"Fizyka a filozofia" ~ Werner Karl Heisenberg. Część II

Przekład Stefana Amsterdamskiego

Część II (część I - Tutaj*): 

 

"Kopenhaska  Interpretacja Teorii Kwantów"

 

Punktem wyjścia interpretacji kopenhaskiej jest pa­radoks. Każde doświadczenie fizyczne, niezależnie od tego, czy dotyczy zjawisk życia codziennego, czy też mikroświata, może być opisane wyłącznie w terminach fizyki klasycznej. Język pojęć klasycznych jest języ­kiem, którym posługujemy się, gdy opisujemy doświad­czenia oraz ich wyniki. Pojęć tych nie umiemy i nie możemy zastąpić innymi. Jednocześnie jednak relacje nieoznaczoności ograniczają zakres stosowalności tych pojęć. O ograniczeniu stosowalności pojęć klasycznych musimy pamiętać, gdy się nimi posługujemy; nie potra­fimy jednak udoskonalić tych pojęć.

Lepiej zrozumieć ten paradoks można dzięki po­równaniu dwóch rodzajów interpretacji doświadczeń: interpretacji opartej na mechanice klasycznej oraz in­terpretacji opartej na mechanice kwantowej.

W mecha­nice newtonowskiej punktem wyjścia mogą być na przykład pomiary położenia i pędu planet, których ruch zamierzamy zbadać. Wyniki obserwacji przekłada się na język matematyki, podając liczbowe wartości współ­rzędnych i pędu planet. Równania ruchu umożliwiają obliczenie na podstawie wartości współrzędnych i pę­dów dla danej chwili - ich wartości oraz wartości in­nych wielkości charakteryzujących układ w chwili późniejszej. W ten właśnie sposób astronom przewidu­je przyszły stan układu; może on na przykład podać do­kładny czas przyszłego zaćmienia Księżyca.

W mechanice kwantowej postępuje się nieco inaczej. Przypuśćmy, że interesuje nas ruch elektronu w komo­rze Wilsona. Na podstawie pewnych obserwacji może­my określić położenie i prędkość elektronu dla danej chwili. Określenie to jednak nie będzie dokładne. Za­wierać musi przynajmniej taką niedokładność, jaka wy­nika z relacji nieoznaczoności; przypuszczalnie określe­nie to będzie obarczone dodatkowymi błędami związa­nymi ze skomplikowanym charakterem doświadczenia. Pierwsza z tych niedokładności pozwala przełożyć wy­niki obserwacji na matematyczny język teorii kwantów. Podaje się pewną funkcję prawdopodobieństwa, która opisuje sytuację doświadczalną w chwili pomiaru i uwzględnia również jego możliwe błędy.

Ta funkcja prawdopodobieństwa stanowi jak gdyby połączenie dwóch elementów, opisuje bowiem pewien fakt, a zarazem wyraża stan naszej wiedzy o tym fakcie. Opisuje ona pewien fakt, albowiem przypisuje prawdo­podobieństwo równe jedności (co oznacza absolutną pew­ność) sytuacji w chwili początkowej; sytuacja ta polega na tym, że elektron porusza się z “zaobserwowaną" prędkością w “zaobserwowanym" miejscu. Słowo “za­obserwowany" znaczy tu tyle, co “zaobserwowany z do­kładnością rzędu błędu doświadczenia". Funkcja ta wy­raża też stan naszej wiedzy, jako że inny obserwator mógłby ewentualnie dokładniej poznać położenie elek­tronu. Błąd doświadczenia - przynajmniej w pewnym zakresie - nie wynika z własności samego elektronu, lecz z niedokładności, z nieścisłości naszej wiedzy o nim; tę niedokładność wyraża funkcja prawdopodo­bieństwa.

W fizyce klasycznej również uwzględnia się błędy doświadczalne, ilekroć prowadzi się dokładne badania. Uzyskuje się wówczas rozkład statystyczny początko­wych wartości współrzędnych i prędkości, a więc coś bardzo podobnego do funkcji prawdopodobieństwa, któ­ra występuje w teorii kwantów. Nie mamy tu jednak do czynienia z tą nieuchronną niedokładnością, którą wskazuje relacja nieoznaczoności.

