicație posibilă? întrebă Daniel.

– Mai sunt și altele. Să fim atenți la cuvintele profesorului Truscott citate mai sus: „Dacă cineva alege să creadă că atomul chiar a parcurs o anume cale, sau căi…” Alternativa ar fi să credem că atomul nu a parcurs în mod clar și definitiv nicio cale; mai exact, alternativa ar însemna ca noi să credem că atomul, de fapt întregul sistem din care acel atom face parte, se află într-o superpoziție de mai multe stări potențiale simultan: Starea 1: atomul a trecut ca o particulă clasică numai prin fanta 1; starea 2: atomul a trecut ca o particulă clasică numai prin fanta 2; starea 3: atomul a trecut ca o undă prin ambele fante. Deci alternativa ar fi să credem că atomul și sistemul care îl conține se află în toate aceste trei stări potențiale simultan, iar o observație (o măsurare) determină „selectarea” definitivă a unei singure stări dintre cele trei tocmai enumerate, și asta dă impresia de retro-cauzalitate, deoarece e ca și cum atomul ar aștepta sfârșitul experimentului pentru a „decide” pe care dintre cele trei căi posibile să o selecteze.

– Sincer să fiu, alternativa aceasta mi se pare și mai științifico-fantastică decât retro-cauzalitatea, zise Daniel.

– N-am să te contrazic. Unii fizicieni ți-ar spune că de fapt ecuațiile matematice descriu exact acest lucru, superpoziția întregului sistem macroscopic. Dar eu zic că lucrurile nu sunt chiar așa de simple. În primul rând, o ecuație este doar un model matematic, nu descrie complet realitatea; de exemplu, o ecuație de gradul doi poate descrie corect traiectoria ta când sari peste un obstacol, dar nu îți oferă nicio explicație despre energia necesară acelei sărituri, nici despre modul în care mușchii tăi folosesc acea energie pentru a efectua acel salt, și nici despre originea organismului tău (creație sau evoluție). Deci să fim atenți, modelele matematice sunt extrem de limitate. În al doilea rând, ecuația unui asemenea sistem macroscopic ar trebui să conțină vreo 10²⁸ termeni; dacă ar fi scrisă pe hârtie A4, câte 500 de termeni pe pagină, atunci foile ar forma un teanc înalt de un miliard de miliarde de kilometri, și ar cântări aproape 50 de miliarde de miliarde de tone, adică cam două treimi din greutatea Lunii; memoriile cumulate ale tuturor calculatoarelor din lume ar putea stoca doar o sutime de milionime dintre toți acei termeni. Deci este evident că nimeni nu a scris vreodată o asemenea ecuație, și poate nici nu va scrie vreodată; ea există doar la nivel teoretic, în imaginația fizicienilor.

– Într-adevăr, o ecuație cam mare, zise Daniel. Pe de altă parte, și retro-cauzalitatea pare de necrezut…

– Așa este, nici eu nu pot să cred cu adevărat în retro-cauzalitate. Ți-am prezentat toate aceste detalii doar pentru ca să înțelegi că aceste fenomene nu pot fi explicate în mod „realist”, clasic. Iată, de exemplu, teoretic, în cazul ștergătorului cuantic cu decizie întârziată se poate mări intervalul de timp de la opt nanosecunde la câteva secunde întregi. Nu e deloc ușor, dar se poate face, iar în acest caz observatorul uman are timp să vadă rezultatul inițial, despre care se presupune că este schimbat prin retro-cauzalitate. Ei bine, oare chiar crede cineva că după cele câteva secunde imaginea de pe ecranele de detecție se va schimba în mod „magic”? Mă îndoiesc. Oare se poate ca acum, în anul 2018, cineva să facă ceva care să schimbe finalului ultimului război mondial, care s-a încheiat în anul 1945? Mă îndoiesc. De aceea, eu aș fi mai înclinat să cred că știința a ajuns la niște limite impuse de către Creatorul Universului, și că probabil avem de-a face cu niște legi ale fizicii înzestrate cu o oarecare inteligență (impersonală dacă legile înseși sunt impersonale), situate în afara timpului, care pot astfel vedea în viitor și pot acționa preventiv. Oricum, chiar și această părere a mea este doar o presupunere și nimic mai mult.

