Kažkam toks klausimo formulavimas gali sukelti nemenką įtarimą – ką apskritai, didžiulį autoritetą turintis fizikos mokslas turi su minėtais debatais?
Bet kaip pamatysime vėliau, norint prasmingai pasiaiškinti debatų raidą bei esmę ir jų santykį su mokslu, klausimo formuluotė visiškai tinkama.
Kaip žinoma, mokslinio metodo bruožas sieti stebėjimą ir eksperimentą su samprotavimais. Todėl iš anksto būtina paminėti žmogaus proto sukurtus instrumentus, kurie priskiriami moksliniam pasaulio pažinimui.
Taigi kokie tie instrumentai?
Pirmiausia tai pažinimui skirta turininga kalba, kurioje, remiantis stebėjimo faktais galima kurti pasaulio vaizdinį. Taip žmonijos kultūrinėje sąmonėje atsirado laiko sąvoka, o išmokus skaičiuoti daiktus kaip tam tikros kalbos išraiška skaičių simboliais, užgimė matematika. Jos dėka galima ne tik išspręsti žmonijos civilizacijos tam tikrus kūrybinius klausimus, bet ir aprašyti žmogaus sąmonėje atsispindėjusią gamtinę simetriją1. Žinoma, šiandieną reikia minėti ir visas technines priemones, kurios pažįstant pasaulį labai reikšmingai išplėtė žmogaus jutiminių organų galimybes. Taigi stebėjimo faktai, apie tuos faktus prote kuriamos loginės konstrukcijos, kurias galima išreikšti žodžiais ir matematiniais simboliais - tai pagrindiniai dalykai pažįstant pasaulį bei piešiant jo vaizdą.
Paminėtus dalykus pakomentuokime šiek tiek išsamiau.
Religijų istorijos byloja, jog tikėjimo ir netikėjimo klausimas (kaip santykis su Dievu), buvo keliamas dar prieš užgimstant graikų filosofijai. Tačiau, tik pasaulio (kaip daiktinės išraiškos - gamtos) pažinimo dėka, išsirutuliojo moksliniai ginčai įrodinėjantys Dievo kaip pirminės pasaulio atsiradimo priežasties egzistavimą.
Graikams, žemė, vanduo, ugnis ir oras buvo pagrindiniai elementai iš kurių susideda medžiaga. Jie išrutuliojo tokias sąvokos kaip atomas, eteris, tuštuma, siela, judėjimas, nejudėjimas ir pan. Talis, Aleksandras, Pitagoras, Euklidas, Archimedas ir gausybė kitu garsių vardų, padėjo pagrindus šiandieninei matematikai, kuri apibrėžia skaliarinius ir vektorinius fizikinius dydžius. Aristotelio indėlis į matematiką - tai logikos išvystymas ir atskirų aksiomų sistemų protegavimas kiekvienam mokslui. Nuo graikų laikų iki šiandieninės fizikos, fizinio pasaulio klausimai sprendžiami nagrinėjant judėjimą, kurį galima apibrėžti anksčiau minėtų instrumentų dėka. Šiandieną žinoma, kad judėjimas neatsiejamas nuo medžiagos esmės, todėl judėjimo pažinimas yra raktas atrakinantis gamtos paslaptis.
Nesinaudodamas bandymais, Aristotelis, dedukciniu metodu suformulavo gausybę postulatų ir jais remdamasis darydavo tolimesnes išvadas apie stebimus reiškinius. Iškėlęs pasaulio pirminio Judintojo, kuris pats nejuda idėją, Aristotelis, sumodeliuoja pasaulėvaizdį, kuriame materialusis pasaulis atskirtas nuo jo atsiradimo priežasties. Kitaip tariant, judėjimo atsiradimo priežastis glūdi ne pačiame judėjime, bet už jo ribų. Taigi aristoteliško pasaulėvaizdžio pagrindimas arba atmetimas - tai pasaulio pažinimo sritis, kurioje talpinami teistų ir ateistų ginčai neatsiejami nuo fizikos mokslo raidos. (Kaip žinoma, teistams, pirminis Judintojas yra išplėtotos Dievo sampratos sinonimas, t.y., kaip grynojo Proto, aukščiausios Būties, visatos Kūrėjo ir pan.).
Taigi teistinė pasaulėvaizdžio koncepcija sako, kad gamta yra judėjimo procesas, kuriam pradžią bei raidą suteikia už žmogaus proto dėka apibrėžiamo judėjimo ribų egzistuojantis Dievas.
Nuo Antikos laikų, teistinės koncepcijos oponentai, epikūrininkai, įrodinėjo tuštumoje amžinai egzistuojančių atomų judėjimą tiesiomis linijomis. Kartu teigė ir tai, kad dėl kažkokios tai jėgos (clinamen) veikimo, atomai nukrypsta nuo savo tiesių trajektorijų. Tokiu būdu įvyksta jų tarpusavio susidūrimas, kurio pasekmėje gimsta nauja medžiaga. Nors epikūrininkai palieka neatsakytą klausimą apie paslaptingą jėgą ,tačiau iškelia teiginį, jog medžiaga gimsta iš medžiagos. Prie šios teorijos prijungus demokritišką atomistinį sąmonės veikimo aiškinimą, gauname šiuolaikinę materializmo koncepciją, kad visa sudaro nenutrūkstamai judanti medžiaga iš kurios savaime išsivysto gyvybė ir galiausiai - sąmoningas žmogus. Nejudėjimas, o tai reškia ir antgamtiškumas, neegzistuoja – teigia materialistai.
Tad gamtinis (kaip nenutrūkstamas judėjimas) pasaulio paaiškinimas, neįžvelgiant nejudėjimo aspekto, kartu yra ir mokslinis ateizmo pagrindas nes tokiu būdu atmetama antgamtiška nejudančio Dievo samprata.
Taigi kaip atsirado moksliniai teiginiai, kurie prieštaravo nejudėjimo aspektui?
