Część 1: Superpozycja i mistycy.
Tomasz Stawiszyński: Byłem jakiś czas temu na wykładach Stanislava Grofa, twórcy psychologii transpersonalnej. Podczas tych wykładów Grof przekonywał – powołując się na Fritjofa Caprę, swojego przyjaciela, autora bestselerowej niegdyś książki Tao fizyki – że z fizyki kwantowej wyłania się taki obraz świata, który mówi nam: mistycy mieli rację. Co ty na to?
Jan Chwedeńczuk: Nie do końca rozumiem, co to znaczy. Mistyczna rzeczywistość to znaczy jaka?
Mistyczna, czyli niedualna. Taka, w której podmiot i przedmiot nie są wcale czymś innym od siebie, w której ja i coś, co jest przedmiotem mojej obserwacji, to nie są dwa rozłączne byty. My naprawdę na tym najgłębszym poziomie jesteśmy jednym.
To są bardzo ogólne stwierdzenia. Jedyny sposób, w jaki mogę się do tego odnieść, to próbować wyjaśnić, czym jest fizyka kwantowa. Być może na tej podstawie jakoś uda się nam uzyskać porozumienie. Aczkolwiek nie jestem przekonany.
W największym skrócie – fizyka kwantowa jest współczesną i obowiązującą teorią, opisującą zjawiska zachodzące we wszechświecie. Szał wokół niej wynika z tego, że niektóre jej przewidywania stoją w sprzeczności z tym, co znamy z życia codziennego. Kiedy pójdziemy do lasu i widzimy spadające liście i biegające jelenie, to są to zjawiska, które obserwujemy od tysięcy lat, tworzące świat, który rozumiemy.
W którym czujemy się bezpiecznie…
…i który zawsze możemy sprowadzić do jakichś prostych zjawisk. Okazuje się, i to jest kluczowe, że zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej świat, który nas otacza, jest zupełnie inny, niż się nam wydaje. Mechanika kwantowa przewiduje istnienie zjawisk, których nie doświadczamy w życiu codziennym.
Czy chodzi o to, że to jest mikroświat, do którego dopiero od niedawna, dzięki postępowi technologicznemu, mamy dostęp? Czy też jest coś bardziej fundamentalnego, co sprawia, że na co dzień my tych zjawisk kwantowych nie widzimy albo jesteśmy nieświadomi, że je widzimy?
Rzeczywiście, istnieje nie do końca zrozumiały i nietrywialny związek między tym, jak postrzegamy świat, a tym, co w pewnym sensie nam umyka.
Innymi słowy, w naszym codziennym świecie, który nazwałbym klasycznym, gdy na przykład zderzają się kule bilardowe, to możemy im przyporządkować położenie i prędkość, i w ten sposób, tworząc nawet skomplikowane modele, opisywać świat. Okazuje się, że u podstaw „naszego” świata leżą zjawiska, które są może nie tyle w sprzeczności, co jakoś alternatywne wobec tego, co obserwujemy na co dzień. Moim zdaniem to właśnie tworzy całą tę aurę tajemniczości wokół mechaniki kwantowej.
Budda mówi, że wszystko jest iluzją. To, co widzimy, i to, czego doświadczamy.
Do tej pory rzucałem ogólniki, nic jeszcze precyzyjnie nie powiedziałem. Żeby mniej więcej wyjaśnić, na czym to polega, odwołajmy się do eksperymentu myślowego, który nazywa się kotem Schroedingera, opisywanego nawet w popularnych publikacjach. Bez wchodzenia w szczegóły, mechanika kwantowa przewiduje, że obiekty fizyczne, takie np. jak kot, mogą naraz przebywać w dwóch odmiennych stanach. Schroedinger, żeby to zobrazować, zszokować publiczność, użył przykładu kota, który jest żywy i martwy jednocześnie.
A kot może potem przejść do jednego z tych stanów? Może ostatecznie stać się albo żywy, albo martwy?
