Αιτιοκρατία, κβαντομηχανική και κλασική φυσική

Αρχικά ο Γαλιλαίος επεξεργάστηκε φυσικούς νόμους, όπως το νόμο της αδράνειας και της κίνησης των πλανητών, όπου φαίνονταν καθαρά ο αιτιοκρατικός χαρακτήρας τους. Αυτή η αιτιοκρατία των φυσικών νόμων ενισχύθηκε και στις θεωρίες του Νεύτωνα ο οποίος θεωρούσε το σύμπαν σαν μια καλοκουρδισμένη μηχανή που λειτουργούσε σύμφωνα με τους νόμους για την κίνηση, που ο ίδιος διατύπωσε. Το νευτώνειο σύμπαν φαινόταν να είναι τόσο αιτιοκρατικό ώστε ακόμη και αν υπήρχε ο Θεός θα έπαιζε το ρόλο του Παρατηρητή. 

Ουσιαστικά, ο ρόλος του Θεού θα περιοριζόταν μόνο στον καθορισμό των αρχικών συνθηκών και στη συνέχεια η εξέλιξη του σύμπαντος θα ήταν απολύτως αιτιοκρατική και προκαθορισμένη.

Η νευτώνεια φυσική, αν εξεταστεί μεμονωμένα και όχι ως μια προσέγγιση στην κβαντική μηχανική, απεικονίζει ένα σύμπαν στο οποίο τα αντικείμενα κινούνται με απολύτως καθορισμένους τρόπους. Στο επίπεδο των αλληλεπιδράσεων της ανθρώπινης κλίμακας η νευτώνεια μηχανική κάνει προβλέψεις για το μέλλον με αρκετά μεγάλη ακρίβεια. Η ακριβής γνώση των δυνάμεων που επιταχύνουν μια σφαίρα μπορεί να δώσει απολύτως αξιόπιστες προβλέψεις της διαδρομής της, ή έτσι τουλάχιστον πίστευαν οι φυσικοί. Ωστόσο, η γνώση δεν είναι ποτέ απόλυτη στην πράξη καθώς και οι εξισώσεις του νευτώνειας μηχανικής μπορεί να παρουσιάζουν μια ευαίσθητη εξάρτηση από τις αρχικές συνθήκες, πράγμα που σημαίνει ότι μικρά λάθη στη γνώση των αρχικών συνθηκών μπορεί να οδηγήσει σε αυθαίρετα μεγάλες αποκλίσεις από την προβλεπόμενη συμπεριφορά.

Αργότερα, τον 19ο αιώνα, ο αιτιοκρατικός χαρακτήρας των φυσικών νόμων φαίνεται να κλονίζεται, ως ένα βαθμό τουλάχιστον, από τους νόμους της στατιστικής φυσικής και της θερμοδυναμικής. Κι ενώ όλες οι εξισώσεις της νευτώνειας φυσικής παραμένουν αναλλοίωτες στην αντιστροφή του χρόνου, στη θερμοδυναμική και στα φαινόμενα που αφορούν συστήματα πολλών σωματιδίων, η αντιστροφή του χρόνου καταργείται κι αυτό οφείλεται επειδή φαίνεται πως υπάρχει μια τάση των μακροσκοπικών αυτών συστημάτων προς την αύξηση της αταξίας ή αλλιώς προς την αύξηση της εντροπίας. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν φυσικά φαινόμενα που μπορούν να εξελιχθούν μόνο προς μία κατεύθυνση του χρόνου γιατί φαινόταν καθαρά η ύπαρξη ενός βέλους στον χρόνο.

H στατιστική φυσική, η οποία προήλθε από τη θερμοδυναμική, ασχολείται αποκλειστικά με τη συμπεριφορά φυσικών συστημάτων που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό σωματιδίων των οποίων η συμπεριφορά, σε μικροσκοπικό επίπεδο, φαίνεται ότι είναι τυχαία. Για παράδειγμα, τα μεμονωμένα μόρια ενός αερίου κινούνται και συγκρούονται μεταξύ τους με τυχαίο τρόπο αλλά η μακροσκοπική συμπεριφορά του αερίου, δηλαδή η συμπεριφορά του ως σύνολο, μπορεί να προβλεφθεί με ακρίβεια.