Galilėjaus atrasti inercijos ir kiti dėsniai ne tik sukrėtė Aristotelio fiziką bei pasaulėvaizdį, bet, ir suteikė mokslinį pagrindą moderniai (renesansinei) filosofijai.
Inercijos dėsnis, iš judėjimo paaiškinimo išstūmė pirminio Judintojo sampratą. Aiškinant visatą inercijos dėsnio dėka, tapo įmanoma apseiti be pirminio Judintojo nes daiktai savyje turi inercijos jėgą ir todėl juda savaime. Gamtinio judėjimo procesui egzistuoti, nereikia jokios jėgos esančios už gamtos ribų. Vaizdžiai tariant, inercijos dėsnis judėjimo bei medžiagos pažinimą praplėtė tiek, kad tapo „matoma“, jog pirminė pasaulio atsiradimo priežastis slypi pačioje medžiagoje – jos judėjime.
Žinoma, dėl filosofijos bei pasaulėvaizdžio raidos galima minėti Koperniką, Bruno ir kt., tačiau jie tiesiogiai nesusiję su minėto dėsnio atradimu. Kita vertus, jie kartu su Galilėjaus fizika, padeda pagrindus vakarietiškam panteistiniam pasaulėvaizdžiui, kurį galiausiai sumodeliuoja teistas Spinoza. Taigi pasaulį aiškinant savaiminiu judėjimu, mintis, kad pasaulis randasi Dieve (kaip judėjime), tapo tarsi nepriekaištingas Dievo ir pasaulio santykio paaiškinimas. Spinozos pasaulėvaizdis buvo ir tebėra fizikos bei šiandieninės kosmologijos modeliavimo pagrindas (tiksliau, buvo iki pastarojo dešimtmečio). Tiesa, pasaulio pažinimo raidoje, žodis „Dievas“, buvo vis labiau suprantamas kaip tam tikra gamtos jėga, t.y., jėga, kuri slypi medžiagoje. (Pvz., teistas Niutonas, savo „Optikoje“ išreiškė štai tokią mintį: „Kūnų virtimas šviesa ir šviesos virtimas kūnais atitinka pačią gamtos prigimtį, kuri, matyt, linkusi kaitaliotis“. Taigi Niutonui, gamta kaitaliojasi pati savaime – be išorinės jėgos. Einšteino ir Boro pokalbiuose dažnokai minimas žodis „Dievas“, ir jų debatuose turi prasmę jiems abiems priimtinas pamąstymas: Ką pasakytų Spinoza jei jis galėtų dalyvauti kalbant apie šviesos kvanto neapibrėžtumą arba apie jo sąlyginį apibrėžtumą matematinės tikimybės požiūriu, t.y., požiūriu, prilygstančiu į orą išmestos monetos kažkurios tai pusės atspėjimu – skaičius arba herbas?).
Po Niutono klasikinių mechanikos dėsnių suformulavimo, įsigali „fizikos mokslo idealas“, kuris suponuoja naujas mokslo galimybes paaiškinti pasaulį vien tik mechaniškai. Laplaso determinizmas tai tarsi matematinės kalbos dėka mechanistiškai veikiančio pasaulio galutinis pažinimas: jei tam tikru momentu bus žinoma visų dalelių padėtys ir greičiai (impulsai) visatoje, tai bus žinoma ir visatos būklė bet kokiu momentu. Moderniame pasaulėvaizdyje vyravo dar viena labai svarbi samprata – tai laiko ir erdvės absoliutumas. Tai reiškė, kad laikas ir erdvė aprioriniai, ir visi vykstantys įvykiai atsitinka vienu tuo pačiu laiko momentu.
Taigi viena vertus. determinizmas teigė, kad visų dalelių padėties koordinatės ir greičiai, nusako visatos būseną kiekvienu esamu ir būsimu momentais, o kita vertus, absoliutumo samprata išreiškė nekintančius bei nejudančius visatos dėmenis. Šie dėmenys buvo neatsiejami nuo nematerialaus, nejudančio ir begalinio eterio hipotezės.
Fizikos idealo tvirti lūkesčiai tesėsi iki XIX a. Jame, energijos sąvoka tapo pačia svarbiausia nes XIX a. viduryje buvo suformuluotas visuotinas energijos tvermės dėsnis2. Jis tapo kertiniu akmeniu gamtos (kaip uždaros fizikinės sistemos) tyrinėjimams. XIX a. buvo suprasta, kad dalelių poslinkiai negali atskleisti reiškinių esmės, t.y., gamtoje vykstantys procesai pranoksta klasikinę mechaniką. Laplaso determinizmą griovė termodinamikos statistiniai dėsningumai, o vienalaikių įvykių teorija buvo suabejota konstatavus faktą, kad garsas, nuo jo šaltinio nutolusį klausytoją pasiekia tik praėjus tam tikram laikui. Nors vėliau buvo išmatuotas šviesos greitis, bet toks eksperimentas nesugriovė pasaulio vaizdinio su laiko bei erdvės absoliutumu. Kita vertus, pasaulėvaizdžio samprata, kuriame nieko daugiu nėra, o tik vienas kito atžvilgiu judantys kūnai, įgavo papildomus kontūrus nes pastebėta, jog kūnai ne tik juda, bet ir sąveikauja tarpusavyje. Taigi nepaisant atsirandančių prieštaravimų bei naujų pažinimo iššūkių, klasikinio fizikos idealo lūkesčiai liko nepakitę – į visus gamtos pažinimo klausimus bus galima atsakyti tik galutinai apibrėžus judėjimą, o kartu galbūt suprasti ir tai kas sudaro materijos esmę.