Żeby dojść do tego, co się z tym kotem dzieje, trzeba prześledzić eksperyment. Kota wprawiam w stan, w którym jest on jednocześnie żywy i martwy – ten stan nazywamy superpozycją. Kot jest w superpozycji, czyli w złożeniu dwóch przeciwnych stanów, jest naraz żywy i martwy. Wiemy jednak z naszego doświadczenia codziennego, że takie zjawiska nie zachodzą. Nie ma kotów, które są naraz żywe i martwe. Mechanika kwantowa przewiduje istnienie takich zjawisk, chociaż gołym okiem ich nie widzimy. Klucz do zrozumienia, na czym polega niezwykłość mechaniki kwantowej, to wprowadzenie pomiaru. Żeby stwierdzić, czy kot jest żywy, czy martwy, muszę go zmierzyć, dokonać pomiaru stanu tego kota. A pomiar w mechanice kwantowej zaburza układ. To jest kluczowy punkt: w momencie, kiedy spojrzę na kota, w jakiś sposób sprawiam, że on jest albo żywy, albo martwy. Powiedzmy z prawdopodobieństwem 1/2 i 1/2. Ale nigdy nie zobaczę naraz tej superpozycji.
Czyli dopiero to, że na kota patrzysz, coś z tym kotem robi?
Moja jaźń, to, że wszedłem do pokoju i zdecydowałem się spojrzeć na kota, wytrąca go z superpozycji i sprawia, że kot jest taki albo taki.
Ale to brzmi, jakby świadomość oddziaływała na tego kota!
Świadomość, czyli, innymi słowy, obecność obserwatora.
Ale nie fizyczna? Jakieś oddziaływanie na kota? Oddziaływanie cząstek, z których składa się twoje ciało? Chodzi o akt patrzenia? Musisz go obserwować?
Ale co to jest patrzenie? Co to znaczy? Żeby zobaczyć kota, musimy zapalić światło. Pomiar to takie oświetlenie.
Pytam, bo staram się ustalić, czy chodzi tutaj o procesy fizyczne, które łączą się z pojawieniem się obserwatora i zaburzeniem jakiegoś porządku fizycznego, czy rzeczywiście mówimy o akcie świadomości, intencjonalnym obserwowaniu?
Nie jest jasne, czy mechanika kwantowa jest w stanie odpowiedzieć na to pytanie. To zależy od interpretacji teorii kwantowej. Interpretację, którą się posługuję, bo jest dla mnie przekonująca, zawdzięczamy Wojciechowi Żurkowi, fizykowi polskiego pochodzenia pracującemu w sławetnym Los Alamos. Mówi on rzecz następującą. Cały wszechświat opisywany jest fizyką kwantową i zachodzą w nim te wszystkie niesamowite zjawiska. Obecność obserwatorów, świadomych osób, sprawia jednak, że małe podzbiory tego wszechświata, czyli to, co widzimy wokół siebie, tracą te własności. Obecność świadomego obserwatora, który w sposób świadomy skupi się na pewnym podzbiorze tego wszechświata, wytrąca ten podzbiór z jego kwantowości. Cały wszechświat, gdyby istniała możliwość popatrzenia na niego z zewnątrz, da się opisać mechaniką kwantową, my również. Jeżeli jednak aktem pomiaru skupimy się na podzbiorze tego wszechświata, np. na kocie, to w pewien sposób zmieniamy jego stan, wytrącamy go z pewnego subtelnego stanu kwantowego. Zaznaczam, że są jeszcze inne interpretacje mechaniki kwantowej. Pewnie są fizycy, dla których to, co mówi Żurek, a ja za nim powtarzam, jest kontrowersyjne.
Czyli jeśli mam kota w domu i go obserwuję, to kot nie jest w superpozycji, jest żywy albo martwy. Ale kiedy z domu wychodzę, to ten kot wchodzi w stan superpozycji?
Otóż nie. Aby kot był w stanie superpozycji, musisz wykonać skomplikowane doświadczenie, żeby wprowadzić go w ten stan. Jak go raz zmierzysz, zaobserwujesz, to on już będzie zachowywał się w sposób, który my nazywamy klasycznym. Gdyby było tak, jak mówisz, to by oznaczało, że kot de facto istnieje tylko, kiedy ktoś go obserwuje. A to, czy jest żywy, czy martwy, zależy od tego, kto wszedł do pokoju.
No właśnie.
Tak nie jest. Innymi słowy, pierwszy obserwator sprawił, że on jest, powiedzmy, żywy. I od tej pory ten żywy kot zachowuje się w sposób zgodny z naszym doświadczeniem, czyli akt obserwacji wytrąca go z dziedziny zjawisk kwantowych i wkłada w jakiś podzbiór praw fizyki, które my nazywamy klasycznymi.
Dlaczego pomiar tak znacząco zmienia prawa fizyki, wytrąca nas z mechaniki kwantowej i prowadzi z powrotem do Newtonowskiej fizyki, o której uczą nas w szkole?
Żurek próbuje to tłumaczyć w sposób następujący (trochę upraszczam, ale to nam wystarczy): wszechświat to jest zbiór cząstek, które na siebie oddziałują i tworzą niezwykle skomplikowane połączenia. Świadomym aktem pomiaru patrzymy na podzbiór tego całego wszechświata i zapominamy o całym otoczeniu, izolujemy się od odległych gwiazd czy planet. Skupiamy się na bardzo małym podzbiorze i ten akt skupienia się, w sposób, który jest skomplikowany i nie mogę tego tutaj wytłumaczyć, sprawia, że superpozycja zanika.
Na zawsze?
W zasadzie na zawsze. To zjawisko nazywamy dekoherencją. Nie wiadomo natomiast, dlaczego to jest probabilistyczne, jak to się dzieje, że raz z jakimś prawdopodobieństwem wyjdzie kot żywy, a raz martwy. To jest niejasne i to jest ten probabilistyczny aspekt mechaniki kwantowej.
Czyli do momentu, w którym akt interpretacji następuje, mamy stan superpozycji, a później albo jedno, albo drugie. To, co było jednoczesne, staje się dookreślone. To znaczy, że na pewnym bardzo głębokim poziomie, na poziomie cząstek elementarnych, rzeczywistość jest w stanie superpozycji, dopóki z jakimś sprzętem do tego poziomu się nie dobijemy i nie dokonamy takiego „zamrożenia”…
Tak, w mikroświecie obserwuje się te zjawiska, może nie bezpośrednio superpozycje, ale ich ślady. Zawsze, jak coś zmierzę, to zabijam tę superpozycję, ale mogę zmierzyć tak sprytnie, aby zobaczyć jej ślad. I rzeczywiście te zjawiska są obserwowalne głównie w mikroświecie. Im większy jest układ, tym mocniej oddziałuje z całym otoczeniem, więc tym silniejszy jest proces dekoherencji.
Czy to znaczy, że na poziomie makroświata te jego fragmenty, na których nikt jeszcze się nie skupił, których żadna luneta nie omiotła wzrokiem, są właśnie w takich stanach? Czyli nie istnieją w klasycznym rozumieniu tego słowa?
To jest bardzo dobre pytanie. Być może tak jest, ale należałoby to zmierzyć. Inaczej to są spekulacje. Moja praca jako teoretyka ma sens tylko dlatego, że ktoś coś zmierzy. Ktoś musi tam zajrzeć, a jak zajrzy, to już to zabije. Rozumiesz? Na tym polega ulotność mechaniki kwantowej.
Mimo to jeszcze trochę pofilozofujmy. Nawiążę tu do biskupa Berkeleya, który formułował tezę, że istnieć to znaczy być obserwowanym. Oczywiście, śmiano się z niego, pytano, czy gdy odwrócimy się od biskupa Berkeleya, to on nieodwołalnie zniknie? Biskup nie dysponował instrumentarium rodem z fizyki kwantowej, więc nic nie wiedział o superpozycjach. Za to wprowadził do swojego systemu – żeby mu się wszystko nie zawaliło – Boga jako obserwatora, który na wszystko patrzy, w związku z czym wszystko istnieje cały czas, bo ciągle jest obserwowane.
