Deterministinen filosofia – Einstein

Deterministinen filosofia – Einstein

Albert Einstein oli yksi kvantti- ja suhteellisuusteorioiden tärkeimmistä perustajista. Vuoteen 1925 asti, jolloin Bose – Einsteinin statistiikka löydettiin, hän antoi suuren panoksen kvanttiteorian perusteisiin. (Bose–Einstein statistiikka ”BE-statistiikka” on statistisessa fysiikassa jakaumalaki, joka osoittaa samanlaatuisten bosonien energiatilojen jakauman termodynaamisessa tasapainotilassa).

Heisenbergin kvanttimekaniikan ja Schrödingerin aaltomekaniikan keksimisen jälkeen epävarmuuden ja täydentävyyden periaatteiden kehittymisen myötä näyttää kuitenkin siltä, ​​että Einsteinin näkemykset muuttuivat täysin, vai muuttuivatko? 

Brownin liikkeen teoriassaan Einstein oli vedonnut todennäköisyysteoriaan atomien ja molekyylien todellisuuden vahvistamiseksi; mutta vuosina 1916 – 1917, kun hän halusi ennustaa tarkan hetken, jolloin atomi säteilee – ja kehitti teoriaansa A- ja B -kertoimista – hän pohti, voitaisiinko valon kvanttiabsorptio ja emissio koskaan ymmärtää siinä mielessä täydellisestä kausaalisuusvaatimuksesta vai jääkö siitä tilastollinen jäännös? 

”Minun on myönnettävä, että minulta puuttuu vakaumusteni rohkeus. Mutta olisin hyvin tyytymätön luopumaan täydellisestä kausaalisuudesta” (so. ajallinen suhde – syyn tulee edeltää seurausta), hän kirjoitti ystävälleen Max Bornille.

Hän kuitenkin kirjoitti myöhemmin Bornille, että kvanttimekaniikka ”on varmasti vaikuttava”, mutta ”sisäinen ääni kertoo minulle, ettei se ole totta… Se ei tuo meitä lähemmäksi ”Vanhan” salaisuutta. Olen joka tapauksessa vakuuttunut siitä, että Hän ei pelaa noppaa.” 

Brysselissä vuosina 1927 ja 1930 pidetyissä Solvayn fysiikan konferensseissa Einstein kävi syvällisiä keskusteluja Niels Bohrin ja muiden kanssa hänen vakaumuksestaan ​​klassisen determinismin suhteen kvanttimekaniikan tilastolliseen kausaalisuuteen. Hän säilytti elämänsä loppuun asti uskonsa deterministiseen filosofiaan. Hänen ongelmansa oli hyväksyä kvanttiteoria luonnon täydelliseksi kuvaukseksi. Einstein uskoi, että luonnosta piti olla syvällisempi kuvaus, josta kvanttiteoria oli karkea likiarvo.

Täydellisyyden ja piilomuuttujien ongelma

Ne fyysikot, jotka eivät hyväksyneet kvanttimekaniikan lopullista versiota, olivat eri mieltä Kööpenhaminan ja Göttingenin koulujen filosofian kanssa, erityisesti yhdestä asiasta: heidän mielestään oli mahdollista ja hyödyllistä täydentää teoriaa siten, että siitä tulee kausaalinen. Näihin fyysikoihin kuuluivat Einstein, Planck ja de Broglie.

Jotta voisi ymmärtää mahdollisimman selkeästi syy-yhteyden merkityksen, otetaan esimerkki: 

Neutronit ovat epävakaita hiukkasia, joista jokainen joka yksilöllisen elinikänsä lopussa hajoaa protoniksi, elektroniksi, ja antineutriinoiksi. Useiden neutronien keskimääräinen elinikä on noin 900 s, samassa mielessä kuin eurooppalaisten keskimääräinen elinikä on noin seitsemänkymmentä vuotta: Jotkut eurooppalaiset elävät tätä pidempään, toiset lyhyemmin, mutta kun kuolleisuusikä lasketaan miljoonille ihmisille, tulos on keskimäärin 70 -paritonta lukua. Siten yksittäiset neutronit voivat elää paljon lyhyemmin (esimerkiksi 300 s) tai paljon pidemmin (esimerkiksi 2000 s) kuin niiden keskimääräinen 900 s elinikä. Tästä sitten syntyy  jatkokysymyksiä.