H υπόθεση όμως της μοριακής αταξίας, δηλαδή της τυχαίας κίνησης των μορίων ή των σωματιδίων που απαρτίζουν ένα μακροσκοπικό σύστημα, καταργεί την αιτιοκρατία σε μοριακό ή σωματιδιακό επίπεδο αφού προβλέπει ότι οι κινήσεις των μορίων ή των σωματιδίων ενός μακροσκοπικού συστήματος είναι τυχαίες, απρόβλεπτες και ακαθόριστες. H κατάργηση της αιτιοκρατίας έστω και σε μικροσκοπικό επίπεδο, προκάλεσε γενικότερες αναταράξεις και ερωτηματικά σχετικά με τον αδιαμφισβήτητο μέχρι τότε, αιτιοκρατικό χαρακτήρα του σύμπαντος. Ωστόσο, τον 20ο αιώνα, οι δύο μεγάλες επαναστάσεις στον χώρο της φυσικής, η Θεωρία της Σχετικότητας και η Κβαντική Θεωρία, άλλαξαν και πάλι το τοπίο.
 

Ντετερμινισμός και Σχετικότητα

H Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, βασίζεται στην αρχή ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή, ανεξάρτητα από τη σχετική κίνηση της πηγής του φωτός και του παρατηρητή,  και αφορά τα αντικείμενα που κινούνται με πολύ υψηλές αλλά σταθερές ταχύτητες. Από την άλλη η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας είναι περισσότερο μια θεωρία για τη βαρύτητα που χρησιμοποιήθηκε και για την περιγραφή του σύμπαντος.

Οι δύο θεωρίες της Σχετικότητας μπορεί να αντικατέστησαν  τη νευτώνεια φυσική, αλλά ο δημιουργός τους  συμφωνούσε με την νευτώνεια αιτιοκρατία. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν όλα όσα συνέβησαν αλλά και όλα όσα πρόκειται να συμβούν στο σύμπαν, είναι διατεταγμένα σε μια σειρά χωροχρονικών γεγονότων. Ο Αϊνστάιν έδειχνε την πίστη του στον αιτιοκρατικό χαρακτήρα του σύμπαντος λέγοντας ότι «οποιαδήποτε αλλαγή συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου είναι αποκλειστικά και μόνο μια επίμονη ψευδαίσθηση».

Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας όντως έχει δύο χαρακτηριστικά γνωρίσματα που την καθιστούν ιδανικό περιβάλλον για αιτιοκρατικές ερμηνείες: η στατική, αμετάβλητη δομή του χωροχρόνου και το γεγονός ότι στο σύμπαν δεν μπορεί να υπάρξει διαδικασία ή σήμα που να εξελίσσεται ή να κινείται με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Το τελευταίο χαρακτηριστικό αποκλείει τις εξωτερικές επιδράσεις που θα μπορούσαν να προκαλέσουν αλλαγές στον χωροχρόνο και να καταργήσουν την αιτιοκρατία, ενώ το πρώτο καθιστά τον ίδιο τον χωροχρόνο σταθερό και χωρίς ανωμαλίες. Κι ενώ για ηλεκτρομαγνητικά πεδία χωρίς πηγές, ο χωροχρόνος της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας μπορεί να δειχθεί ότι είναι αιτιοκρατικός, με την παρουσία πηγών τα πράγματα αλλάζουν και παύει ο ντετερμινιστικό του χαρακτήρας..

Αν όμως εξετάσουμε καλύτερα τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, βλέπουμε ότι υπάρχουν περιθώρια για μη αιτιοκρατικές ερμηνείες. Κι αυτό οφείλεται κυρίως στην πληθώρα των «δύσμορφων» χωροχρονικών μοντέλων των οποίων η ύπαρξη επιτρέπεται από τις εξισώσεις πεδίου της θεωρίας. H αιτιοκρατία καταργείται όχι μόνο σε δύσμορφα χωροχρονικά μοντέλα αλλά και σε ορισμένα από τα πιο ενδιαφέροντα για τους κοσμολόγους χωροχρονικά μοντέλα. Έτσι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας είναι μια βάση τόσο για αιτιοκρατικά όσο και για μη αιτιοκρατικά κοσμολογικά μοντέλα.

Για παράδειγμα, μπορεί – μετά από την αρχική χρονική στιγμή  – η ύλη και η ενέργεια να κατανεμηθούν στον χωροχρόνο και να μεταβάλουν τα χαρακτηριστικά της δομής του τα οποία πλέον θα εξαρτώνται από την τρέχουσα κατανομή, και την εξέλιξη της κατανομής, της ύλης και της ενέργειας. Ακριβώς σε αυτό το σημείο βρίσκεται ο μη αιτιοκρατικός χαρακτήρας της θεωρίας. Οι εξισώσεις λοιπόν της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας δεν μπορούν να προκαθορίσουν την εξέλιξη του σύμπαντος λόγω της τυχαίας εξέλιξης της κατανομής της ύλης και ενέργειας.

Ένα άλλο αίτιο για την ανάπτυξη μη αιτιοκρατικών χαρακτηριστικών, αποτελούν οι χωροχρονικές ανωμαλίες ή singularities. Στις μαύρες τρύπες η καμπυλότητα του χωροχρόνου αυξάνεται απεριόριστα ενώ οι εξισώσεις του Αϊνστάιν εκεί μέσα καταρρέουν. Στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας υπάρχουν διάφοροι τύποι ανωμαλιών που ο καθένας προκαλεί την ανάπτυξη διαφορετικών μη αιτιοκρατικών χαρακτηριστικών. Στην περίπτωση των συνηθισμένων μαύρων τρυπών, έξω από τον ορίζοντα γεγονότων δεν παρουσιάζεται παραβίαση της αιτιοκρατίας στο εσωτερικό τους όμως υπάρχουν οι λεγόμενοι «ορίζοντες Cauchy» που είναι επιφάνειες μέσα στις οποίες καταργείται η αιτιοκρατία.

Σχετικά με την αιτιοκρατία οι ορίζοντες γεγονότων φαίνεται να λειτουργούν ως «προστατευτικά φράγματα». Υπάρχουν όμως και “ανωμαλίες” γυμνές ή χωρίς ορίζοντες γεγονότων. Στην περίπτωση αυτή από τις γυμνές ανωμαλίες μπορεί να «ξεπηδήσει» οτιδήποτε, απροειδοποίητα και αναίτια, παραβιάζοντας έτσι την αιτιοκρατία.


Το πείραμα της διπλής σχισμής
           

Το διάσημο πείραμα διπλής σχισμής του Young όπου το φως δεν φτάνει μόνο στα σημεία ακριβώς πίσω από τις σχισμές αλλά δημιουργεί εναλλασσόμενες φωτεινές και σκοτεινές λωρίδες, κάτι που μαρτυρά ότι το φως ταξίδεψε ως κύμα. Το φως από τις δύο σχισμές συμβάλουν με αποτέλεσμα την ακύρωση τους σε κάποια σημεία και την πρόσθεση τους σε άλλα.

Σε ατομική κλίμακα οι τροχιές των αντικειμένων μπορεί να προβλεφθούν μόνο με έναν πιθανοκρατικό τρόπο. Οι τροχιές δεν μπορούν να προσδιοριστούν με ακρίβεια σε μια πλήρως κβαντική περιγραφή των σωματιδίων. Η ‘τροχιά’ είναι μια κλασική έννοια που τα κβαντικά σωματίδια δεν την έχουν ακριβώς. Η πιθανότητα δε προκύπτει από τη μέτρηση της αντιληπτής διαδρομής του σωματιδίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα κβαντικό σωματίδιο μπορεί να εντοπιστεί σε μια ακριβή διαδρομή, οπότε και η πιθανότητα ανεύρεσης των σωματιδίων σε αυτή την διαδρομή είναι μονάδα. Η κβαντική εξέλιξη είναι τουλάχιστον εξίσου προβλέψιμη με την κλασική κίνηση, αλλά περιγράφεται με την κυματοσυνάρτηση, που δεν μπορεί να εκφραστεί εύκολα στην συνήθη γλώσσα.
         

Στο πείραμα διπλής σχισμής με ηλεκτρόνια σχηματίζουν στον ανιχνευτή σχηματίζονται εναλλασσόμενες λωρίδες συμβολής σαν να ήταν δηλαδή κύματα και όχι σωματίδια που περνούσαν τις σχισμές

Στα πειράματα της διπλής σχισμής, τα φωτόνια εκπέμπονται μεμονωμένα (ένα ένα) μέσω μιας συσκευής διπλής σχισμής πάνω σε μια απόμακρη οθόνη αλλά δεν καταλήγουν σε ένα και μόνο σημείο, ούτε τα φωτόνια φθάνουν με ένα διάσπαρτο μοτίβο όπως φθάνουν οι σφαίρες που εκτοξεύονται από ένα όπλο πάνω σε ένα μακρινό στόχο. Αντιθέτως, το φως φτάνει σε μεταβαλλόμενες συγκεντρώσεις σε σημεία με μεγάλη απόσταση μεταξύ τους, ενώ η κατανομή (μοτίβο) των συγκρούσεων του με το στόχο μπορεί να υπολογιστεί με αρκετά αξιόπιστο τρόπο. Υπό αυτή την έννοια η συμπεριφορά του φωτός σε αυτή συσκευή είναι ντετερμινιστική, αλλά δεν υπάρχει τρόπος να προβλεφθεί εάν στο προκύπτον σχήμα συμβολής θα συνεισφέρει ένα μεμονωμένο φωτόνιο.

Κάποιοι ισχυρίζονται (ο Αϊνστάιν ήταν μεταξύ αυτών) ότι υπάρχουν κρυφά στοιχεία ή "κρυμμένες μεταβλητές" που καθορίζουν απολύτως ποιά φωτόνια θα φθάσουν σε ένα ορισμένο σημείο στην οθόνη του ανιχνευτή. Λένε λοιπόν ότι η πορεία του σύμπαντος είναι απολύτως αποφασισμένη, αλλά οι άνθρωποι δεν μπορούν να τις δούνε. Έτσι, ισχυρίζονται, απλώς μας φαίνεται ότι τα πράγματα προχωρούν με ένα απλό πιθανοκρατικό τρόπο. Στην πραγματικότητα, έχουν προχωρήσει με ένα απόλυτα ντετερμινιστικό τρόπο. Παρά το γεγονός ότι τα ζητήματα αυτά εξακολουθούν να υπόκεινται σε κάποιο βαθμό  αμφισβήτησης, η κβαντική μηχανική κάνει στατιστικές προβλέψεις που θα παραβιάζονταν αν όντως υπήρχαν ορισμένες τοπικές κρυμμένες μεταβλητές.

H ερμηνεία της Σχολής της Κοπεγχάγης, για να εξηγήσει το φαινόμενο της παρατήρησης και καταγραφής σωματιδίων φωτός στο πείραμα της διπλής σχισμής, πρότεινε μια διαδικασία «κατάρρευσης» σύμφωνα με την οποία ένα μη απόλυτα καθορισμένο κβαντικό σύστημα «καταρρέει» σε (ή επιλέγει) μόνο μία καθορισμένη κατάσταση. Ωστόσο, η διαδικασία αυτή θεωρήθηκε από πολλούς «τεχνητή» και εν πολλοίς «μεθοδευμένη» και έτσι, αναζητήθηκε μια εναλλακτική ερμηνεία που θα μπορούσε να εξηγήσει τις διαδικασίες μέτρησης ή παρατήρησης των κβαντικών συστημάτων στη βάση πιο θεμελιωδών φυσικών αρχών.
 