Nawiązując do tego, dodajmy kolejny problem. Czy ty jesteś w superpozycji osoby siedzącej tutaj w radio i będącej jednocześnie na stokach Himalajów? I czy nasz mózg, będący częścią wszechświata, jest w superpozycji? A jeżeli tak, to w jaki sposób to stwierdzić?
Nasza świadomość jest w stanie superpozycji?
Niech ktoś przyjdzie i to zmierzy! Ale nie wiadomo, co miałby mierzyć, bo nie wiadomo, co to jest świadomość, albo tak mi się tylko wydaje.
To czysta mistyka. Niektórzy w mechanice kwantowej widzą właśnie potwierdzenie wizji różnych mistyków…
Mechanika kwantowa jest teorią naukową, obowiązującą, dopóki nie powstanie lepsza, a nie mistyczną wizją.
W zachodnim mistycyzmie zawsze prędzej czy później trafiasz do Boga…
Jakiego Boga?
Boga-stwórcę.
Czyli istotę, która jest gdzieś tam na zewnątrz, patrzy i obserwuje.
Jeżeli istniałaby istota, która by nas obserwowała, to natychmiast niszczyłaby wszystkie superpozycje. Oczywiście można z tego wybrnąć: powiedzieć, że ta istota obserwuje nas w sposób, do którego nie stosują się znane nam prawa fizyki.
Jeśli to wszystko stworzyła, to może sobie na to pozwolić.
Jeśli to dopuścimy, nie mam nic do dodania. Jeżeli łamiemy reguły gry, można dowolne rzeczy powiedzieć. Powtórzę, że jeżeli rzeczywiście ktoś by obserwował świat, dokonując fizycznego aktu pomiaru, niszczyłby, skądinąd obserwowane, efekty kwantowe.
To ciekawe trop w historii sporów o istnienie Boga.
Nie wytaczałbym tego jako głównego działa przeciw istnieniu Boga.
Mam pytanie, które od jakiegoś czasu chciałem ci zadać, a przynajmniej od momentu, gdy powiedziałeś, że nasza obserwacja usuwa superpozycję. Jeżeli tak jest, to jak twórcy mechaniki kwantowej wpadli na ten pomysł?
To bardzo dobre pytanie. Jak to się stało, że wyszliśmy poza siebie, poza codzienne doświadczenie? Jak byliśmy w stanie wydedukować, że tam na dnie istnieje inna fizyka, inne zjawiska? Odpowiedź jest taka: w mikroskali te zjawiska, jak się odpowiednio patrzy na układ i delikatnie go traktuje, są zauważalne. Ludzka myśl i zdolności pomiarowe ewoluowały przez tysiące lat i w końcu natrafiliśmy na tajemniczy trop. Obecnie jest to szczytowe osiągnięcie ludzkiego rozumu. Ludzie żyli przez tysiące lat, będąc absolutnie nieświadomym tego, że fundamenty, na których zbudowany jest nasz świat, są zupełnie inne, niż mogłoby się wydawać.
Z wyjątkiem mistyków, bo oni zawsze o tym mówili… Ale jest jeszcze inne zjawisko, o którym też się sporo mówi, splątanie kwantowe.
Splątanie kwantowe jest kluczowe dla tego, o czym tu rozmawiamy. Najprościej wytłumaczyć to tak…
Ciąg dalszy nastąpi.
dr Jan Chwedeńczuk – adiunkt w Instytucie Fizyki Teoretycznej na Wydziale Fizyki UW. Doktorat tamże. Dwa lata na Uniwersytecie Trydenckim we Włoszech. Specjalizacja: splątanie kwantowe, kwantowa teoria pomiaru, nieklasyczne stany materii.
Tekst jest rozszerzoną i zredagowaną wersją rozmowy, która odbyła się w październiku 2014 roku, w programie „Wieczór RDC”.
Oprac. Ula Lukierska / Kinga Dunin