Nykypäivän fysiikka ei anna ymmärrystä näistä syistä ja hyväksyy itse asiassa kausaalifilosofian: jokapäiväinen on spontaani prosessi, eikä myönnä kausaalisia selityksiä. Kysymys erilaisuudesta samankaltaisten epävakaiden järjestelmien, kuten neutronien yksilölliset elämät, tämä ajatuslinja jää ikuisesti vaille vastausta, ja se pitäisi todellakin luokitella ”ei-tieteelliseksi” kysymykseksi.

Einstein ja muut kvanttimekaniikan vastustajat erosivat radikaalisti tästä näkökulmasta: he uskoivat sen sijaan, että tietomme on tällä hetkellä epätäydellinen ja että kun se tulee täydellisemmäksi, se johtaa yksilön elinikäisen arvoituksen ymmärtämiseen. Tällaisia yksilöllisten ajatusten käyttäytymismalleja kutsutaan yleensä ”piilomuuttujiksi”. 

Joskus löytyy sanottavan, että nämä piilomuuttujat eivät ole periaatteessa mitattavissa. Tällainen näkökulma on perusteeton: jos kyseessä olevat kokonaisuudet ovat olemassa, niistä myös tulee lopulta mitattavia – kun niiden fyysisestä luonteesta  on saatu riittävästi tietoa. 

Kun puhumme ”piilomuuttujista”, implikaatio (jos … niin) ne ovat piilovirtauksia, samassa mielessä kuin atomit ovat olleet ”piilotettuina”, jotka löydettiin vuonna 1910 ja pulsarit muutamia vuosikymmeniä sen jälkeen 1967. On myös järkevää ajatella, että jos piilomuuttujia on olemassa, niin jonkin ajan kuluessa ne myös tulevaisuudessa löydetään. 

Yhdistettynä tuttuihin muuttujiin, joita tällä hetkellä käytetään kuvaamaan atomin käyttäytymistä ja subatomiset järjestelmät (energia. liikemäärä jne.), ne tekevät kvanttiteorian kausaaliseksi. Ei vain neutronien hajoaminen, vaan kaikki muutkin kvanttiprosessit, joita tällä hetkellä ei pidetä kausaalisina, mukaan lukien hajoaminen yleensä ja kaikki sironta- ja mittausprosessit pitäisi sisällään piilomuuttujien termit löytäen syy-selityksensä. 

Nyt on ajateltavissa, että kvanttimekaniikka on epätäydellinen teoria samassa mielessä kuin klassinen termodynamiikka. Jälkimmäinen, kuten tiedämme, on onnistunut ennustamaan aineen makroskooppisia tasapaino-ominaisuuksia, mutta ei pysty kuvaamaan sellaisia ​​ilmiöitä kuin lämpövaihtelut, Brownin liike, ja niin edelleen – mikä voidaan selittää vain ottamalla huomioon aineen atomirakenne. 

Voisiko se olla niin, että kvanttimekaniikka on myös teoria, joka pätee keskimääräisiin ominaisuuksiin, mutta ei ota huomioon joitain ominaisuuksia, jotka selittäisivät sen yksittäisten ainesosien vaihtelevana käyttäytymisenä? Tämä kysymys on tullut eteen kvanttimekaniikassa alusta alkaen, eikä ongelmaa ole ratkaistu kuitenkaan, vaikka joitakin tärkeitä kohtia on tähän asti selvennetty.

Kysymys tähän loppuun: Oliko Bose – Einstein koejärjestely ja statistiikka tehty sittenkin liian hätäisesti?

HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(FMI)

el. vanh. tut.

Teoriat ja mielipiteet ovat omiani, ne eivät edusta instituutteja tai organisaatioita.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu