Zamknij się i licz!

Spotkaliśmy się na placu zabaw i wtedy on, czyli Łukasz Badowski, doktor fizyki teoretycznej, popularyzator nauki, mnie pyta, czy ja już wiem, na kogo będę głosował. – Oj! – Przecież to proste. Weźmy PiS i PO…

– To ja już bym wolał, żebyś mi wytłumaczył, co to jest fizyka kwantowa.

– Uważasz, że to jest prostsze?! Ale dobra, spróbujmy.

Ludzie zauważyli, że to, co czasem postrzegamy jako rzeczy ciągłe, na przykład światło, jak patrzysz na nie w odpowiednio małej skali, zaczyna mieć ziarnistą budowę. Czyli fachowo mówiąc, zaczyna się kwantować.

Świat kwantowy rządzi się kompletnie innymi prawami niż ten ciągły, w którym my żyjemy. A tym najciekawszym prawem jest zasada nieoznaczoności. – I na czym ona polega? – Są pewne pary wielkości fizycznych, które w naszym świecie możesz mierzyć jednocześnie. Na przykład prędkość i położenie. Jak jedzie samochód, to możesz wskazać punkt, który właśnie minął, jak i prędkość, z jaką wtedy jechał. W świecie kwantowym nie możesz jednocześnie mierzyć prędkości i położenia. – Dlaczego? – Co trzeba zrobić, żeby widzieć? Oświetlić. Na przykład światłem. Czyli falą elektromagnetyczną. Georadar pozwala lokalizować rzeczy z dokładnością do metrów, bo wysyła falę o długości rzędu metrów. Jak chcesz lokalizować pojedyncze atomy, musisz w nie strzelać falami gamma. Ale one mają ogromną energię. Jak trafią w atom, to go przesuną. To trochę tak jakby fotoradar mierzył twoją prędkość, trafiając w ciebie kulą armatnią. Może i trafi w samochód, ale o prędkości dowiemy się niewiele.

My jesteśmy przyzwyczajeni, że na przykład krzesło jest w tym miejscu, w którym jest. Ale w świecie kwantowym nawet twoje położenie, czyli to, gdzie jesteś, nie jest dobrze określone. – Jak to? – Rzeczy są wszędzie. Ale gdzieś są jakby bardziej. Na przykład krzesło jest bardzo tutaj, a już w bok go nie ma. Dlatego że krzesło jest obiektem z naszego świata. Ma stosunkowo dużą masę, duża energię. Natomiast takie rzeczy jak elektron są w zasadzie wszędzie.

Elektrony to nie są punkty w przestrzeni. One wypełniają przestrzeń. – Tak szybko się poruszają? – Cały czas myślisz, jakby elektron był kuleczką. On nie jest kuleczką. – Tylko czym? – Funkcją, która ci mówi, ile masz szans na złapanie go w danym miejscu. 50 procent, że tu. 15, że tam. I to się tak sumuje do stu w całym wszechświecie.

Żeby wiedzieć, gdzie on jest, musisz go złapać, zmierzyć. No i dobra, zmierzyłeś go tu, świetnie. Ale to nie znaczy, że gdybyś go zmierzył gdzie indziej, tobyś go tam nie znalazł. Bo to, co zmierzysz, wynika z tego, że mierzysz – to jest bardzo ważna własność świata kwantowego. Czyli że świat się zmienia w momencie, gdy go mierzysz. – Nie rozumiem. – W psychologii jest tak, że jak pytasz człowieka o to, co czuje, to nie zawsze się dowiesz. A to dlatego, że jak go pytasz, to on dopiero wte- dy zaczyna o tym myśleć. No i dokładnie tak samo jest z cząstkami kwantowymi. One nie mają położenia. One nabierają go dopiero, gdy próbuje się je zmierzyć. – Ty im je nadajesz? – To jest wielka dyskusja. Einstein tego nie rozumiał, uważał, że tak nie może być. W ogóle protestował przeciwko mechanice kwantowej, twierdząc, że to są bzdury, nie może być tak, że elektron ma położenie dopiero wtedy, kiedy go mierzysz. Krzesło przecież cały czas ma jakieś położenie. Albo kot. kawej rzeczy, a mianowicie, że fizyka kwantowa jest kompletnie niezgodna z wszystkim, do czego przyzwyczajony jest nasz mózg. Te małpoludy w jaskiniach nigdy nie miały do czynienia z czymś takim. Zderzenie ze światem kwantowym jest więc dla nas dość bolesne.

Na ogół jest tak, że nadawanie sensu nowym rzeczom polega na odnoszeniu się do wcześniejszych doświadczeń. Z fizyką kwantową tak się nie da, bo ona jest różna od świata, który znamy, obserwujemy oczami. W efekcie do dzisiaj nie ma dobrej filozoficznej interpretacji fizyki kwantowej.

– Czyli trudno opowiedzieć ją słowami?

– Jeśli będziesz mnie przypierał do muru, pytał „a dlaczego?”, „a po co?”, to jedyne, co mogę zrobić, to zacząć pisać równania matematyczne.

Matematyka nie pyta, ona daje wyniki. W związku z czym jedyna filozoficzna interpretacja fizyki kwantów, którą się przekazuje studentom, sprowadza się do hasła: zamknij się i licz.

– A z tych wzorków to co wychodzi?

– No właśnie na przykład to, że rzeczy są nieoznaczone. Czyli że nie możesz jednocześnie znać położenia i prędkości. Że jak zamkniesz kota w pudełku, może się zdarzyć, że on jest poza pudełkiem. Co notabene mi się notorycznie zdarza, bo zamykam kota w pokoju, a potem się okazuje, że on jest w kuchni.

Że jak wsadzisz kota do pudełka i zamkniesz to pudełko, to nie wiesz, czy kot jest żywy, czy martwy. A dokładniej masz 50 proc. szans, że on jest żywy lub martwy. A wiesz z pewnością dopiero wtedy, gdy zajrzysz do środka – na ogół jest wściekły.

– To jest akurat zgodne z klasyczną intuicją, bo jak wsadzasz coś do pudełka, to nie wiesz, w jakim to coś jest stanie, dopóki tam nie zajrzysz.

– Ale w tym przypadku nie chodzi o to, że on jest żywy albo martwy, tylko że on jest jednocześnie żywy plus martwy. A dokładniej rzecz ujmując, jeden przez pierwiastek z dwóch żywy plus martwy. Ewentualnie jeden przez pierwiastek z dwóch żywy minus martwy. – Czyli te wzorki się zgadzają? – Tak, a dopóki matematyka się zgadza, wszyscy żyją. Ba, komputer kwantowy da się zrobić. Diodę LED. Laser. Tranzystor. W ogóle elektronikę.

– A ty jak myślisz o fizyce kwantowej, tak na własny użytek, to jak to robisz?

– Zamiast się głowić nad tym, jak to możliwe, że światło jest jednocześnie i cząstką, i falą, akceptuję, że ze światłem tak to właśnie jest. Weźmy stół. Co to jest stół? Stół to jest coś, co ma nogę, przynajmniej jedną, blat i można na nim coś postawić. A co to jest krzesło? Krzesło jest dość podobne do stołu, tylko jest mniejsze, ma oparcie i możesz na nim usiąść. A taboret? – Dobre. – W teologii ludzie w pewnym momencie stwierdzili, że bez sensu jest mówić, jaki Bóg jest, lepiej mówić, jaki nie jest, ja mam tak samo z fizyką kwantową.

– A ty na kogo będziesz głosował?

– Ja wiem, na kogo nie będę głosował. A to już coś. Choć po takiej eliminacji nie zostaje zbyt wiele.

Kot się materializuje w postaci drapiącego zwierzęcia dopiero wtedy, kiedy zostanie nadepnięty