Iki XX a. pradžios, fizikos moksle išsilaikė begalinio nematerialaus bei nejudančio eterio hipotezė, kuri suponavo laiko ir erdvės absoliutumo sampratą, o drauge ir vienalaikius įvykius, kurie išreiškiami „toliveikos“ (kaip sąlyčio kūnas su kūnu) sąvoka. Kartu tai buvo ir tam tikras nejudėjimo aspekto pripažinimas nes nejudančio eterio dėka buvo aiškinama, kad visos jėgos perduodamos vienu, ir tuo pačiu laiko momentu (pvz. jėga, suteikusi kūnui A postūmį, tuo pat metu bus perduota kūnui B, kuris yra nutolęs nuo kūno A begaliniu atstumu). Taigi eteris buvo suprantamas kaip tam tikra nemateriali ir nejudanti terpė, kurios dėka, visatoje vyko visi judėjimo bei jėgų perdavimo procesai.
Ir visgi eterio hipotezė vis labiau praradinėjo mokslinį statusą nes nebepajėgė tinkamai paaiškinti naujai iškilusių faktų. Galiausiai Einšteino reliatyvumo teorija pateikia erdvėlaikinį pasaulio vaizdinį, kuriame nebelieka apriorinių laiko ir erdvės sampratų. Taip iš fizikos mokslo arenos buvo išstumta vienalaikiškumą suponuojanti eterio samprata, o visas jėgas veikiančias per atstumą imta aiškinti lauko 3 teorija. Joje, laukas suprantamas kaip tam tikra materijos forma. „Toliveikos“ sąvoka praranda fizikinę prasmę nes jėgos perduodamos ne vienalaikiškai ir tiesioginiu sąlyčiu, o jas perneša tam tikros dalelės4, kurios negali judėti greičiau negu šviesos greitis vakuume. (Pvz., elektromagnetiniame lauke sąveikaujant kūnui A su kūnu B, sąveikos jėgą perduoda fotonas).
Kaipgi suprantamas erdvėlaikis ?
Čia pagrindinė esmė ta, kad kitaip nei sąlyginai mažais greičiais apribotoje Niutono mechanikoje, reliatyvumo teorijose, šviesos greitis negali būti sumuojamas. Nors tam tikro žmogaus protas dar ir šiandieną tokių dalykų negali suvokti bei įsisavinti, tačiau Einšteino mintiniai eksperimentai yra patvirtinti stebėjimais bei techniniais eksperimentais (pvz., lėktuvais buvo skraidinami specialūs laikrodžiai). Erdvėlaikis realus. Jo įsisavinimui labai geras stebėtojo ir link jo iš dviejų priešingų krypčių atvykstančių traukinių pavyzdys. Tarkim, du traukiniai iš priešingų krypčių, artėja link stebėtojo šviesos greičiu. Niutoniškai skaičiuojant, likus vienai sekundei iki traukiniai priartės prie stebėtojo, juos skirs šeši šimtai tūkst. km. atstumas. Tačiau realybė bus kita - traukinius skirs tik trys šimtai tūkst. km. O jeigu realybėje juos skirs šeši šimtai tūkst. km., tai iki traukiniai pasieks stebėtoją bus užfiksuotas dviejų sekundžių laiko tarpas, o ne vienos. Taigi tikrovėje, laikas ir erdvė nėra aprioriniai ir nekintami, o reliatyvūs. Štai toks realus pasaulis – erdvėlaikis. Šviesos greičiu apibrėžiamo pasaulio realybė bei vėliau kuriama kvantinė mechanika, pradeda piešti pasaulėvaizdį, kuriame, nejudėjimo aspektui tarsi nebepaliekama jokios vietos.
Bet kaip paaiškinti kas yra šviesa?
Einšteinas suformuluoja šviesos kaip dalelių srauto sampratą, kuri vėliau tapo jo ir Boro ginčų sukuriu, įtraukusiu beveik visus pagrindinius kvantinės mechanikos kūrėjus. Po de Broilio teiginio (1924m.), kad jei bangos turi dalelių savybių, tai dalelės taip pat privalo turėti bangos savybių, šviesos aiškinimas vien tik dalelės sąvokos dėka nebeatlaikė kritikos. Nebuvo galima išsamiai paaiškinti elementarus gardelės plyšio eksperimento5 . De Broilio bangos puikiai derėjo su jų matematiniu aprašymu - Šrėdingerio lygtimi. Tačiau su dalele buvo kitaip. Todėl ginčų esmė – tai šviesos kaip dalelės (kvanto – tam tikros energijos porcijos) apibrėžimas matematiniu tikimybių metodu. Taigi buvo ginčijamasi apie dalelės ir bangos bendrą veikimą, kurio vietos ir greičio vienu ir tuo pačiu laiko momentu neįmanoma tiksliai nustatyti. Banga ir dalelė – tai neatskiriama vienovė, ir jų bendras veikimo dydis niekuomet negali būti mažesnis už Planko konstantą – teigia Boras, gindamas neapibrėžtumo ir jo paties pasiūlytą papildomumo principus. Toks paaiškinimas, Aristotelio logika bei Spinozos pasaulėvaizdžiu besivadovaujančiam Einšteinui – tai nelogiškas „trečio“ egzistavimas. Einšteino fizikos mokslo idealas savo esme klasikinis – judėjimą sukuria dalelių sąveika ir tai nulemia viską kas vyksta visatoje. Todėl, anot Einšteino, fizikos užduotis – dalelę apibrėžti tiksliai, o ne matematine tikimybe (sąlyginai tiksliai). Bet Borui, neapibrėžtumas nėra nei spinoziško pasaulėvaizdžio, nei aristoteliškos logikos pažeidimas – tiesiog egzistuoja tokia fizinio pasaulio realybė - pati mažiausia gamtos energija (šviesa), pasireiškia kaip virpančios dalelės, kurių neįmanoma apibrėžti tiksliu būdu, t.y., tuo pačiu laiko momentu bei tomis pačiomis sąlygomis nustatant jų greitį ir padėtį erdvėje. Paprastai tariant, šviesa - tai matomos visatos gimimas ir visa esmė čia ta, kad žmogaus protas bei jo sukurti instrumentai nėra pajėgūs idealiai tiksliai identifikuoti gimimo vietos.
Neapibrėžtumas, galutinai palaidojo Laplaso matematinį determinizmą. Kita vertus, kvantinė mechanika neteigia, kad Laplasas neteisus – tiesiog dalelių neįmanoma matematiškai tiksliai apibrėžti, t.y., jų apibrėžimas sąlyginis, tikimybinis.
Mokslo pasaulyje prigijo kvantinės mechanikos apibūdinimas kaip „keisto mokslo“. Iš tiesų ne kvantinė mechanika keista, bet žmogaus prote susikurtas tam tikras stereotipinis pasaulėvaizdis neatitinka tikrovės. Keistumas pasireiškia tik žmogaus sąmonėje konfrontuojančioje su realiu pasauliu, kuris nepriklauso nuo prote kuriamų įsivaizdavimų. Tai akivaizdžiai rodo Einšteino ir Boro ginčai.
Esmių esmė ta, kad kvantinė mechanika buvo įprasminta naudojant tas klasikines sampratas, kurios nustato jų realaus pritaikymo ir fizinio įsivaizdavimo ribas (akiratyje turimos greičio, padėties erdvėje, energijos ir judesio kiekio tvermės bei kt. sampratos).
Taigi dar šiek tiek apie kvantinę mechaniką ir jos dėka reabilituotą klasikinį pasaulėvaizdį.
1900 m., tyrinėdamas absoliučiai juodo kūno spinduliuotę, M. Plankas, tapo kvantų sąvokos autoriumi. Jis tuomet net negalvojo, kad jo apskaičiuotas energijos kiekis taps universalia bei fundamentalia fizikine konstanta, o kartu ir kvantinės mechanikos atramine kolona. Suponuodama pačią mažiausią medžiagos - energijos mokslinę sampratą, ši konstanta, tarsi naujai padalina pasaulį į matomą ir nematomą (fizikine prasme nieką). Heizenbergui suformulavus neapibrėžtumo principą, o siekiant matematinio tobulumo Šrėdingeriui sukūrus matematinę lygtį, pastatomos dar dvi kolonos. Pauliui pateikus draudimo principą (arba pagrindinį principą), - įtvirtinama ketvirta kvantinės mechanikos kolona. Žinoma, dar prieš Paulio draudimo principą sukurta elektrono sukinio sąvoka6 ir banginės funkcijos interpretavimas tikimybiniu požiūriu, - labai svarūs įnašai į kvantinės mechanikos pagrindus.
Kuriant naują fiziką, ne vienam mokslininkui kilo klausimas: ar kvantinė mechanika galės objektyviai paaiškinti visus visatoje vykstančius procesus, ar vis tik dar kažkas pasiliks „už kadro“?
Tai, kad „už kadro“ kažkas pasilieka į paviršių iškyla praeito amžiaus ketvirtame dešimtmetyje. Dar viename karštame Einšteino ir Boro ginče dėl atomo skilimo, Einšteinas, galutinai pareiškia, jog kvantinė mechanika negali tikrovės paaiškinti objektyviai. Čia esmė ta, kad iškilo štai toks klausimas: ar viena nuo kitos per atstumą nutolę dalelės gali tarpusavyje keistis informacija nesugaištant laiko? Jei gali, tai reiškia, kad toks reiškinys pranoksta fizikinę tikrovę ir jos apibrėžimui sukurtas sąvokas bei dėsnius. Anot Einšteino ir jo bendraminčių (Podolsky ir Roseno) tai negalimas dalykas nes prieštarauja specialiajai reliatyvumo teorijai. Problema (kvantinis susietumas arba sietis, t.y., kai viena nuo kitos nutolę dalelės tarpusavyje pasikeičia informacija vienu ir tuo pačiu laiko momentu) buvo išspręsta postulatu: dalelės tokias savybes turi iš anksto. (Iš esmės tai fizikos sąvokomis neapibrėžiamo nejudėjimo dėmens ir medžiagos sutapatinimas, kuris suteikia visatoje vykstančių procesų tam tikrų aiškinimų pagrindimą. Pvz., aiškinant juodųjų bedugnių ir informacijos priklausomybę).
Šiandieną aišku, jog ginče, Einšteinas buvo teisus tik tame, kad kvantinė mechanika tikrovės negali ir negalės paaiškinti objektyviai. Maždaug prieš trisdešimtmečius, remiantis esančių per atstumą fotonų priklausomumu vienas nuo kito nesugaištant laiko eksperimentais, fizikų grupė (įžymiausias iš jų Alain Aspect) iškelia holograminės visatos idėją. Taip pagrindžiama daleles apjungiančio (bet su jų judėjimu niekaip nesusiejamo) informacinio lauko sąvoka. 2003m. prestižiniame mokslo žurnale „Nature“, į titulinį puslapį dedamas tam tikros Vienos fizikų grupės vadovas A. Zeilingeris ir jo darbas. Darbas apie tai kuo negalėjo patikėti Einšteinas. Pastaraisiais metais kvantinio susietumo kaip nepaaiškinamo fenomeno faktas jau beveik nestebina. Fiziko protas ima sugyventi su bangine funkcija nepaaiškinamu reiškiniu ir nauja informacijos sąvoka, kuri nesuponuoja fizikinę prasmę turinčių sampratų. Lietuvoje, fenomenaliu reiškiniu ypač susidomėjo lazerinių technologijų tam tikri fizikai. Žinoma, kadangi susietumas nepatenka į fizikinį turinį turinčias sampratas, tai kuriant fizikinius procesus generuojančią įrangą, toks susidomėjimas nėra prasmingas. Bet kvantinis susietumas nepaneigia galimybės manipuliuoti dalelėmis, todėl išlieka technologinė perspektyva informacijos srityje (pvz., kuriat kvantinį kompiuterį).
Kaip reikia suprasti kvantinį susietumą ir jo suponuojamą nejudėjimą?