Kiedy na podstawie obserwacji ustalimy już wartości funkcji prawdopodobieństwa dla chwili początkowej, wówczas, korzystając ze znajomości praw teorii kwan­tów, możemy obliczyć jej wartości dla dowolnej póź­niejszej chwili. Dzięki temu można określić prawdopo­dobieństwo tego, że w wyniku pomiaru uzyskamy okre­śloną wartość mierzonej wielkości fizycznej. Możemy na przykład obliczyć prawdopodobieństwo tego, że elek­tron w pewnej chwili znajdzie się w pewnym określo­nym miejscu komory Wilsona. Należy jednakże podkre­ślić, że funkcja prawdopodobieństwa nie opisuje prze­biegu zdarzeń w czasie. Charakteryzuje ona tendencję do realizacji zdarzeń i naszą wiedzę o zdarzeniach. Funkcję prawdopodobieństwa można powiązać z rzeczy­wistością jedynie wówczas, gdy zostanie spełniony pe­wien istotny warunek, a mianowicie, gdy będzie prze­prowadzony nowy pomiar określonej wielkości charak­teryzującej układ. Tylko wówczas funkcja prawdopo­dobieństwa umożliwi obliczenie prawdopodobnego wy­niku nowego pomiaru. Wynik pomiaru zawsze jest wy­rażony w języku fizyki klasycznej.

Toteż istnieją trzy etapy teoretycznej interpretacji doświadczenia: 1) opisanie sytuacji początkowej za po­mocą funkcji prawdopodobieństwa; 2) obliczenie zmian tej funkcji w czasie; 3) dokonanie nowego pomiaru, któ­rego wynik może być obliczony na podstawie funkcji prawdopodobieństwa. Na pierwszym etapie koniecznym warunkiem jest spełnianie się relacji nieoznaczoności.

Drugiego etapu nie można opisać za pomocą pojęć kla­sycznych; w związku z tym nie można powiedzieć, co się dzieje z układem między pierwszą obserwacją a późniejszym pomiarem. Dopiero na trzecim etapie powracamy od “tego, co możliwe", do “tego, co rzeczy­wiste".

Rozpatrzmy obecnie dokładniej te trzy etapy, odwo­łując się do prostego eksperymentu myślowego. Powie­dzieliśmy, że atom składa się z jądra oraz z obracają­cych się wokół niego elektronów i że pojęcie orbity elek­tronowej budzi wątpliwości. Mógłby ktoś powiedzieć, że przynajmniej w zasadzie powinno być możliwe obser­wowanie elektronu poruszającego się po orbicie. Gdy­byśmy po prostu obserwowali atom w mikroskopie o bardzo wielkiej zdolności rozdzielczej, to ujrzelibyśmy wówczas elektron krążący po swej orbicie. Takiej zdol­ności rozdzielczej na pewno nie może posiadać zwykły mikroskop, ponieważ niedokładność pomiaru położenia nigdy nie może być mniejsza od długości fali świetlnej. Taką zdolność rozdzielczą mógłby jednak posiadać mi­kroskop, w którym wyzyskano by promienie g [gamma], bowiem długość ich fal jest mniejsza od średnicy atomów. Mi­kroskopu takiego wprawdzie nie skonstruowano, nie przeszkadza to nam jednak rozważyć pewien ekspery­ment myślowy.

Czy można - po pierwsze - przedstawić wyniki ob­serwacji za pomocą funkcji prawdopodobieństwa? Po­wiedzieliśmy poprzednio, że jest to możliwe tylko pod warunkiem, że spełniona będzie relacja nieoznaczono­ści. Położenie elektronu można określić z dokładnością rzędu długości fal promieni g [gamma]. Załóżmy, że przed obser­wacją elektron mógł nawet znajdować się w spoczynku. W trakcie pomiaru przynajmniej jeden kwant promie­ni g [gamma] musiałby zderzyć się z elektronem, zmienić kieru­nek ruchu i przejść przez mikroskop. Toteż elektron musiałby zostać uderzony przez kwant, co spowodowałoby zmianę jego pędu i prędkości. Można wykazać, że nie­oznaczoność tej zmiany jest taka, jakiej wymaga relacja nieoznaczoności. A więc na pierwszym etapie nie napo­tkalibyśmy żadnych trudności.

Jednocześnie można łatwo dowieść, że obserwacja or­bity elektronu jest niemożliwa. Na drugim etapie prze­konujemy się, że paczka fal nie porusza się wokół ją­dra, lecz oddala się od atomu, ponieważ już pierwszy kwant powoduje wybicie elektronu z atomu. Jeśli dłu­gość fal promieni g [gamma] jest znacznie mniejsza od rozmiarów atomu, to pęd kwantu świetlnego jest bez porównania większy od początkowego pędu elektronu. Toteż ener­gia pierwszego kwantu świetlnego byłaby całkowicie wystarczająca do wybicia elektronu, z atomu. Z tego wynika, że obserwować można wyłącznie jeden punkt jego toru. Dlatego właśnie mówimy, że orbita w zwy­kłym sensie tego słowa - nie istnieje. W trzecim sta­dium kolejna obserwacja wykaże, że elektron po wybi­ciu z atomu oddala się od niego. Mówiąc ogólnie: nie je­steśmy w stanie opisać tego, co się dzieje między dwie­ma następującymi po sobie obserwacjami. Mamy oczy­wiście ochotę powiedzieć, że w interwale czasowym. między dwiema obserwacjami elektron musiał się jed­nak gdzieś znajdować i że musiał zatem opisać jakąś trajektorię lub orbitę, nawet jeśli nie można ustalić, jaka to była trajektoria. Taki argument miałby sens w fizyce klasycznej. Natomiast w teorii kwantów byłby on - jak przekonamy się później - niczym nie uspra­wiedliwionym nadużyciem języka. Obecnie nie rozstrzy­gamy kwestii, czy mamy tu do czynienia z zagadnie­niem gnozeologicznym, czy też ontologicznym, to zna­czy z twierdzeniem o sposobie, w jaki można mówić o mikro-zjawiskach, czy też z twierdzeniem o nich sa­mych. W każdym razie musimy zachować daleko idącą ostrożność, gdy formułujemy twierdzenia dotyczące za­chowania się cząstek elementarnych.

W gruncie rzeczy w ogóle nie musimy mówić o cząst­kach. Gdy opisujemy doświadczenia, często o wiele wy­godniej  jest mówić o falach materii - na przykład o stacjonarnych falach materii wokół jądra atomu. Jeśli nie weźmiemy pod uwagę ograniczeń wynikających z re­lacji nieoznaczoności, to taki opis będzie jawnie sprzecz­ny z innym opisem; dzięki owym ograniczeniom unika­my sprzeczności. Stosowanie pojęcia “fala materii" jest dogodne np. wówczas, gdy rozpatruje się emisję pro­mieniowania z atomu.  Natężenie i częstotliwość tego promieniowania informują nas o rozkładzie oscylują­cego ładunku w atomie; w tym przypadku obraz falo­wy jest bliższy prawdy niż korpuskularny. Z tego wła­śnie powodu Bohr radził stosować obydwa sposoby opi­su, które nazwał komplementarnymi, uzupełniającymi się wzajemnie. Opisy te oczywiście wykluczają się na­wzajem, albowiem ta sama rzecz nie może być jedno­cześnie korpuskułą (czyli substancją skupioną w bardzo małym obszarze przestrzeni) i falą (innymi słowy - po­lem szeroko rozpościerającym się w przestrzeni). Rów­nocześnie jednak opisy te uzupełniają się wzajemnie. Korzystając z obu opisów, przechodząc od jednego do drugiego i vice versa, uzyskujemy wreszcie właściwe wyobrażenie o dziwnego rodzaju rzeczywistości, z którą mamy do czynienia w doświadczalnym badaniu zjawisk mikroświata.