– Dacă există cu adevărat posibilitatea de a schimba trecutul, atunci poate în acel caz se va schimba și ceea ce a văzut observatorul uman la acel moment, deci lui nu i se va părea nimic „magic”. Observatorului uman i se va părea că de fapt acesta a fost rezultatul inițial al experimentului. Schimbându-se evenimentul în trecut, se vor schimba și toate evenimentele ulterioare cauzate de acesta, prin urmare și memoria observatorului uman.

– Nu știu… zise Mihai sceptic. Asta începe să semene cu vechea întrebare filosofică: „Dacă într-o pădure cade un copac, și nu este nimeni în preajmă, nici oameni și nici microfoane, atunci se mai produce vreun zgomot?”

– Da, aprobă Daniel, genul de întrebare la care nu se poate da niciun răspuns științific. Să revenim; mai sunt și alte probleme cu această alternativă la retro-cauzalitate?

– Da, probleme destul de mari. După cum am spus, pentru a evita retro-cauzalitatea, mulți fizicieni susțin că în cazul ștergătorului cuantic cu decizie întârziată, întregul ansamblu, care include laserul, paravanul cu cele două fante, oglinzile și cristalele, trebuie tratat ca un singur sistem cuantic, care se află într-o stare nedefinită, mai exact într-o superpoziție a mai multor stări valide, până în momentul în care se efectuează o observație. Dar această presupusă superpoziție a obiectelor macroscopice deschide ușa la o grămadă de alte probleme. Dacă această posibilitate chiar există, ce se întâmplă atunci cu pisica lui Schrödinger? Poate fi și ea cu adevărat și vie și moartă în același timp? Dar butoiul cu praf de pușcă al lui Einstein? Poate fi și el cu adevărat și explodat și ne-explodat în același timp? Problema principală este evidentă: Unde se oprește superpoziția? Se oprește la observatorul uman, atunci când acesta se uită la pisică sau la butoiul cu praf de pușcă? Dacă da, de ce anume? Știința atee consideră că omul este doar o grămadă de atomi și molecule, fără suflet, deci ce are omul special de se oprește superpoziția cuantică la el? Iar dacă superpoziția nu se oprește la observatorul uman, atunci acesta ajunge și el într-o superpoziție a două stări valide: În prima stare el se uită la o pisică vie, în a doua stare el se uită la o pisică moartă. Poți să te imaginezi pe tine în starea aceasta, mai exact, în stările acestea două simultan?

– E absurd, zise Daniel. Eu nu pot fi în două locuri deodată, există doar un singur Daniel, nu doi sau trei.

– Exact. Și de aici înainte, fizicienii care au mers pe această cale au doar o singură scăpare: ipoteza lumilor multiple, despre care vom discuta imediat.

Mihai se opri câteva momente, apoi continuă:

– Înțelegi acum că oamenii de știință s-au lovit de probleme foarte serioase în studiul particulelor elementare; negăsind nicio rezolvare clasică pentru acele dileme, unii au recurs la retro-cauzalitate, alții la superpoziția obiectelor macroscopice, iar alții la Universuri multiple, după cum vom vedea imediat. Dar asemenea interpretări absurde nu sunt deloc necesare. Dacă am accepta faptul că Dumnezeu a stabilit anumite limite până la care poate avansa cercetarea științifică, și că aceste limite ar putea include legi ale fizicii dotate cu o oarecare inteligență impersonală, situate în afara timpului, atunci toate aceste fenomene ar fi ușor de explicat. Asemenea legi ale fizicii, fiind înzestrate cu inteligență și situate în afara timpului, după cum și Dumnezeu este în afara timpului, ar avea abilitatea de a detecta la timp evenimentele viitoare și de a acționa în consecință. Dar, evident, existența unor asemenea legi, deși impersonale, implică existența unui Creator personal, mai exact existența lui Dumnezeu, Care le-a creat și le-a pus să aibă grijă de lumea materială. Iar existența lui Dumnezeu este ceva greu de acceptat pentru mulți oameni de știință. Hai să mergem mai departe acum, și să vorbim despre interpretările mecanicii cuantice.

2.6. Interpretări ale mecanicii cuantice

– Deci există mai multe interpretări? întrebă Daniel.

– Desigur; fenomenele cuantice sunt atât de surprinzătoare, atât de neobișnuite, atât de supranaturale aș îndrăzni să spun, încât oamenii de știință nu au reușit să se pună de acord în ce privește semnificația lor. Pentru comparație, nu avem interpretări pentru lățimea clădirii din fața noastră, nu avem interpretări pentru viteza sunetului, nu avem interpretări pentru adâncimea unui lac sau a unui ocean, nu avem interpretări pentru distanța pământ-lună, și așa mai departe. Acestea sunt lucruri clare, ușor de măsurat și analizat. Pentru mecanica cuantică avem interpretări multiple deoarece, deși particulele elementare sunt mereu în fața noastră și le putem analiza oricând, rezultatele experimentelor par să nu aibă niciun sens din punctul de vedere al realității macroscopice în care trăim. După cum spuneam și mai sus, oamenii de știință au întâlnit mai multe blocaje în acest domeniu, blocaje care nu pot fi rezolvate decât făcând apel fie la supranatural (mai exact, la limitări stabilite de Creator, incluzând probabil legi ale fizicii înzestrate cu o oarecare inteligență), fie la teorii exotice și absurde, cum ar fi retro-cauzalitatea, sau Universurile multiple, adică duplicarea întregului nostru Univers. Și astfel au apărut interpretările mecanicii cuantice.

– Deci lucrurile nu sunt clare?

– Deloc. Simplul fapt că există mai multe interpretări este o dovadă foarte bună a faptului că nu există dovezi clare pentru niciuna dintre ele. Toate aceste interpretări sunt doar opinii, păreri ale oamenilor de știință, care nu pot fi dovedite în niciun fel; ele pot fi doar crezute, atât. Ceva din interiorul nostru este atras spre una sau spre alta, dar este imposibil de demonstrat științific vreuna dintre ele, astfel încât toate celelalte să fie dovedite clar și definitiv greșite.

– Bine, dar există argumente pentru fiecare dintre ele, nu? Există ecuații matematice funcționale pentru fiecare dintre ele, nu?

– Ecuațiile matematice sunt doar niște modele teoretice, faptul că sunt funcționale nu dovedește nimic. Există ecuații matematice pentru fiecare dintre aceste interpretări, și totuși nu se poate dovedi clar dacă vreuna dintre ele este adevărată sau nu. Simpla logică ne spune că două afirmații contradictorii nu pot fi adevărate în același timp: Pot fi amândouă false, sau una falsă și cealaltă adevărată, dar nu pot fi amândouă adevărate, deoarece se contrazic una pe alta. Multe dintre aceste interpretări se contrazic reciproc, deci și simpla logică ne spune că ele sunt greșite, în pofida faptului că toate au modele și ecuații matematice funcționale. Deci faptul că un model matematic este funcțional nu înseamnă că el descrie cu adevărat realitatea. De exemplu, poți aproxima matematic un om cu un cilindru făcut dintr-un anume material, cu o anume densitate. Poți astfel calcula cu foarte mare precizie viteza cu care omul ar cădea de la un metru înălțime, procentul din el care s-ar scufunda în apă și procentul care ar rămâne la suprafață, și așa mai departe. Dar dacă vei încerca să treci cilindrul printr-o gaură rotundă, vei observa că modelul matematic, deși foarte bun în anumite cazuri, nu mai corespunde realității, și că omul real nu încape. În același fel, la calcularea orbitelor astronomii consideră sateliții, asteroizii și uneori chiar planetele ca fiind de dimensiune neglijabilă, adică doar niște puncte. Iar acest model matematic funcționează foarte bine în acele situații, dar este evident că nu corespunde absolut deloc realității: Un satelit nu este un punct de dimensiune zero. Mai mult, dacă vei folosi acest model pentru a calcula probabilitatea ca un satelit (considerat punctiform) să fie lovit de praf cosmic sau de meteoriți, vei obține un rezultat fundamental greșit, cu toate că modelul matematic funcționează foarte bine în alte situații. Iată deci că, deși un model matematic poate prezice corect anumite fenomene, el poate fi totuși extrem de departe de realitate. Dacă un om aleargă și sare peste un obstacol, ecuațiile matematice newtoniene vor prezice foarte bine înălțimea maximă la care va ajunge, și distanța după care va atinge din nou solul; dar acele ecuații nu-ți vor spune nimic despre structura internă a omului, despre cât de complicată este chiar și o singură celulă de-a sa. Ecuațiile acelea nu-ți vor explica în niciun fel existența omului, nu-ți vor spune dacă a fost creat de Dumnezeu sau dacă a evoluat din forme de viață primitive. Iată deci că, deși pot prezice aproape exact anumite evenimente, modelele matematice sunt extrem de limitate.

– Da, de acord, aprobă Daniel.

– Aș putea și eu să exprim înălțimea mea în numere complexe, să-mi imaginez niște dimensiuni suplimentare, și rezultatul ecuației mele ar spune că în acele dimensiuni eu pot să ajung cu mâna la lună.³⁴ O adevărată aberație, nu?

– Da, într-adevăr.

– Mai departe, majoritatea acestor interpretări ale mecanicii cuantice tratează materia, particulele elementare și chiar sistemele macroscopice ca și cum ar fi doar niște unde de probabilități, sau doar niște ecuații. Dar o ecuație nu este un obiect real, tangibil, ci doar o reprezentare, o noțiune abstractă. Ecuația matematică este cea care încearcă să descrie, să imite, în mod parțial și limitat, lumea reală, și nu invers. Lumii reale nu-i pasă de ecuațiile noastre, și nu încearcă să le imite în niciun fel; dacă uneori dă impresia asta, e doar din cauză că fizicienii au reușit să descrie, prin acea ecuație, o mică parte a realității, atât și nimic mai mult. Diferența dintre un model matematic și realitatea pe care o modelează este ca și diferența dintre o fotografie a unui obiect și obiectul real însuși, sau ca diferența dintre un personaj dintr-un joc pe calculator și un om real. Da, de acord, și fotografia este reală, este alcătuită din atomi și molecule reale, dar totuși este o diferență imensă între ea și obiectul real fotografiat. Mecanica cuantică sugerează astfel că lumea materială nu este cu adevărat reală, că e doar o ecuație.

– Bine, să revenim. Care sunt acele interpretări ale mecanicii cuantice?

– Primele conflicte între cercetători au început să apară pe la începutul secolului al XX-lea. Pe atunci se prefigura clar ideea că mecanica cuantică este nedeterministă, mai exact că, atât timp cât nu este măsurată, o particulă se comportă ca o undă de probabilități, și că nu există niciun mod de a calcula unde exact va fi găsită acea particulă atunci când se va încerca detectarea ei. Spre deosebire de fizica clasică, în care se pot calcula cu exactitate, de exemplu, traiectoriile planetelor, în mecanica cuantică așa ceva este imposibil. O particulă se comportă ca o undă de probabilități, iar un punct din acea undă pare să reprezinte doar probabilitatea de a găsi particula în acel loc, atât și nimic mai mult. Einstein a fost un mare sceptic în privința acestei interpretări. Totuși, el nu a susținut că teoria cuantică ar fi complet greșită, doar că ar fi incompletă. În mod special lui Einstein nu-i plăcea ideea că particulele se comportă într-un mod nedeterminist. A rămas celebră această afirmație a sa: „Nu cred că Dumnezeu joacă zaruri cu Universul”. La fel și răspunsul pe care l-a primit de la Niels Bohr: „Einstein, nu-I mai spune lui Dumnezeu ce să facă”.

Niels Bohr (stânga) și Albert Einstein (dreapta), dezbătând problemele mecanicii cuantice în decembrie 1925.
(Sursa: https://en.wikipedia.org/ )

Mihai continuă:

– Deci, cea mai răspândită interpretare poartă numele de „Interpretarea Copenhaga”, și a fost elaborată (în mare parte) între anii 1925 și 1927 de către Niels Bohr și Werner Heisenberg. Conform acestei interpretări, particulele se comportă în mod nedeterminist, ca unde de probabilități, până în momentul în care sunt observate. Dar interpretarea Copenhaga nu este o interpretare completă, ea nu dă o definiție clară a procesului de observare, așa că diverși cercetători, fără a devia prea mult de la esența acestei interpretări, au oferit propriile lor interpretări pentru ce anume înseamnă „a observa”. Prin urmare, avem două tipuri de interpretări: Interpretările care pornesc de la zero, ignorând interpretarea Copenhaga, și interpretările care doar încearcă să completeze interpretarea Copenhaga, încercând să explice ce anume este o observație.

– De exemplu?

– Ți-am dat deja un exemplu, și anume apariția informației în sistemul analizat. Această interpretare explică parțial comportamentul particulelor, dar nu ne explică deloc cine sau ce anume, și mai ales cum anume detectează prezența informației. Alți cercetători au venit și ei cu o idee revoluționară: Conștiința umană, mai exact, prezența unui observator uman determină schimbarea particulei din undă în particulă clasică. Această interpretare sugerează că omul este ceva special. Totuși, nici această interpretare nu ne explică deloc cine sau ce anume, și mai ales cum anume detectează prezența unui observator uman.

– Și oamenii de știință au luat în serios această idee, adică prezența observatorului uman? întrebă Daniel. Întreb deoarece pare puțin cam supranaturală, cel puțin pentru un om de știință ateu, care crede că omul e doar o grămadă de atomi și molecule.

– Ideea conform căreia conștiința umană provoacă colapsul funcției de undă a fost susținută de un om de știință foarte cunoscut, și anume John von Neumann³⁵, dar și de fizicianul Eugene Wigner.³⁶ Acesta din urmă a mai adăugat un element experimentului mental cu pisica: Un observator uman, numit „prietenul lui Wigner”, care deschide cutia și ajunge să se uite la o pisică și vie și moartă în același timp, și care ajunge astfel, teoretic, să fie și fericit (deoarece pisica este vie) și nefericit (deoarece pisica este moartă) în același timp. Wigner încerca astfel să sugereze că acea stare de superpoziție trebuie să se încheie înainte sau când ajunge la observatorul uman conștient. Celălalt susținător al acestei idei, Von Neumann, era considerat cel mai mare matematician al vremii sale, și unul dintre cei mai mari matematicieni din toate timpurile. Deși a trăit doar 53 de ani, a publicat peste 150 de lucrări științifice, în domenii precum matematica, fizica și informatica. Dar ideea lor a fost tratată cu scepticism de mulți oameni de știință, deoarece sugerează că doar mintea non-materială este un adevărat observator în mecanica cuantică. Înțelegi ideea: problema era că această interpretare părea să susțină existența unei „minți non-materiale”, care probabil putea fi numită și suflet, deși se spune că von Neumann nu era neapărat o persoană religioasă, fiind considerat mai mult agnostic decât credincios. Dar înțelegi implicațiile religioase ale ideii sale, nu-i așa? Oricum, faptul că cineva de calibrul lui von Neumann a apelat la o asemenea interpretare supranaturală ne arată că fenomenele mecanicii cuantice nu prea pot fi explicate prin mijloace clasice, naturale.

– Da, înțeleg, un cercetător ateu probabil nu ar vrea să ia în considerare această ipoteză.

– Totuși, legat de comportamentul nedeterminist al particulelor, în opinia mea acest comportament există doar din perspectiva noastră, doar la nivelul nostru. Adică doar noi nu suntem în stare să anticipăm exact unde va fi găsit un electron atunci când are loc colapsul funcției sale de undă, din motive pe care le vom discuta imediat. Dar pentru Dumnezeu cred că nu este nimic nedeterminist în comportamentul unei particule. Eu cred că Dumnezeu poate calcula cu exactitate unde va fi găsit un electron, deși pentru noi el apare doar ca o undă de probabilități.

– Și interpretările care pornesc de la zero, ignorând interpretarea Copenhaga?

– Aici lucrurile devin cu adevărat bizare. Deși interpretarea Copenhaga este în continuare cea mai răspândită, într-un sondaj din anul 1997 a reieșit că doar 42% dintre oamenii de știință mai credeau în ea la acel moment.³⁷ Restul adoptaseră alte interpretări. De exemplu, o interpretare a cărei rată de acceptare crește rapid în zilele noastre este interpretarea lumilor multiple.

– Adică ideea că există mai multe Universuri paralele? întrebă Daniel, gândindu-se la filmele SF.

– Da, această teorie susține că există miliarde, probabil o infinitate de lumi paralele; ba chiar mai mult, teoria pretinde că în fiecare secundă apar din senin milioane de noi Universuri. Dar hai să o luăm treptat. În linii mari, interpretarea este aceasta: În cazul pisicii lui Schrödinger, vine momentul când atomul radioactiv trebuie „să ia o decizie”, adică să se descompună sau nu. În acest moment, pretind susținătorii lumilor multiple, nu mai intervine nicio stare de superpoziție, ca în mecanica cuantică clasică, care susține că atomul este și întreg și descompus până în momentul în care se uită cineva la sistemul cuantic. În acest moment, pretind acei susținători, Universul se duplică, parțial sau chiar total. Da, ai auzit bine, cumva, din senin, apare încă o copie aproape identică a Universului. Între cele două copii există o singură diferență minoră: Într-un Univers atomul este întreg, în celălalt Univers atomul s-a descompus radioactiv. De acum înainte, spun ei, fiecare Univers își urmează calea sa. În primul Univers pisica rămâne în viață, momentan. În al doilea Univers pisica moare, foarte curând. În primul Univers, cel în care atomul a rămas întreg, pisica este vie doar momentan: Peste câteva secunde, sau microsecunde, atomul poate „decide” iarăși să se descompună, rezultând o nouă bifurcație și un nou Univers. Și așa mai departe, fiecare atom are potențialul de a duplica Universul, de mii sau chiar de milioane de ori pe secundă. Această interpretare are mai multe variante, iar unele dintre ele susțin că de fapt duplicarea Universului se întâmplă doar atunci când are loc o observație, o măsurare.

Reprezentare grafică a interpretării lumilor multiple. Această versiune susține că în momentul în care atomul radioactiv „decide” dacă să se descompună sau nu (săgeata care arată în jos), un întreg Univers identic apare din senin. Într-unul dintre cele două Universuri atomul este intact și pisica vie, în celălalt Univers atomul s-a descompus și pisica va muri în scurt timp. (Adaptare după https://en.wikipedia.org/ )

Mihai se gândi câteva secunde, apoi continuă:

– Explicația se complică puțin în cazul experimentului celor două fante. După David Deutsch, despre care se spune că ar fi cel mai de seamă susținător al teorii lumilor multiple în fizica modernă, procesul decurge astfel: Atunci când fotonul, sau altă particulă, ajunge în fața celor două fante, Universul se duplică: într-un Univers particula trece printr-o fantă, în celălalt Univers prin cealaltă fantă. Observi că particula nu mai trece prin ambele, ca o undă. Dar cele două Universuri nu sunt complet separate, încă. Dacă nu are loc nicio măsurare, nicio observare a particulei în niciunul dintre ele, atunci cele două Universuri se recombină, redevin unul, și astfel sunt generate franjele de interferență. Dar, în ambele cazuri, implicațiile sunt aceleași: Duplicarea Universului înseamnă și duplicarea noastră. Deci, conform acestei teorii, deja există miliarde de Daniel și de Mihai, aproape identici cu noi. Deși există mai multe variante ale acestei teorii și unii adepți vor susține că de fapt se duplică doar funcția de undă, implicațiile sunt aceleași: Duplicarea, de milioane de ori pe secundă, a lumii în care trăim, și evident și a noastră.

– Un întreg Univers nou nouț, așa, din senin? întrebă Daniel neîncrezător.

– Există mai multe variante ale acestei interpretări. Unele susțin că momentan duplicarea este doar parțială, locală, adică că se duplică doar ceea ce trebuie să se duplice, adică doar ceea ce este diferit în cele două Universuri. Dar chiar și așa, în timp, partea duplicată crește. Imaginează-ți un Univers paralel în care atacurile de la 11 septembrie au fost împiedicate. Evident că în maxim câteva ore întreaga noastră planetă ar fi aflat de asta, și trebuia duplicată în întregime: o copie în care teroriștii reușiseră și toți cei șapte miliarde de oameni de pe pământ știau asta, și o copie în care teroriștii eșuaseră și toți cei șapte miliarde de oameni de pe pământ știau asta.

– Și este asta o teorie serioasă? Adică, este luată în serios de către oamenii de știință?

– Da, există foarte mulți adepți ai ei, dar și foarte mulți critici. Unul dintre adepți a fost chiar celebrul Stephen Hawking. Adepții susțin că este simplă, și că evită majoritatea problemelor interpretărilor clasice, cum ar fi necesitatea unui observator, retro-cauzalitatea, sau superpoziția la nivel macroscopic, ca în exemplul pisicii lui Schrödinger, în care exact aceeași pisică, ne-duplicată, poate ajunge să fie și vie și moartă în același timp. Iar criticii au și ei argumentele lor: Teoria nu poate fi verificată științific, deoarece nu avem acces la celelalte Universuri presupuse. Este mai mult o filosofie decât o teorie științifică. Apoi, ce anume clonează Universul într-o fracțiune de secundă? De unde vine energia necesară? De unde „știe” o particulă că Universul trebuie duplicat? „Vede” fotonul că la câțiva centimetri în fața lui se află un dispozitiv cu două fante, și comunică „undeva” că trebuie duplicat Universul? Mai departe, de unde știu cele două Universuri că se pot recombina? Teoria spune că se recombină în scurt timp dacă nu a avut loc nicio măsurare sau observare, dar de unde știu cele două Universuri asta? Mie mi se pare că rolul observației este în continuare important, și tot este nevoie de „ceva” care să detecteze cumva prezența sau absența informației, sau chiar prezența sau absența unui observator uman.

– Într-adevăr, acestea sunt niște semne de întrebare serioase, aprobă Daniel.

– Dar cel mai mare semn de întrebare, pentru un credincios, este legat de existența sufletului. Este evident că această teorie a fost propusă de oameni care nu cred în existența sufletului. După părerea lor, omul este doar o grămadă ordonată de atomi și molecule. Sau, în alte variante, omul este doar materie, iar acea materie, spun ei, nu este nici măcar reală, ci este doar o undă, o funcție de undă, care poate fi duplicată și recombinată oricum. Dar dacă avem și suflet nemuritor, atunci această teorie este moartă din start.

– Teoria lumilor multiple mi se pare și mie cu totul și cu totul absurdă. De ce ar inventa un om de știință serios o asemenea aberație?

– Pentru că este evident că nu prea ai cum să explici fenomenele cuantice fără să faci apel la supranatural. Legile fizicii cuantice par să fie capabile să detecteze prezența informației, și de asemenea par să poată modifica evenimente care deja s-au produs, sau cel puțin așa spun un mare număr de cercetători. Aceste lucruri nu prea pot fi explicate în mod clasic, natural. Un suporter al lumilor multiple spune:

Interpretarea standard funcționează incredibil de bine atât timp cât nu iei în considerare consecințele filosofice.³⁸

– Deci înțelegi „problema”, nu? întrebă Mihai. Implicațiile filosofice. Iar un critic al lumilor multiple spune:

Nu că nu ar exista alternative – doar că noi nu le-am găsit încă sub formă de teorii, axiome și matematică.³⁹

– Vezi deci, problema este că știința nu a reușit să găsească alternativele realiste…

– Mai există și alte interpretări? întrebă Daniel.

– Da, în ultimii zeci de ani a mai apărut o interpretare, care are și ea câțiva adepți. Se numește ipoteza simulării, și vom vorbi despre ea imediat.