Susietumo paaiškinimui bei įsisavinimui, labai geras vienos poros (k. ir d. rankos) pirštinių pavyzdys. Pirštinių porą išskiriame ir nežiūrėdami įdedame į atskiras dėžes, kurias vieną nuo kitos atskiriame, tarkim, vieno šviesmečio atstumu. Pažvelgę į viena dėžę iškart sužinome kokios rankos pirštinė randasi kitoje dėžėje. Tikrai, jokio nejudėjimo aspekto čia nėra. (Tai Einšteino pozicija. Šis pvz., iliustruoja dalelės kaip fizinės realybės ir informacijos, kaip nematomos tikrovės sutapatinimą). Bet šiandieniniai eksperimentai rodo kitokį dalyką: Jei vienoje pirštinėje kažką pakeičiame, tai tuo pat metu per šviesmetį nutolusioje pirštinėje įvyksta analogiški pokyčiai (įrodyta Boro versija). Čia ir yra esmių esmė dėl egzistuojančio nejudėjimo aspekto (kaip nematomos tikrovės) pagrindimo, kadangi, tokiam reiškiniui paaiškinti nebegalioja fizikinį turinį turinčios ir fizinį pasaulėvaizdį konstruojančios sąvokos (tai erdvė, laikas ir t.t.). Kitaip tariant, nejudėjimo aspektas suponuoja vienalaikių įvykių galimybę visatoje, tačiau ne perduodant jėgą bei judėjimą (kaip tai buvo aiškinama eterio teorijoje), o nemechanistiškai 7 veikiant daleles. Taigi nejudėjimo aspektas pasireiškia išoriškai, t.y., iš už pasaulio fizinio veikimo sampratos ribų.
Prieš pradedant išsamų teksto apibendrinimą, įtraukiant dar jame neaptartus dalykus, pacituosiu „Fizika ir fizikinis pasaulis“ knygos autorių Dž. B. Merioną (Jerry B.Marion) : „Visada reikia atsiminti, kad fizikos teorijos iš esmės aprašomos sąryšiais tarp tokių dydžių, kuriuos galima išmatuoti. Tik filosofai, o ne fizikai, gali, pavyzdžiui paklausti: Kodėl teisinga kvantinė teorija? (Kartais fizikas taip pat kelia tokius klausimus, bet tai nukrypimas nuo normos). Jei fizikui pavyksta suderinti keletą faktų ir išvesti juos siejančią formulę, pagal kurią galima apskaičiuoti naujų dydžių vertes, patvirtintas eksperimentu, tai jis mano, kad uždavinį jau yra atlikęs. Visai kas kita – sukurti visuotiną teoriją, kuri ne tik paaiškintų gamtos reiškinius, bet ir būtų filosofiškai teisinga.“
Ką reiškia filosofiškai teisinga visuotina teorija ?
Pirmiausia reiškia tai, jog turime taip įsisavinti pasaulio pažinimo žinias, kad sugebėtume atskirti išmatuojamus dalykus nuo tų, kurių neįmanoma išmatuoti. Taigi filosofiškai teisinga visuotina teorija turi parodyti, kad bet koks teorinis modeliavimas, kuriame neišmatuojami dalykai sutapatinti su išmatuojamais, niekada negalės sumodeliuoti objektyvaus pasaulio vaizdinio. Kitaip tariant, objektyvus pasaulėvaizdis yra toks, kuriame mokslo dėka išmatuojami dalykai tampa matomais, o neišmatuojami pasilieka nematomais.
Tad kalbėdami apie mokslo galimybes, visuomet turime prisiminti šios citatos esmę. Neišleidžiant iš akiračio citatos, bus išvengta kraštutinių teiginių, pavyzdžiui, „mokslas nieko negali paaiškinti ir įrodyti“ , arba - „mokslas gali viską“. Užtenka pažvelgti į savo telefonus ir iškart susiduriame su faktu apie neginčijamas mokslo galimybes pažįstant ir įvaldant medžiagą. Kita vertus, mokslas nepagrįstai suabsoliutinamas iki tokio laipsnio, kad net imama tikėti, jog nepriklausančią fizikiniams išmatuojamiems dydžiams sąmonės apsibrėžtą tapatybę „aš“, mokslo dėka, bus įmanoma perkelti į dirbtinį intelektą, kuris konstruojamas naudojantis pilnai ir sąlyginai išmatuojamais dydžiais. Pavyzdžiui, tokiu fizinio nemirtingumo tikėjimu yra pagrįstos transhumanizmo idėjos, kuriose žmogaus sąmonė besąlygiškai tapatina su fiziniu pasauliu. Štai ką reiškia filosofiškai neteisinga teorija, kuria besivadovaujantys mokslininkai tarsi drugiai besistengiantys perskristi kiaurai stiklą, tikisi pasiekti tapatybės „aš“ amžino išlikimo kaip tam tikro fizinio būvio.
Samprotaudami apie išmatuojamus ir neišmatuojamus dalykus, neturėtume suabsoliutinti matematikos galimybių. Jei tam tikrame modeliavime atsiranda matematiniais simboliais išreikšti dalykai, kurių negalima nuosekliai suderinti su fizikinę prasmę turinčiomis sąvokomis, ir todėl jų ryšio neįmanoma patikrinti eksperimentu, tai tokios matematinės teorijos tėra intelektualiai ieškojimai, įgaunantys metafizinį dėmenį. Pastarąjį, tam tikra prasme galima sieti su nulio (kuris suponuoja „nieką“) pripažinimu skaičiumi8 matematikos moksle. Gamtos pažinimo ir matematikos mokslų santykį ypač taikliai apibūdina Bertrano Raselo mintis: „Grynoji matematika, - rašė B. Raselas, - ištisai susideda iš tokio tipo teiginių: jeigu tam tikras teiginys teisingas kurio objekto atžvilgiu, tai jo atžvilgiu teisingas kuris kitas teiginys. Čia esmė yra, pirma, klausimo, ar teisingas pirmas teiginys, ignoravimas ir, antra, objekto prigimties ignoravimas ... Matematika gali būti apibrėžta kaip mokslas, kuriame niekad nežinome apie ką kalbame, ir niekada nežinome, ar teisinga tai ką kalbame“.