Interpretując teorię kwantów, Bohr wie­lokrotnie stosuje termin “komplementarność". Wiedza o położeniu cząstki jest komplementarna w stosunku do wiedzy o jej prędkości (lub pędzie). Im większa jest do­kładność pomiaru jednej z tych wielkości, tym mniej dokładnie znamy drugą. Musimy jednak znać obie, jeśli mamy   określić   zachowanie   się   układu.   Czaso-przestrzenny opis zdarzeń zachodzących w świecie atomu jest komplementarny w stosunku do opisu determini­stycznego. Funkcja prawdopodobieństwa zmienia się zgodnie z równaniem ruchu, tak jak współrzędne w me­chanice Newtona. Zmienność tej funkcji w czasie jest całkowicie określona przez równanie mechaniki kwan­towej; funkcja ta nie umożliwia jednak podania czaso-przestrzennego opisu układu. Z drugiej strony - akt obserwacji wymaga opisu czaso-przestrzennego, a jed­nocześnie narusza ciągłość funkcji prawdopodobieństwa, ponieważ zmienia naszą wiedzę o układzie. Ogólnie rzecz biorąc, dualizm polegający na istnieniu dwu różnych opisów tej samej rzeczywistości nie przeszkadza nam, ponieważ analizując matematyczny aparat teorii przeko­naliśmy się, że nie zawiera ona sprzeczności. Dobitnym wyrazem tego dualizmu jest giętkość aparatu matema­tycznego. Wzory matematyczne zapisuje się zazwyczaj w ten sposób, że przypominają one mechanikę newto­nowską z jej równaniami ruchu, w których występują współrzędne i pędy. Proste przekształcenie wzorów umożliwia uzyskanie równania falowego opisującego trójwymiarowe fale materii. Tak więc możliwość posłu­giwania się różnymi komplementarnymi opisami znaj­duje swój odpowiednik w możliwości dokonywania roz­maitych przekształceń aparatu matematycznego. Opero­wanie komplementarnymi opisami nie stwarza żadnych trudności w posługiwaniu się kopenhaską interpretacją mechaniki kwantowej.

Zrozumienie tej interpretacji staje się jednak rzeczą trudną, gdy zadaje się słynne pytanie: “Jak <> przebiega mikroproces?" Była już mowa o tym, że po­miar i wyniki obserwacji można opisać tylko za pomocą terminów fizyki klasycznej. Na podstawie obserwacji uzyskuje się funkcję prawdopodobieństwa. W języku matematyki wyraża ona to, że wypowiedzi o możliwo­ściach czy też tendencjach wiążą się jak najściślej z wypowiedziami o naszej wiedzy o faktach. Dlatego też wy­niku obserwacji nie możemy uznać za całkowicie obiek­tywny i nie możemy opisać tego, co zachodzi pomiędzy jednym pomiarem a drugim. Zdaje się to świadczyć o tym, że wprowadziliśmy do teorii element subiekty­wizmu i że trzeba powiedzieć: to, co zachodzi, zależy od naszego sposobu obserwacji albo nawet od samego faktu obserwacji. Zanim jednak przejdziemy do rozpatrzenia zagadnienia subiektywizmu, trzeba dokładnie wytłuma­czyć, dlaczego napotykamy nieprzezwyciężone trud­ności, gdy usiłujemy opisać to, co zachodzi między dwiema kolejnymi obserwacjami.

Rozpatrzmy w tym celu następujący eksperyment myślowy: Załóżmy, że światło monochromatyczne pada na czarny ekran, w którym są dwa małe otwory. Śred­nica otworów jest niewiele większa od długości fal świetlnych, natomiast znacznie większa od niej jest od­ległość między otworami. Klisza fotograficzna umiesz­czona w pewnej odległości za ekranem rejestruje świa­tło, które przeniknęło przez otwory. Jeżeli opisując po­wyższe doświadczenie posługujemy się teorią falową, to mówimy, że przez oba otwory przechodzą fale świetl­ne padające na ekran; odbywa się to w ten sposób, że z otworów rozchodzą się wtórne, interferujące ze sobą fale kuliste; wskutek interferencji pojawią się na wywołanej kliszy charakterystyczne jasne i ciemne prążki.

Poczernienie kliszy fotograficznej jest wynikiem pro­cesu kwantowego, reakcji chemicznej, którą wywołują pojedyncze kwanty świetlne. Dlatego powinna również istnieć możliwość opisania tego doświadczenia w termi­nach teorii kwantów świetlnych. Gdyby można było mówić o tym, co się dzieje z pojedynczym kwantem świetlnym od chwili wypromieniowania go ze źródła do chwili pochłonięcia go na kliszy, to należałoby rozumować w sposób następujący: Pojedynczy kwant świetl­ny może  przejść  tylko  przez  jeden  z  dwu  otworów w ekranie. Jeśli przechodzi przez pierwszy otwór, to prawdopodobieństwo pochłonięcia tego kwantu w okre­ślonym punkcie kliszy fotograficznej nie może zależeć od tego, czy drugi otwór jest zamknięty, czy otwarty. Rozkład prawdopodobieństw powinien być taki sam jak w przypadku, gdy otwarty jest tylko pierwszy otwór. Jeśli doświadczenie powtórzymy wielokrotnie i rozpa­trzymy oddzielnie przypadki, w których kwanty świetl­ne przeszły przez pierwszy otwór, to okaże się, że po­czernienie kliszy fotograficznej powinno odpowiadać te­mu rozkładowi prawdopodobieństw. Jeśli rozpatrzymy następnie te przypadki, w których  kwanty świetlne przeszły przez drugi otwór, to dojdziemy do wniosku, że poczernienie kliszy wywołane przez te kwanty po­winno odpowiadać rozkładowi prawdopodobieństw uzy­skanemu na podstawie założenia, że otwarty był tylko drugi otwór. Toteż poczernienie kliszy, będące łącznym wynikiem wszystkich tych doświadczeń, powinno być sumą zaciemnień uzyskanych w obu typach przypad­ków; innymi słowy - na kliszy nie powinno być prąż­ków interferencyjnych. Wiemy jednakże, że tak nie jest i że w wyniku doświadczenia ukazują się na niej prążki. Dlatego twierdzenie, że każdy kwant świetlny musiał przejść bądź przez pierwszy, bądź przez drugi otwór, prowadzi do sprzeczności i jest rzeczą wątpliwą, czy jest ono słuszne. Przykład ten świadczy o tym, że funk­cja prawdopodobieństwa nie pozwala opisać tego, co za­chodzi między dwiema obserwacjami. Każda próba po­dania takiego opisu będzie prowadzić do sprzeczności; to zaś oznacza, że termin “zachodzi" ma sens jedynie wtedy, gdy jest związany z opisem obserwacji.

Jest to bardzo dziwny wniosek; zdaje się z niego wy­nikać, że obserwacja odgrywa decydującą rolę w zdarzeniu i że rzeczywistość zmienia się w zależności od tego, czy obserwujemy ją, czy nie. Aby wyjaśnić tę sprawę, musimy dokładniej zbadać, na czym polega proces ob­serwacji.

Przystępując do rozpatrzenia procesu obserwacji, na­leży pamiętać, że w naukach przyrodniczych przedmio­tem badań nie jest cały wszechświat, którego część sta­nowimy my sami. Przyrodnik bada tylko pewne fragmenty wszechświata. W fizyce atomowej fragment ten jest zazwyczaj obiektem znikomo małym; jest to cząstka elementarna bądź grupa takich cząstek, a niekiedy obiekt większy - co zresztą nie jest ważne w tej chwili. Ważne na razie dla nas jest to, że ogromna część wszech­świata, obejmująca nas samych, nie jest tu przedmio­tem badań.

Teoretyczna interpretacja doświadczenia ma dwa sta­dia początkowe, które już omówiliśmy. W pierwszym stadium zadanie polega na opisaniu sytuacji doświad­czalnej,  ewentualnie  łącznie  z  pierwszym pomiarem, i przełożeniu tego opisu - dokonanego za pomocą ter­minów fizyki klasycznej - na język funkcji prawdopo­dobieństwa. Funkcja podlega prawom teorii kwantów; na podstawie znajomości warunków początkowych moż­na obliczyć jej zmiany w czasie, które mają charakter ciągły. Jest to stadium drugie. W funkcji prawdopodo­bieństwa elementy subiektywne łączą się z obiektyw­nymi. Zawiera ona implicite pewne twierdzenia o mo­żliwościach, czy też - powiedzmy raczej - o tenden­cjach (“potencjach" - według terminologii arystotelesowskiej).  Twierdzenia  te  mają  charakter  całkowicie obiektywny, ich treść nie zależy od żadnego obserwa­tora. Oprócz tego w funkcji tej zawarte są również pew­ne twierdzenia dotyczące naszej wiedzy o układzie, któ­re są oczywiście subiektywne, jako że różni obserwato­rzy mogą mieć różną wiedzę. W przypadkach idealnych element subiektywny funkcji prawdopodobieństwa jest znikomy w porównaniu ze składnikiem obiektywnym, tak że w praktyce można go pominąć; fizyk mówi wów­czas o “przypadku czystym".