Ντετερμινισμός και κβαντομηχανική

Η άποψη που κυριαρχεί για την κβαντική μηχανική είναι ότι πρόκειται για μια μη αιτιοκρατική θεωρία. Για παράδειγμα φαινόμενα όπως η διάσπαση των ραδιενεργών πυρήνων, η εκπομπή και απορρόφηση φωτονίων από την ύλη περιγράφονται πιθανολογικά.  Γιατί σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, δεν γνωρίζουμε με ακρίβεια πότε θα διασπαστεί ένα άτομο ραδίου ή ένα δείγμα ατόμων ραδίου, ούτε πόσα άτομα του δείγματος θα έχουν διασπαστεί σε μια χρονική στιγμή. H θεωρία δίνει απλώς τις πιθανότητες να συμβεί μια διάσπαση ή ένας αριθμός διασπάσεων μέσα σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. O Αϊνστάιν μαζί με άλλους πίστευαν ότι ίσως αυτό να αποτελούσε ατέλεια της θεωρίας η οποία θα έπρεπε να διορθωθεί με μια συμπληρωματική θεωρία κρυφών μεταβλητών που θα αποκαθιστούσε την αιτιοκρατία. Ωστόσο, μεταγενέστερες μελέτες έδειξαν ότι η άποψη περί κρυμμένων μεταβλητών ήταν λανθασμένη.

O μικρόκοσμος όμως είναι πιο μυστηριώδης και απρόβλεπτος από ότι πιστεύαμε πριν. Στην αρχή μπορεί να θεωρούσαμε ότι η κβαντική μηχανική είναι μη αιτιοκρατική, αλλά αυτή η άποψη είναι εν μέρει λανθασμένη ή/και παραπλανητική. Στην κβαντική μηχανική, περισσότερο απ” ό,τι συμβαίνει στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, φαίνεται ότι σχεδόν όλα εξαρτώνται από τις ερμηνευτικές και φιλοσοφικές αρχές που θα υιοθετηθούν. Γιατί η κβαντική μηχανική είναι μια θεωρία που επιδέχεται πολλές ερμηνείες και υπάρχουν ερμηνείες που συμφιλιώνουν με απόλυτα συνεπή τρόπο, την αιτιοκρατία και το τυχαίο.

Έστω ένα φωτόνιο που προσπίπτει πάνω σε μια γυάλινη επιφάνεια, αυτό μας φαίνεται ότι συμπεριφέρεται με τρόπο τυχαίο: γιατί είτε μπορεί να τη διαπεράσει είτε μπορεί και να ανακλαστεί. Δεν μπορούμε να προσδιορίσουμε τι θα συμβεί, μπορούμε όμως να γνωρίζουμε τις πιθανότητες των δύο αυτών ενδεχομένων, γιατί η τύχη παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση της πραγματικότητας. Όμως, σύμφωνα με την ερμηνεία των «πολλών κόσμων» της κβαντικής μηχανικής, όλα τα ενδεχόμενα υπάρχουν ταυτόχρονα σε ένα υπερ-σύμπαν που περιλαμβάνει πολλούς και διαφορετικούς κόσμους.

Σύμφωνα με την θεωρία των πολλών κόσμων στον ένα κόσμο το φωτόνιο θα διαπεράσει τη γυάλινη επιφάνεια αλλά σε έναν άλλον παράλληλο κόσμο, το φωτόνιο θα ανακλαστεί. Οι δύο αυτοί κόσμοι είναι «πεπλεγμένοι» ή «συσχετισμένοι» (entangled) μεταξύ τους και συνυπάρχουν σε ένα υπερ-σύμπαν που τους περιέχει. Οι παρατηρητές του φωτονίου συνυπάρχουν επίσης με τον ίδιο τρόπο (είναι δηλαδή κι αυτοί πεπλεγμένοι), μέσα στους δύο κόσμους. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι οι δύο παρατηρητές του φωτονίου, ένας στον κάθε κόσμο, είναι «αντίγραφα» ή εκδοχές ενός αρχικού παρατηρητή και συνυπάρχουν στο ίδιο σύμπαν.

H αποδοχή των πολλών πεπλεγμένων κόσμων αποτελεί την πλατφόρμα για μια απόλυτα αιτιοκρατική ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής, αφού στο πλαίσιο αυτό οτιδήποτε μπορεί να συμβεί, συμβαίνει. Όμως δεν μπορούμε να γνωρίζουμε σε ποιον κόσμο θα υλοποιηθεί το κάθε πιθανό ενδεχόμενο και εδώ ακριβώς υπεισέρχεται το στοιχείο της τύχης. H ερμηνεία αυτή οδήγησε ορισμένους επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι η συνείδηση ενδέχεται να παίζει θεμελιώδη ρόλο στην κβαντική μηχανική.

Προτού δε αναπτυχθούν πλήρως οι νόμοι της κβαντομηχανικής το φαινόμενο της ραδιενέργειας ήταν μια πρόκληση για το ντετερμινισμό. Ένα γραμμάριο ουρανίου-238, μια κοινή ραδιενεργή ουσία, περιέχει περίπου 2,5 x 1021 άτομα. Είναι δε γνωστό ότι αυτά τα άτομα είναι ταυτόσημα και δυσδιάκριτα. Ωστόσο, περίπου 12.600 φορές το δευτερόλεπτο ένα από τα άτομα σε αυτό το γραμμάριο θα διασπαστεί, δίνοντας από ένα σωματίδιο άλφα. Αυτή η διάσπαση δεν εξαρτάται καν από εξωτερικά ερεθίσματα και καμία γνωστή θεωρία της φυσικής δεν προβλέπει πότε  θα διασπαστεί ένα ραδιενεργό άτομο. Τα άτομα ουρανίου που βρίσκονται στη γη θεωρούνται ότι έχουν σχηματιστεί κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης σουπερνόβα, που συνέβη περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν στην κοσμική γειτονιά μας. Για τον ντετερμινισμό, κάθε άτομο του ουρανίου πρέπει να περιέχει κάποιο εσωτερικό "ρολόι" που να καθορίζει την ακριβή ώρα που θα διασπαστεί. Και κατά κάποιον τρόπο θα πρέπει οι νόμοι της φυσικής να προσδιορίζουν ακριβώς πως τέθηκαν εκείνα τα ρολόγια καθώς δημιουργήθηκε το κάθε άτομο του ουρανίου κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης της σουπερνόβα.
       


H εξίσωση του Schroedinger αποτελεί τον θεμελιώδη νόμο της μη σχετικιστικής κβαντικής μηχανικής.

H εξίσωση αυτή περιγράφει την εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης Ψ, της συνάρτησης που περιγράφει την κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος. Υπάρχει μια ειδική ερμηνεία της κβαντομηχανικής όπου η συγκεκριμένη εξίσωση λαμβάνεται ως απολύτως αιτιοκρατική, όταν δεν υπάρχει κάτι να διακόψει την εξέλιξη αυτής της κυματοσυνάρτησης (που  περιέχει όλη την πληροφορία για το κβαντικό σύστημα). Συνεπώς τότε η κβαντική μηχανική θα είναι μια απολύτως αιτιοκρατική θεωρία, πράγμα που δέχονται ορισμένοι φιλόσοφοι και θεωρητικοί. επιστήμονες.

Πότε όμως διακόπτεται η εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης;  Έχει διατυπωθεί η άποψη ότι στην περίπτωση της μέτρησης ή παρατήρησης ενός φαινομένου στο μικρόσκοσμο, τότε κατά διαστήματα συμβαίνει μια διαδικασία «κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης», έτσι διακόπτεται η εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης οπότε σύμφωνα με την ειδική αυτή ερμηνεία της κβαντομηχανικής είναι μη αιτιοκρατική. H διαδικασία κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να επιλύσει ορισμένα παράδοξα της κβαντικής μηχανικής, όπως είναι το παράδοξο με τη «γάτα του Schroedinger», αλλά οι περισσότεροι φυσικοί την αντιμετωπίζουν με σκεπτικισμό αφού δεν είναι καλά ορισμένη και είναι αρκετά «εξειδικευμένη» για να αποτελέσει θεμελιώδες τμήμα των νόμων της φύσης.

Το 1952, ο David Bohm διατύπωσε μια εναλλακτική ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής, που θα μπορούσε να θεωρηθεί καλύτερα ως εναλλακτική θεωρία, η οποία υλοποιούσε την άποψη και πίστη του Αϊνστάιν για την ύπαρξη μιας θεωρίας κρυφών μεταβλητών και η οποία αποκαθιστούσε την αιτιοκρατία και την «καθοριστικότητα» στην πραγματικότητα του μικρόκοσμου. Αντίθετα με άλλες ερμηνείες, ο Bohm διατύπωσε αξιωματικά την άποψη ότι όλα τα σωματίδια έχουν σε κάθε χρονική στιγμή, καθορισμένη θέση και ταχύτητα (πράγμα που δεν δέχεται η κλασσική ερμηνεία της κβαντομηχανικής) . Μαζί με την εξίσωση του Schroedinger, o Bohm εισήγαγε μια εξίσωση που την ονόμασε guidance equation (καθοδηγητική εξίσωση), η οποία προσδιορίζει, με βάση την κυματοσυνάρτηση του συστήματος και τις αρχικές θέσεις και ταχύτητες των σωματιδίων, τις μελλοντικές θέσεις και ταχύτητες τους.

Έτσι, όπως οποιαδήποτε κλασική θεωρία σημειακών σωματιδίων που κινούνται υπό την επίδραση πεδίων δυνάμεων, η θεωρία του Bohm είναι και αυτή αιτιοκρατική. Είναι εντυπωσιακό το γεγονός ότι ο Bohm κατάφερε να αποδείξει ότι εφόσον η στατιστική κατανομή των αρχικών θέσεων και ταχυτήτων των σωματιδίων επιλεγεί με τρόπο ώστε να ικανοποιείται μια συνθήκη «κβαντικής ισορροπίας», η ερμηνεία του καθίσταται εμπειρικά ισοδύναμη με την καθιερωμένη ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής, την ερμηνεία της Κοπεγχάγης.

Δυστυχώς είναι πολύ δύσκολο να υπάρξουν πειραματικά στοιχεία που να δείξουν ποια περιγραφή της πραγματικότητας είναι σωστή. Ωστόσο, μπορεί με ασφάλεια να θεωρηθεί ότι καμία από τις δύο δεν είναι απολύτως σωστή για την περιγραφή του κόσμου ενώ είναι βάσιμη η ελπίδα ότι αν και όταν υπάρξει κάποια Τελική Θεωρία, αυτή δεν θα αντιμετωπίσει το ίδιο πρόβλημα. Όμως, ταυτόχρονα, η θεωρία του Bohm έχει και ισχυρά πλεονεκτήματα αφού εξαλείφει πολλά (αλλά όχι όλα) από τα παράξενα και μη αναμενόμενα  χαρακτηριστικά  της   καθιερωμένης κβαντικής μηχανικής ενώ αποκαθιστά την αιτιοκρατία στον μικρόκοσμο των ατόμων και των φωτονίων. Μερικοί φιλόσοφοι υποστηρίζουν ότι αν ο κόσμος μας είναι αιτιοκρατικός, τότε δεν θα υπάρχουν μη τετριμμένες πιθανότητες για την υλοποίηση ενδεχομένων στον κόσμο μας. O όρος μη «τετριμμένες» σημαίνει πιθανότητες με τιμή διαφορετική από μηδέν και ένα. Αντίστροφα, υποστηρίζεται συχνά ότι αν υπάρχουν φυσικοί νόμοι ή αρχές που, στην τελική και μη αναγώγιμη μορφή τους, είναι πιθανολογικοί, τότε η αιτιοκρατία καταργείται.