Fizikos moksle, yra šis labai svarbus dalykas: užtenka vieno eksperimento ir teorija gali būti sugriauta. Ar kvantinės mechanikos teorijas sugriauna susietumo reiškinys ir, ar perspektyvoje reikalinga nauja fiziką?
Priešingai, teorijos veikia gera, o eksperimentai parodo, jog medžiagos sąveika nėra ir negalės būti pilnai paaiškinta fizikinį turinį turinčių sąvokų dėka, t..y., objektyvi tikrovė pranoksta fizikines teorijas ir jas pagrindžiančius eksperimentus. Todėl šiandieniniame keturių fundamentalių sąveikų aiškinime, kvantinė lauko teorija leidžia įvesti virtualų dėmenį (apie jį šiek tiek vėliau). Erdvėlaikio ir kvantinės mechanikos apibrėžiamų medžiagos sampratų dėka, atrandamas nemedžiagiškas, ir todėl neišmatuojamas (kaip mokslui nematomas) dėmuo. Jo neįmanoma sutapatinti su medžiagos – energijos moksline sąvoka, o kartu, su tiksliai ir sąlyginai tiksliai apibrėžiamu judėjimu matematine prasme. Apie naują fiziką, kuri galėtų prasiskverbti į nejudėjimo sritį nė neverta svajoti nes pats subtiliausias skverbimosi bei matavimo įrankis yra šviesa. (Akiratyje turima ne tik regimosios šviesos dažniai, bet ir visi kiti, pvz., didesnio dažnio gama spinduliai. Šiuolaikinėje fizikoje yra žinoma ne mažiau kaip šimtas penkiasdešimt spinduliavimų). Šviesa, kaip žinoma, fizinio pasaulio riba, kurios neįmanoma nustatyti tiksliai. Todėl fizikos mokslas, neturi ir neturės mokslinių sąvokų, kad galėtų kalbėti apie tokius dalykus, kurie randasi už tos ribos (nubrėžtos neapibrėžtumo principu paaiškinamu spinduliavimu) ir nesudaro fizinio pasaulio sampratos žmogaus prote. Tiksliau, nesudaro medžiagos – energijos sampratos, kurią būtų įmanoma apibrėžti žmogaus proto sukurtų gamtos pažinimo instrumentų dėka. Kita vertus, moderniausias mokslas, į XXI a. pasaulėvaizdį sugražina nejudėjimo dėmenį kaip realiai funkcionuojantį nematomą pasaulį.
Moksle, nejudėjimo aspektą galima susieti su gausybe neatsakytų klausimų. (Pvz., visatoje užfiksuoti tam tikri spinduliuotės dažniai siejami su nematoma medžiaga, kuri tą spinduliuotę skleidžia. Žinoma, iškeliamas klausimas kaip tokią paslaptingą medžiagą paaiškinti. O galbūt galimybė paaiškinti tėra bandymas „išmatuoti“ tai kas vyksta už Planko ribos?).
Todėl prieš suformuluojant galutinę išvadą, būtina pastebėti dar vieną labai svarbų dalyką, kuris tiesiogiai susijęs su nejudėjimu. Tai rutuliojamo visatos kosmologinio modelio priklausomybė nuo kvantinių procesų aiškinimo progreso. Čia esmė ta, kad per pastarąjį dešimtmetį radikaliai pasikeitė visatos pradžios, t.y., singuliarumo paaiškinimas.
Iki 1980 m., o ir vėliau, visata buvo nagrinėta ne mažiau dešimtyje jos būsenų (statinė, besiplečianti, uždaroji, atviroji, izotropinė, homogeninė (vienalytė) ir kt.), tačiau, remiantis visuotinu energijos tvermės dėsniu, visatos singuliarumas, buvo aiškinamas tik vienu aspektu: visatos pradžia, t.y., singuliarumas yra visos visatos milžiniškos medžiagos bendro kiekio susitelkimas maždaug dešimtosios milimetro dalies matmenyse. Šiandieną, visata pažįstama kaip greitėjančiai besiplečianti, o singuliarumas apibrėžiamas mikroapimties ir mikromąsės vienetais, į kuriuos talpinami vos „keli“ kvantai energijos. (Singuliarumo apimtis 10-33 cm, o masė apie 10–5 g).
Kuo gi grindžiamas visatos singuliarumo aiškinimo pasikeitimas – nuo milžiniškos šiandieninės visatos energijos iki „kelių“ kvantų ?
Niutonas, rašydamas apie medžiagos virtimą šviesa bei atvirkščiai, galbūt šitą procesą suprato kaip tam tikrą išmedžiagėjimą ir įmedžiagėjimą. Taigi medžiagos kaitos procesą, galima vertinti kaip to meto mokslininkui „matomą“ reiškinį. Pastaraisiais dešimtmečiais, moksliniai „matymai“ tampa vis labiau nebegalimi. Anihiliacija9 (tam tikrų dalelių sąveikos ir jų virtimo kitomis procesas), dalelių sąveikavimą aiškina griežtai remiantis energijos bei judesio kiekio tvermės dėsniais ir neapibrėžtumo principu. (Paminėtų dalykų dėka, moksle, fizinio pasaulio procesai yra „matomi“. Idealiai tiksliai matyti neleidžia neapibrėžtumo principas). Tačiau, susidūrus su tam tikrais sąveikaujančių dalelių ir jų virtimo kitomis paaiškinimo bei aprašymo sunkumais, dėl to, kad nebūtų pažeisti energijos tvermės dėsniai ir neapibrėžtumo principas, lauko teorija, leidžia naudotis virtualaus tarpinio sąveikavimo procesais. Paprastai tariant, fizinio pasaulio sąveikavime atsiranda mokslui nematomų vietų. Tačiau į jas nekreipiama dėmesio nes mokslo požiūriu, nematomi dalykai trunka taip trumpai, kad dėsnių bei neapibrėžtumo principo nepažeidžia ir todėl galutiniams rezultatams įtakos negali turėti.
XXa. antroje pusėje, buvo pastebėta, kad kosminėje erdvėje egzistuoja gausybė atsirandančių ir išnykstančių dalelių. (Kosminė erdvė sukurta laboratorijoje vadinama fizikiniu vakuumu – tuštuma. Fizikoje, žinomi ne mažiau kaip devyni vakuumai). Tad iškilo klausimas: koks tokio proceso vaidmuo fundamentaliose sąveikose? Šiandieną, visa tai suprantama kaip visatos vakuumo fliuktuacijos (tam tikri kvantiniai procesai).
Neišsiplečiant galima pasakyti, jog aiškinant minėtus kvantinius procesus, dėl tvermės dėsnių bei neapibrėžtumo principo nepažeidžiamumų, yra laikomasi anichiliacijos esmės, tačiau išplečiamas procesų nematymo dėmuo. Visos keturios fundamentalios sąveikos aprašomos, jas susiejant su virtualiais jos nešėjais. Sąveikos nešėjui reikalinga energija gaunama iš nulinės vakuumo būsenos. Galiausiai tokie kvantinių procesų aprašymai pagimdė šiandieninę singuliarumo sampratą. Staigaus visatos išsiplėtimo (Infliacijos arba Didžiojo sprogimo) teorijoje, dėl minėtų kvantinių procesų aprašymo, pradinė plėtimosi stadija mokslui yra nematoma (teorijoje naudojamas terminas - neskaidri visatos būsena). Taigi nepaisant, kad visatos raidos pradžioje nematymo trukmė yra labai maža, tačiau tai tam tikra laiko trukmė kuomet negalioja visos fizikinį turinį turinčios sąvokos (žinoma, kartu negalioja ir neapibrėžtumo principas) bei dėsniai. Neaprašomas procesas suponuoja klausimą, savo fizikine esme analogišką kvantiniam susietumui: kokiu būdu per nesuvokiamai mažą sekundės dalį, neapibrėžtumo principu suprantama bei šviesos greičiu judanti dalelė ir banga, galėjo įveikti daugelio šviesmečių atstumą? Taigi šis klausimas nepaaiškinamas bangine funkcija ir todėl yra dar vienas indėlis į nematomos visatos sąvoką.
Teorijų dėka sąlyginai matomos medžiagos atžvilgiu, nematomos vietos reiškia nieką, kurio neįmanoma tapatinti su fizikinę prasmę turinčiomis sąvokomis ir todėl neįmanoma aprašyti matematiniais dydžiais. Bet galima „aprašyti“ matematikoje nieką išreiškiančiu nuliu. Kitaip tariant, medžiagos sampratos atžvilgiu, visus nemedžiagiškus (t.y., nematomus procesus), pagrįstai galima sutapatinti su nuliu.
Apžvelgiant paminėtus dalykus, peršasi klausimas: kas apsprendžia, kad kosmologiniame modeliavime įsitvirtinęs akivaizdus nenuoseklumas, kuris suteikia pagrindą medžiaginiam prioritetui visatai gimstant? Anot tokio modeliavimo, visata gimsta iš medžiagos („kelių kvantų“), po to pavirsta į absoliutų nieką (nejudėjimą kaip nematomą būseną), o po to iš absoliutaus nieko vėl įgauna matomą, t.y., medžiaginį būvį. (Kūnas A tampa nieku, t.y., matematiškai išreikštu nuliu, o po to vėl pavirsta kūnu A išreiškiamu matematiniais dydžiais). Tad tik iš „nieko būsenos“ atsiradusią visatos medžiagą (spinduliuotę, kosminę radiaciją) galima apibrėžti fizikinėmis sąvokomis bei dėsniais ir tokiu būdu matyti tolimesnę jos raidą.
Taigi kodėl modeliavime, reikalingas kažkokią tai „paslaptingą“ prasmę turintis pirminis medžiaginis singuliarumas?
Atsakymas elementariai paprastas: Tokius dalykus (kaip prioritetus) apsprendžia po inercijos dėsnio atradimo susiformavusi fizikos idealo tradicija. Ji savo esmėje sako, kad medžiaga „privalo“ gimti iš medžiagos. Žinoma, kosmologinė tradicija, kuri prieštarauja mokslo faktams bei jų dėstymo logikai, su mokslu nebeturi nieko bendra. Kita vertus, žvelgiant į mokslo raidą, matytį, kad mokslo tradicijų išgyvendinimas visuomet šiek tiek užtrukdavo. (Ir iš tiesų, išgyvendinimo idėjos prasiveržė maždaug prieš trisdešimt metų. Galbūt jų oficialiu pradininku galima pripažinti I. Prigogine, kuris Maskvos Lomonosovo universitete, fizikams, paliko štai tokį įrašą: „Laikas ankstesnis už egzistavimą“. Būtent, dėl pastaraisiais metais susikaupusių neatsakytų klausimų, šiandienėse visatos modeliavimo tam tikrose schemose, prieš Planko laiką, kuris kartu reiškė ir medžiaginę visatos pradžią, yra įvestas nulinis laikas kaip ankstesnis už medžiagos egzistavimą).
Išvada
Po maždaug penkių šimtų metu laikotarpio, šiuolaikinė fizika naujai pateikia klasikinį pasaulėvaizdį, t.y., visatos atsiradimo priežastis slypi ne medžiagoje, o už jos ribų.
Štai pagrindiniai gamtos pažinimo akcentai, kurių bendrame kontekste sugrįžtama prie Aristotelio pasaulėvaizdžio:
- Planko konstanta, kuri padalina pasaulį į matomą ir nematomą (į medžiaginį ir nieką).
- Reliatyvumo teorija ir iš jos išplaukianti erdvėlaikio samprata.
- Neapibrėžtumo principas, kuris parodo, jog tarp matomo ir nematomo pasaulių neįmanoma nubrėžti aiškiai matomos ribos.
- Kvantinis susietumas (sietis) tampa pagrindu informacijos sąvokai, suponuojančiai veikimą pramokstantį mokslui pažįstamus („matomus“) gamtinius procesus.
–Visatos vakuumo fliuktuacijų aprašymas parodo, kad visi gamtiniai procesai egzistuoja nematomo pasaulio dėka.
Paaiškinimai
1 Akiratyje turima ne tik graikų geometriškai išreiškiama simetrija (graikiškoje sampratoje harmonija, kosmosas), bet ir simetrija, kurios savybės suprantamos šiuolaikinių fizikinių sąvokų kontekste. XX a. antroje pusėje paaiškėjo, jog tam tikrus klasikinius tvermės dėsnius galima išvesti iš simetrijos dėsnių. (Pvz., laiko simetrija reiškia, kad izoliuota fizikinė sistema nepriklauso nuo laiko. Iš laiko simetrijos išsirutulioja visuotinas energijos tvermės dėsnis. Iš erdvės poslinkio simetrijos - judesio kiekio tvermės dėsnis. Ir t.t. Šiandieną žinoma apie dvidešimt simetrijų). Kvantinių procesų paaiškinimas tėra naujų simetrijos savybių atradimas. (Beje, interneto dėka apie simetriją galima paklausyti legendinio fiziko Ričardo Feinmano paskaitų).
2 Ateistams, visatą aiškinant judėjimo procesu bei energijos tvermės dėsniu ir su tais dalykais tapatinant sąmonę, atsiranda akivaizdus prieštaravimas. Tokiu atveju, energijos tvermės dėsnis teigia, kad po žmogaus mirties, materiali mintis negali niekur išnykti, bet turi pereiti į kažkokį tai kitą fizinį būvį. O čia jau tam tikras teizmas (nors ir panteistinis), kurį ateistai žūt būt stengiasi atmesti.
3 Laukas apibūdinamas fizikiniu dydžiu, kurio vertę galima apibrėžti kiekviename erdvės taške. Fizikinis dydis erdvėje turi kisti tolygiai, todėl ne visiems fizikiniams procesams aprašyti galima naudoti lauko sąvoką. Šiuolaikinėje fizikoje žinomi ne mažiau kaip septyniasdešimt šeši laukai.
4 Nūdienos fizikoje, dalelių priskaičiuojama gausybė, todėl jos suskirstytos pagal savybes, sąveikas ir t.t.. (Pvz., kvantas turi ne mažiau 10, fotonas, ne mažiau 6, elektronas, ne mažiau 62 pavadinimus).
5 Vizualų eksperimentą (žinoma, be matavimų) galima atlikti namų sąlygomis. Lazerinio prožektoriaus spindulį sufokusuojame į tašką ekrane (į paprasčiausią popieriaus lapą). Tarp ekrano ir prožektorius, viena kitos atžvilgiu stumdome dvi plokšteles taip, kad tarp jų mažintume plyšį šviesai. Tuomet ekrane, taškas tampa vis labiau neryškus, bet padidėja jo diametras (taškas praranda tikslias koordinates). Taigi ir geriausiomis technologijomis aprūpintoje laboratorijoje bandymo esmė ta pati – praeidamos pro siaurą plyšį de Broilio bangos sąveikauja su plyšio kraštais ir pakeičia kryptį , todėl pasikeičia dalelės greitis. Kuo siauresnis plyšis, tuo tiksliau galima nustatyti dalelės greitį, bet tuo pat metu negalima nustatyti jos tikslios padėties. Ir atvirkščiai.
6 Sukiniu (spinu) vadinamas dalelių judesio kiekio momentas. Sukinio sąvoka suponuoja dalelės judesio kiekio momento skaičiavimo metodiką. Šiandieną žinoma ne mažiau dešimties sukinių, pagal kurios skirstomos dalelės (pvz., bozonai – tai dalelės su sveikais sukiniais, fermionai - su pusiniais sukiniais).
7 Žodis „nemechanistiškai“, kvantinėje mechanikoje, įgauna galutinai pilną sąvokos prasmę (kaip nieko prasmę) tik kalbant apie dalelių pasikeitimą informacija neprarandant laiko. Iki pastarojo reiškinio eksperimentinio patvirtinimo, kvantinių procesų paaiškinime, žodis „nemechaniškas“ suponavo virtualius bei menamus dydžius, kurie buvo nuosekliai suderinami su fizikinę prasmę turinčiomis sąvokomis. Taigi „nemechanistiškumas“, nebuvo aiškiai atskirtas nuo tvermės dėsniais bei neapibrėžtumo principu „mechanistiškai“ apibrėžiamų dalykų. Kosmologijoje, nemechanistiškumas reiškia neskaidrią visatos būseną.
8 Iš matematikos istorijos matoma, kad graikai kaip ir kitos civilizacijos žinojo nulio, kaip „nieko“ sąvoką, tačiau, graikai, matematikoje jos nenaudojo. Europoje, nulis kaip skaičius, matematikoje pripažintas nuo XVI a.
9 Fizikos terminas anihiliacija reiškia nieką. Kitas, lietuvių k. terminas - išmedžiagėjimas. Jis nusako vienų dalelių pavirtimą kitomis. Išmedžiagėjimas , neatsiejamas nuo spinduliavimo sąvokos.
Literatūra
Daninas D. Nilsas Boras. Vilnius: Mokslas, 1983.
Kuznecovas B. Einšteinas. Vilnius: Mokslas, 1984.
Matvejevas V. Mechanika ir reliatyvumo teorija. Vilnius: Mokslas, 1982.
Neffe J. Einšteinas. Vilnius: Alma litera, 2010.