Przechodzimy teraz do następnej obserwacji, której wynik powinien być przewidziany teoretycznie. Musimy obecnie zdać sobie sprawę z tego, że badany obiekt przed obserwacją, a przynajmniej w czasie obserwacji, będzie się stykał z pozostałą częścią świata, a mianowicie z apa­raturą doświadczalną, z przyrządem pomiarowym itp. To zaś znaczy, że równanie ruchu dla funkcji prawdopo­dobieństwa musi obecnie uwzględniać również wpływ oddziaływania przyrządu pomiarowego na obiekt. Od­działywanie to wprowadza nowy element nieokreśloności, ponieważ przyrząd pomiarowy jest z konieczności opisany za pomocą terminów klasycznych. Opis ten za­wiera wszystkie znane nam z termodynamiki niedokład­ności związane z mikroskopową strukturą owego przy­rządu. Wobec tego zaś, że przyrząd styka się z całą resz­tą świata, jego opis zawiera w gruncie rzeczy niedokład­ności związane z mikroskopową struktura całej przyro­dy. Możemy przyjąć, że niedokładności te mają charak­ter obiektywny w takiej samej mierze, w jakiej są kon­sekwencjami dokonywania opisu za pomocą terminów fizyki klasycznej i nie zależą od żadnego obserwatora. Można je uznać za subiektywne w takiej mierze, w ja­kiej wynikają z tego, że nasza wiedza o świecie jest nie­pełna.

Gdy oddziaływanie już zaszło, funkcja prawdopodo­bieństwa zawiera obiektywny element tendencji i su­biektywny element związany z niepełnością naszej wie­dzy, nawet jeśli mieliśmy do czynienia z “przypadkiem czystym". Właśnie dlatego wynik obserwacji nie może być przewidziany w sposób pewny. Ustalić można jedy­nie prawdopodobieństwo określonego wyniku obserwacji; twierdzenie dotyczące tego prawdopodobieństwa można sprawdzić powtarzając wielokrotnie doświadcze­nie. Funkcja prawdopodobieństwa nie jest opisem okre­ślonego zdarzenia, opisem tak często spotykanym w me­chanice klasycznej. Opisuje ona natomiast - przynaj­mniej w trakcie obserwacji - cały zespół możliwych zdarzeń.

Akt obserwacji zmienia funkcję prawdopodobieństwa w sposób nieciągły; spośród wszystkich możliwych zda­rzeń zostaje wybrane jedno zdarzenie, które rzeczywi­ście zachodzi. W wyniku obserwacji nasza wiedza o układzie ulega nagłej zmianie; w związku z tym zmie­niają się odpowiednie wielkości matematyczne i dlate­go mówimy o “przeskokach kwantowych". Kiedy jako argument przeciwko teorii kwantów przytacza się stary aforyzm: Natura non facit saltus, to możemy odpowie­dzieć, że nasza wiedza niewątpliwie ulega nagłym zmia­nom i ten właśnie fakt usprawiedliwia posługiwanie się terminem “przeskok kwantowy".

Tak więc przejście od “tego; co możliwe", do “tego, co rzeczywiste", dokonuje się podczas aktu obserwacji. Jeśli chcemy opisać przebieg zdarzenia w świecie ato­mów, musimy zdać sobie sprawę z tego, że słowo “za­chodzi" może dotyczyć tylko aktu obserwacji, nie zaś sytuacji między dwiema obserwacjami. Ponieważ doty­czy ono fizycznego, a nie psychicznego aktu obserwacji, przeto możemy powiedzieć, że przejście od “tego, co mo­żliwe", do “tego, co rzeczywiste", zachodzi w momencie oddziaływania wzajemnego między obiektem i przyrzą­dem pomiarowym, a pośrednio - również i pozostałą resztą świata. Przejście to jest niezależne od aktu reje­stracji wyniku pomiaru, aktu dokonanego przez umysł obserwatora. Natomiast nieciągła zmiana funkcji pra­wdopodobieństwa zachodzi wskutek tego aktu rejestra­cji; w chwili rejestracji nasza wiedza ulega nagłej zmianie, czego odzwierciedleniem jest nieciągła zmiana funk­cji prawdopodobieństwa.

W jakiej więc mierze obiektywny jest uzyskany przez nas opis świata, w szczególności - opis świata atomów? Fizyka klasyczna opierała się na przekonaniu (może na­leżałoby powiedzieć - na iluzji?), że potrafimy opisać świat, a przynajmniej pewne jego fragmenty, nic przy tym nie mówiąc o nas samych. Często jest to możliwe. Wiemy, że Londyn istnieje, niezależnie od tego, czy go widzimy, czy nie. Można powiedzieć, że fizyka klasycz­na jest pewną idealizacją teoretyczną, w której ramach można mówić o poszczególnych fragmentach świata bez powoływania się na nas samych. Jej sukcesy doprowa­dziły do powstania powszechnego ideału obiektywnego opisu świata. Obiektywność stała się podstawowym kry­terium wartości wszystkich wyników badań naukowych. Czy kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej jest zgodna z tym ideałem? Można chyba powiedzieć, że teo­ria kwantów jest zgodna z tym ideałem w tej mierze, w jakiej jest to możliwe. Z całą pewnością nie jest jej właściwy subiektywizm sensu stricto, ponieważ nie trak­tuje tego, co fizyk myśli, jako części mikroprocesu. Ale jej punktem wyjścia jest po pierwsze podział na “obiekt" i “resztę świata", po wtóre zaś fakt, że opisując tę “re­sztę świata", posługujemy się pojęciami klasycznymi. Podział ten jest w pewnej mierze arbitralny i z histo­rycznego punktu widzenia stanowi bezpośrednią kon­sekwencję naszej metody naukowej; korzystanie z pojęć klasycznych jest koniec końców związane z ogólnymi cechami ludzkiego sposobu myślenia. Powołując się na ów sposób myślenia, powołaliśmy się na coś, co jest wła­ściwe nam samym; z tego względu opisów przez nas for­mułowanych nie można uznać za opisy w pełni obiek­tywne.

M31 Andromeda

Na początku tego rozdziału powiedzieliśmy, że punktem wyjścia kopenhaskiej interpretacji mechaniki kwan­towej jest paradoks. Zakłada ona mianowicie, że musi­my opisywać doświadczenia posługując się językiem fi­zyki klasycznej, chociaż wiemy, że pojęcia klasyczne nie są całkowicie adekwatne. Sprzeczność, z którą mamy tu do czynienia, jest źródłem statystycznego charakteru mechaniki kwantowej. W związku z tym proponowano całkowicie odejść od pojęć klasycznych, przypuszczano bowiem, że radykalna zmiana pojęć, którymi posługu­jemy się, opisując doświadczenia, umożliwiłaby powrót do nie statystycznego i w pełni obiektywnego opisu przy­rody.

Propozycje tego rodzaju były jednakże wynikiem nie­zrozumienia rzeczywistego stanu rzeczy. Pojęcia fizy­ki klasycznej to nic innego jak sprecyzowane i wysubtelnione pojęcia języka potocznego; stanowią one istot­ną część składową aparatury pojęciowej wszystkich nauk przyrodniczych, są ważnym elementem zasobu po­jęć, który jest podstawą tych nauk. Sytuacja, z jaką ma­my do czynienia w nauce, polega na tym, że opisując doświadczenia posługujemy się pojęciami klasycznymi. Mechanika kwantowa postawiła nas wobec zadania teo­retycznego zinterpretowania doświadczeń za pomocą tych pojęć. Nie ma sensu dyskutować na temat tego, co by było, gdybyśmy byli innymi istotami, niż jesteśmy. Musimy sobie uświadomić, że - jak powiedział von Weizsacker - “przyroda istniała przed człowiekiem, ale człowiek istniał przed naukami przyrodniczymi". Pierw­sza część tego zdania usprawiedliwia fizykę klasyczną i uzasadnia jej ideał całkowitej obiektywności; druga mówi nam, dlaczego nie możemy uniknąć paradoksów teorii kwantów, paradoksów związanych z koniecznością . posługiwania się pojęciami klasycznymi.

Należy tu dorzucić parę uwag na temat obecnego spo­sobu interpretowania zdarzeń mikroświata na podstawie teorii kwantów. Powiedzieliśmy, że naszym punktem wyjścia zawsze jest podział świata na obiekt, który ma­my badać, i “resztę świata" i że podział ten jest w pew­nej mierze arbitralny. Ostateczne wyniki obliczeń nie uległyby bowiem zmianie, gdybyśmy obiekt oraz przy­rządy pomiarowe lub pewną ich część potraktowali jako jeden układ i opierając się na prawach mechaniki kwan­towej, rozpatrzyli taki złożony obiekt. Można wykazać, że tego rodzaju zmiana ujęcia teoretycznego nie wpły­nie na wyniki przewidywania rezultatów poszczegól­nych doświadczeń. Wynika to matematycznie z tego, że ilekroć mamy do czynienia z takimi zjawiskami, że mo­żemy uznać stałą Plancka za wielkość stosunkowo bar­dzo małą, prawa mechaniki kwantowej stają się niemal identyczne z prawami fizyki klasycznej. Błędem było­by jednak sądzić, że powyższe ujęcie teoretyczne, w którym przyrząd pomiarowy podlegałby prawom me­chaniki kwantowej, pozwoliłoby uniknąć paradoksów występujących w teorii kwantów.

Przyrząd możemy nazywać przyrządem pomiarowym jedynie wówczas, gdy styka się on bezpośrednio z resz­tą świata i gdy zachodzi oddziaływanie między tym przyrządem a obserwatorem. Dlatego w kwantowo-mechanicznym opisie mikro-zjawisk będziemy mieli w tym przypadku do czynienia z nieokreślonością, tak samo jak w przypadku pierwszej interpretacji. Gdyby przyrząd pomiarowy był odizolowany od reszty świata - nie był­by przyrządem pomiarowym ani nie mógłby zostać opi­sany za pomocą terminów fizyki klasycznej.

Z tego względu Bohr twierdził, iż za bardziej słuszny należy uznać pogląd, że podział na obiekt i “resztę świa­ta" nie ma charakteru arbitralnego. Prowadząc badania w dziedzinie fizyki atomowej dążymy do tego, aby zro­zumieć pewne określone zjawisko, aby ustalić, w jaki sposób wynika ono z ogólnych praw przyrody. Dlatego ta część materii lub to promieniowanie, z którymi mamy do czynienia w danym zjawisku, stanowi naturalny “obiekt" teoretycznej interpretacji i powinno być od­różnione od przyrządów służących do badania zjawiska. Ten postulat przypomina nam o elemencie subiektywi­zmu występującym w opisie mikrozdarzeń; przyrząd po­miarowy został bowiem skonstruowany przez obserwa­tora, musimy więc pamiętać, że tym, co obserwujemy, nie jest przyroda sama w sobie; lecz przyroda, jaka nam się jawi, gdy zadajemy jej pytania we właściwy nam sposób. Praca naukowa w dziedzinie fizyki polega na formułowaniu pytań dotyczących przyrody, formułowa­niu ich w tym języku, którym umiemy się posługiwać, i na szukaniu na nie odpowiedzi w toku doświadczeń dokonywanych za pomocą środków, którymi dysponu­jemy. W związku z tym - jak zauważył Bohr - teoria kwantów przywodzi na myśl starą mądrą sentencję: “Poszukując harmonii w życiu, nie należy nigdy zapo­minać, że w dramacie istnienia jesteśmy zarazem akto­rami i widzami". Jest rzeczą zrozumiałą, że nasza wła­sna działalność staje się czynnikiem niezwykle donio­słym, ilekroć w badaniach naukowych mamy do czynie­nia z tymi obszarami świata przyrody, do których mo­żemy przeniknąć jedynie za pomocą najbardziej złożo­nych narzędzi.

__________________________________________


Koniec Części II
Cdn...