Είναι φανερό ότι αν είναι σωστή η ερμηνεία του Bohm, τότε κλονίζεται ο πιθανολογικός χαρακτήρας της θεωρίας.

Κάποιοι θεωρητικοί πιστεύουν πως η κβαντική μηχανική είναι με πιο έντονο τρόπο σε τάξη από ό,τι η Κλασική Μηχανική, διότι ενώ η Κλασική Μηχανική είναι χαοτική, η κβαντική μηχανική δεν είναι. Για παράδειγμα, το κλασικό πρόβλημα των τριών σωμάτων που υπόκεινται σε βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, δεν είναι ολοκληρόσιμο, ενώ η κβαντική μηχανική στο πρόβλημα των τριών σωμάτων είναι ολοκληρώσιμη, αν χρησιμοποιηθούν οι εξισώσεις Faddeev. Δηλαδή, το κβαντομηχανικό πρόβλημα μπορεί πάντα να λυθεί με μια δεδομένη ακρίβεια σε ένα αρκετά μεγάλο υπολογιστή προκαθορισμένης ακρίβειας, ενώ το κλασικό πρόβλημα μπορεί να απαιτήσει αυθαίρετα υψηλή ακρίβεια, ανάλογα με τις λεπτομέρειες της πρότασης. Αυτό δεν σημαίνει ότι η κβαντική μηχανική περιγράφει τον κόσμο πιο ντετερμινιστικά, εκτός κι αν ήδη κάποιος κρίνει την κυματοσυνάρτηση ότι είναι η αληθινή πραγματικότητα. Ακόμα κι είναι έτσι τα πράγματα, αυτό δεν μας απαλλάσσει από τις πιθανότητες, γιατί δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα δίχως να χρησιμοποιήσουμε τις κλασικές περιγραφές, αλλά προσδιορίζει τις πιθανότητες με την κλασική προσέγγιση, αντί με την κβαντική πραγματικότητα.

Ισχυριζόμενοι ότι η κβαντομηχανική είναι ντετερμινιστική τότε υπονοείται πως όλο το σύμπαν περιγράφεται από μια ενιαία συμπαντική κυματοσυνάρτηση, που ξεκινάει από την αρχή του σύμπαντος (μια θεωρία του Hugh Everett ). Μια τέτοια "κυματοσυνάρτηση των πάντων"  υπονοεί ότι δεν υπάρχει ένας κόσμος αλλά πολλοί κόσμοι, όπου στον κάθε κόσμο τα γεγονότα έχουν διαφορετική εξέλιξη.

O Huge Everett στη διδακτορική διατριβή του το 1957 αναρωτήθηκε τι θα συνέβαινε αν η χρονική εξέλιξη ολόκληρου του σύμπαντος ήταν πάντα ομαλή και αδιατάρακτη, χωρίς «εξωτερικές» επιδράσεις. Σε αυτήν την περίπτωση, και θεωρώντας ότι η κβαντική θεωρία είναι σωστή και για το σύμπαν, όλη η πληροφορία για το σύμπαν πρέπει να περιέχεται σε μία, ενδεχομένως εξαιρετικά περίπλοκη, κυματοσυνάρτηση. Σύμφωνα με το σενάριο του Everett, η κυματοσυνάρτηση του σύμπαντος εξελίσσεται με τρόπο αιτιοκρατικό αφού δεν υπάρχει τίποτα έξω από το σύμπαν για να την παρατηρήσει και να τη διαταράξει και έτσι, δεν υπάρχει η δυνατότητα να καταρρεύσει. Οι παρατηρητές που βρίσκονται μέσα σε ένα τέτοιο σύμπαν, όταν εκτελούν μια παρατήρηση, ακολουθούν ένα από τα πιθανά σενάρια, αλλά και τα υπόλοιπα πιθανά σενάρια συνεχίζουν να εξελίσσονται. H ερμηνεία του Everett είναι γνωστή ως ερμηνεία των «πολλών κόσμων».

Πηγές: wikipedia, Περισκόπιο της Επιστήμης, physics4u

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου