,,W świecie fizyki kwantowej, żadne zjawisko elementarne nie jest zjawiskiem, dopóki nie jest zjawiskiem zaobserwowanym. To co wydaje nam się tak dobrze określone, w rzeczywistości przypomina smoka z dymu.”
(John Wheeler)
,,Subhuti, o atomach Tathagata mówi, iż nie są atomami, dlatego nazywane są atomami. O wszechświecie Tathagata mówi, iż nie jest wszechświatem, dlatego nazywany jest wszechświatem.”
(Sutra Diamentowa)
Powstanie mechaniki kwantowej zmieniło pogląd fizyków (i nie tylko fizyków) na temat tzw. obiektywnej rzeczywistości. Przed powstaniem mechaniki kwantowej dość powszechnym był pogląd, że obiekty fizyczne istnieją niezależnie od obserwatora i mają dobrze określone cechy. Zgodnie z tym poglądem, takie cechy obiektów jak położenie, pęd, energia są zawsze dobrze określone i mogą być dokładnie zmierzone. Sam proces obserwacji czy pomiaru, nawet jeśli zaburza stan obiektu to może być kontrolowany - zaburzenia spowodowane obserwacją można dowolnie zmniejszać (przynajmniej teoretycznie) a błąd obserwacji może być dokładnie obliczony. Pozwala to ustalić co działo się z obiektem w trakcie obserwacji (pomiaru) i przewidzieć jego zachowanie w przyszłości. Taki pogląd dotyczył zarówno obiektów makroskopowych jak i mikroskopowych. Obiekty mikroskopowe, takie jak atom czy elektron różnią się (w myśl takiego poglądu) od obiektów makroskopowych tylko wielkością. Nie posiadają oddzielnego statusu, jakiejś odrębnej ontologii. Cząstki elementarne były traktowane jak rodzaj mikroskopowych kulek podlegających tym samym deterministycznym prawom mechaniki klasycznej co obiekty makroskopowe.
Powstanie mechaniki kwantowej a dokładniej - interpretacji kopenhaskiej mechaniki kwantowej, w radykalny sposób zakwestionowało ten pogląd.
W 1927 roku Werner Heisenberg sformułował zasadę nieoznaczoności zgodnie z którą iloczyn nieokreśloności położenia i pędu cząstki jest zawsze większy lub równy od stałej Plancka podzielonej przez 4 pi.
W tym samym roku Niels Bohr sformułował powiązaną z tą zasadą, zasadę komplementarności w myśl której na poziomie mikroświata, tak zwane komplementarne elementy opisu, niezbędne do uzyskania pełnej charakterystyki układu, wzajemnie się wykluczają. Pęd i położenie, energia i czas, różne składowe momentu pędu są przykładami par zmiennych komplementarnych.
Nieoznaczoność i komplementarność zachwiały stabilnym, deterministycznym obrazem fizycznej rzeczywistości. Pokazały, że poznawanie rzeczywistości jest zasadniczo ograniczone przez pewne reguły o fundamentalnej naturze. Stabilny, poznawalny i precyzyjnie opisywalny obraz rzeczywistości mikroświata został zastąpiony rozmytym, częściowo nieokreślonym i indeterministycznym obrazem. W miejscu deterministycznej pewności pojawiła się losowość.
Zakwestionowana została też adekwatność stosowania języka i modeli fizyki klasycznej do opisu zjawisk mikroświata.
,,Początkowo uważano, że elektron zachowuje się jak cząstka, potem jednak stwierdzono, że pod wieloma względami przypomina on falę. W rzeczywistości zaś nie zachowuje się ani jak fala ani jak cząstka. Pogodziliśmy się już z tym obecnie. Możemy więc powiedzieć: on nie jest podobny do czegokolwiek.” (Feynmana wykłady z fizyki)
Werner Heisenberg w książce ,,Fizyka i filozofia” pisał:
,,Punktem wyjścia interpretacji kopenhaskiej jest paradoks. Każde doświadczenie fizyczne, niezależnie od tego, czy dotyczy zjawisk życia codziennego czy też mikroświata, może być opisane wyłącznie w terminach fizyki klasycznej. Język pojęć klasycznych jest językiem, którym posługujemy się, gdy opisujemy doświadczenia oraz ich wyniki. Pojęć tych nie umiemy i nie możemy zastąpić innymi. Jednocześnie jednak relacje nieoznaczoności ograniczają zakres stosowalności tych pojęć. O ograniczeniu stosowalności pojęć klasycznych musimy pamiętać, gdy się nimi posługujemy; nie potrafimy jednak udoskonalić tych pojęć.” Z konieczności więc używamy takich pojęć jak fala, cząstka, tor ruchu, pęd i położenie cząstki, istnienie i nieistnienie obiektów fizycznych . Zdroworozsądkowe podejście mówi nam, że każdy obiekt ma tylko jedną historię, jednoznacznie określoną ewolucję w czasie. Być może te wszystkie pojęcia nie maja większego sensu w odniesieniu do mikroświata, ale innymi pojęciami po prostu nie dysponujemy, innych pojęć nie znamy. Oczywiście, dysponujemy wyrafinowanymi pojęciami i modelami matematycznymi, które są z powodzeniem stosowane w różnych działach współczesnej fizyki, ale te abstrakcyjne konstrukcje nie muszą mieć (i na ogół nie mają) jakiś prostych, naturalnych odniesień czy reprezentacji w znanym nam świecie fizycznej rzeczywistości rozumianej w zdroworozsądkowy sposób. Stephen Hawking tak to sformułował: ,,teoria fizyczna jest po prostu matematycznym modelem używanym do opisu wyników obserwacji. Dobra teoria to elegancki model opisujący szeroką klasę obserwacji i pozwalający przewidzieć wyniki nowych doświadczeń. Nie ma natomiast sensu pytać, czy teoria odpowiada rzeczywistości w jakimś innym sensie niż określony powyżej, gdyż bez teorii nie wiemy, czym jest rzeczywistość. … Nie można odwoływać się do rzeczywistości, ponieważ nie mamy niezależnej od przyjętego modelu koncepcji rzeczywistości. Moim zdaniem, milcząco przyjęta wiara w rzeczywistość niezależną od teoretycznych modeli jest przyczyną trudności jaką sprawia filozofom mechanika kwantowa i zasada nieoznaczoności.”
Kolejną kwestią, która w fizyce kwantowej uległa radykalnej zmianie jest możliwość ontologicznego opisu procesu fizycznego a więc możliwość odpowiedzi na pytanie: jak w rzeczywistości (obiektywnie) przebiegają zjawiska fizyczne? Heisenberg tak o tym pisał:
,,Zrozumienie tej interpretacji staje się jednak rzeczą trudną, gdy zadaje się słynne pytanie; ,,Jak ,,naprawdę” przebiega mikroproces?” Była już mowa o tym, że pomiar i wyniki obserwacji można opisać tylko za pomocą terminów fizyki klasycznej. Na podstawie obserwacji uzyskuje się funkcję prawdopodobieństwa. W języku matematyki wyraża ona to, że wypowiedzi o możliwościach czy też tendencjach wiążą się jak najściślej z wypowiedziami o naszej wiedzy o faktach. Dlatego też wyniku obserwacji nie możemy uznać za całkowicie obiektywny i nie możemy opisać tego, co zachodzi pomiędzy jednym pomiarem a drugim.” ; ,,funkcja prawdopodobieństwa nie pozwala opisać tego, co zachodzi między dwiema obserwacjami. Każda próba podania takiego opisu będzie prowadzić do sprzeczności; to zaś oznacza, że termin ,,zachodzi” ma sens jedynie wtedy, gdy jest związany z opisem obserwacji. Jest to bardzo dziwny wniosek; zdaje się z niego wynikać, że obserwacja odgrywa decydującą rolę w zdarzeniu i że rzeczywistość zmienia się w zależności od tego, czy obserwujemy ją, czy też nie.” ;
,,Mamy oczywiście ochotę powiedzieć, że w interwale czasowym między dwiema obserwacjami elektron musiał się jednak gdzieś znajdować i że musiał zatem opisać jakąś trajektorię lub orbitę, nawet jeśli nie można ustalić jaka to była trajektoria. Taki argument miałby sens w fizyce klasycznej. Natomiast w teorii kwantów byłby on niczym nie usprawiedliwionym nadużyciem języka.”.
Można się spotkać z opinią, że mechanika kwantowa dostarcza tylko algorytmu pozwalającego za pomocą prawdopodobieństwa powiązać ze sobą wyniki obserwacji w różnych momentach czasowych, nie mówiąc nic na temat ontologicznego charakteru fizycznej rzeczywistości pomiędzy tymi momentami. Z punktu widzenia interpretacji kopenhaskiej, ontologiczny charakter fizycznej rzeczywistości mikroświata pomiędzy dwiema kolejnymi obserwacjami (pomiarami) jest całkowicie nieprzenikniony i niepoznawalny. Jedyną poprawną czy też uczciwą odpowiedzią na pytanie co zachodzi, co się dzieje w mikroświecie pomiędzy dwiema kolejnymi obserwacjami jest odpowiedź: nie wiem. Ta niepoznawalność zdaniem Nielsa Bohra ma obiektywny charakter, jest to ,,jedyny możliwy obiektywny opis”. Zgodnie z interpretacją kopenhaską takie obiekty jak atom czy elektron nie istnieją same z siebie, nie są trwałymi ,,rzeczami” w pełnym, zdroworozsądkowym znaczeniu tego słowa. Jak powiedział John Bell, kwantowe światy ,,są podobne do literackiej fikcji w tym znaczeniu, że są swobodnymi tworami ludzkiego umysłu”.
,,Kluczowe znaczenie obserwacji w fizyce kwantowej nieuchronnie prowadzi do pytania o naturę umysłu i świadomości oraz ich stosunek do materii.” (Davies, Brown ,,Duch w atomie”)
Niektóre interpretacje mechaniki kwantowej wprowadziły pojęcie świadomego obserwatora w procesie pomiaru ustanawiając w ten sposób związek pomiędzy materią a świadomością (umysłem). Zgodnie z tym podejściem to świadomy obserwator (akt świadomej obserwacji) odpowiada za tak zwaną redukcję funkcji falowej w wyniku której stan układu gwałtownie się zmienia. Zgodnie z Eugene Wignerem, w procesie pomiaru nie wystarczy samo ,,obiektywne” działanie aparatu rejestrującego (pomiarowego), takiego jak na przykład licznik Geigera. Dopiero gdy wynik pomiaru dotrze do czyjejś świadomości, superpozycja stanów kwantowych ulega redukcji i zostaje ustalony stan odpowiadający rzeczywistości. Zdaniem Wignera umysł odgrywa podstawową rolę w procesie nieodwracalnej zmiany stanu kwantowego podczas dokonywania pomiaru. ,,Wydaje się, że zmiana stanu umysłu obserwatora, w chwili gdy uświadamia sobie wynik pomiaru, wpływa na aparat pomiarowy, a zatem również na układ kwantowy i zmienia także jego stan. Mówiąc krótko, stan fizycznego układu wpływa na stan umysłu, stan umysłu zaś oddziałuje z kolei na stan układu.” (,,Duch w atomie”)
I tak wychodząc od fizyki kwantowej doszliśmy w naturalny sposób (bez jakiejś słownej ekwilibrystyki i naciągania pojęć
) do rozważań na temat natury umysłu. W naukach buddyjskich te kwestie zajmują szczególnie ważne miejsce a są wręcz specjalnością nauczania zen. Zagadnienia związane z naturą umysłu, relacją umysłu z materialnym światem, istnieniem i nieistnieniem obiektów i rzeczy to moim zdaniem naturalny obszar wspólny fizyki kwantowej i buddyzmu.Mechanika kwantowa, pomimo, że dostrzegła znaczenie świadomości (świadomego aktu obserwacji) i jej wpływu na rzeczywistość to nie wypracowała jakiegoś własnego modelu świadomości (umysłu) i w tych kwestiach wypowiada się dość ogólnikowo. Było to nawet przedmiotem zarzutów w stosunku do konwencjonalnych interpretacji (uwzględniających rolę świadomości) ze strony zwolenników interpretacji wielu światów, która nie przypisuje świadomości jakiejś szczególnej roli w fizyce kwantowej. W wywiadzie z Davidem Deutschem przedstawionym w książce ,,Duch w atomie” padło z jego strony takie stwierdzenia: ,,we wszystkich znanych mi konwencjonalnych interpretacjach ta nowa, mistyczna własność umysłu nie jest precyzyjnie określona. Jak na razie to tylko nadzieje a nie prawdziwa teoria.” W tym kontekście, dość znamiennym może wydać się stwierdzenie mistrza zen Seung Sahna ,,naukowcom nigdy nie uda się zgłębić natury świadomości”. Oczywiście, oba podejścia - kwantowe i buddyjskie (zen) do kwestii świadomości (umysłu) nie są identyczne. Nie mniej, trudno byłoby nie dostrzec podobieństw.
W obu podejściach obiekty fizyczne nie są traktowane jako trwałe, samoistne byty reprezentujące obiektywną rzeczywistość.
W buddyzmie eksponowany jest aspekt współzależności (współzależnego powstawania) - obiekty powstają w wyniku współzależnego połączenia się różnych elementów a znikają gdy te elementy są nieobecne. ,,Zjawiska ziemskich przyczyn i warunków nie posiadają niezależnego istnienia. Jako tymczasowe połączenia przyczynowych czynników ich pierwotna tożsamość jest pusta i ostatecznie nie można jej odnaleźć.” Istnienie obiektów nie ma więc trwałego, samoistnego charakteru, jest podobne do odbicia w zwierciadle. Istnienie obiektów ma dynamiczny charakter - zmienia się wraz ze zmianami elementów w sieci wzajemnych interakcji. Jednym z elementów współzależnego powstawania jest świadomość (umysł).
W fizyce kwantowej mamy do czynienia z podobną strukturą. Fizyczny model powstaje w wyniku połączenia naszych wyobrażeń o ,,rzeczywistości” wyrażających się w używanym przez nas do opisu języku oraz modelach z wynikami pomiarów otrzymanymi za pomocą aparatury pomiarowej przez świadomego obserwatora. Mamy tu więc współzależne połączenie następujących elementów: język i modele opisu, aparatura i metoda pomiarowa, świadomy umysł obserwatora. Efekt końcowy - opis (obraz, model) fizycznej rzeczywistości jest współzależnym połączeniem tych wszystkich elementów. Jednak, jak podkreślił John Wheeler, ,,to co wydaje nam się tak dobrze określone, w rzeczywistości przypomina smoka z dymu”.
Pytaniem jakie tutaj się pojawia jest: jaki jest wpływ świadomości na obraz rzeczywistości? Jeśli chodzi o podejście zen to stwierdzenie mistrza zen Seung Sahna: ,,Kiedy umysł się pojawia, wszystko się pojawia. Kiedy umysł znika, wszystko znika. Nasz umysł tworzy cały ten wszechświat.” sugerowałyby, że znaczenie umysłu jest podstawowe. To umysł jest kreatorem rzeczywistości.
Dość podobnie wygląda to w gruncie rzeczy w interpretacjach mechaniki kwantowej które używają pojęcia świadomego obserwatora w procesie pomiaru. To umysł świadomego obserwatora kreuje rzeczywistość w tym sensie, że ustala stan rzeczywistości poprzez redukcję superpozycji stanów kwantowych. ,,Dopóki jakiś świadomy obserwator nie stwierdzi, jaki wynik pokazuje wskazówka aparatu lub nie przejrzy zapisu na kasecie video, dopóty układ pozostaje zawieszony między różnymi możliwymi stanami.”(,,Duch w atomie”)
Można by zadać jeszcze pytanie: a co się dzieje z rzeczywistością gdy jej nie obserwujemy, gdy na nią nie ,,patrzymy”? Czy nadal ,,obiektywnie” istnieje? Jest to w gruncie rzeczy ta sama kwestia która była już tutaj wcześniej omawiana: jak wygląda rzeczywistość mikroświata pomiędzy dwiema kolejnymi obserwacjami (pomiarami)? Odpowiedź interpretacji kopenhaskiej brzmi: jest to niepoznawalne, nie możemy tego wiedzieć. Odpowiedź zen jest w gruncie rzeczy podobna: umysł znika, wszystko znika.
Oczywiście, może się wydawać, że mówimy tutaj o jakimś szczególnym świecie, gdyż świat kwantów to przede wszystkim opis zjawisk mikroświata. Jednakże, jak podkreśla Vladko Vedral, granica pomiędzy mechaniką kwantową a fizyką klasyczną, czyli podział na kwantowy mikroświat i klasyczny makroświat to tylko zwykły mit. Próbą zakwestionowania tego podziału był słynny eksperyment myślowy Erwina Schrodingera z 1935 roku znany pod popularną nazwą ,,kot Schrodingera". ,,Obecnie uważa się, że świat wygląda klasycznie, ponieważ złożone oddziaływania obiektu z jego otoczeniem spiskują, aby ukryć zjawiska kwantowe przed naszym wzrokiem. Na przykład informacja o stanie zdrowia kota szybko wycieka do otoczenia w postaci fotonów i strumienia ciepła. Dające się rozróżnić stany kwantowe, które stanowią kombinacje różnych stanów klasycznych (np. jednocześnie żywy i martwy), są nietrwałe.” (V. Vedral ,,Living in a quantum world”) Zdaniem Vedrala, prawa mechaniki kwantowej dotyczą obiektów wszystkich rozmiarów, również roślin zwierząt i ludzi.
To co moim zdaniem w pewien szczególny sposób łączy mechanikę kwantową i zen to podejście do rzeczywistości, traktowanie rzeczywistości jako świata momentu, świata złożonego z kolejno doświadczanych momentów. W zen mówi się, że tylko świat aktualnego momentu (doświadczenie tej właśnie chwili) jest światem rzeczywistym. Doświadczenie zen jest doświadczeniem tego właśnie momentu. Nie zależy od przeszłości ani przyszłości, nie zależy od myślenia. ,,Mamy tylko tę chwilę. Nasze życie dzieje się z chwili na chwilę , z chwili na chwilę. Ta chwila jest nieskończonym czasem i nieskończoną przestrzenią, co inaczej oznacza, że nie ma w niej czasu ani przestrzeni.” (mistrz Seung Sahn).
W mechanice kwantowej wygląda to moim zdaniem dość podobnie. Rzeczywistość jest tworzona (jest ,,tkana”) z doświadczalnych wyników elementarnych zjawisk kwantowych rejestrowanych w momentach dokonywania pomiarów. Według Bohra, nie można przypisać obiektowi kwantowemu cech przed wykonaniem odpowiedniego doświadczenia (obserwacji, pomiaru) - wolno nam sensownie mówić o cechach układów kwantowych dopiero po wykonaniu doświadczenia. Moment obserwacji, pomiaru decyduje o obrazie rzeczywistości. ,,Wyobraźmy sobie, że w pewnym momencie dokonujemy pomiaru. Ma to dramatyczne konsekwencje. Nagle znikają wszystkie fale wchodzące do superpozycji z wyjątkiem tej jednej, która jest związana z wynikiem pomiaru.” (,,Duch w atomie”) Kwantowa rzeczywistość przed pomiarem może być traktowana jako superpozycja wielu potencjalnych możliwości, w momencie pomiaru redukuje się do jednej. ,,Jeśli mamy kiedykolwiek znaleźć element natury, który wyjaśnia czas i przestrzeń, to z pewnością musimy szukać czegoś głębszego niż te pojęcia, czegoś, co nie jest zlokalizowane w czasie i przestrzeni. Zdumiewająca własność elementarnego zjawiska kwantowego - owego smoka z dymu - to właśnie brak takiej lokalizacji.” (John Wheeler)
Filozofia interpretacji kopenhaskiej mechaniki kwantowej ma w środowisku fizyków zarówno zwolenników jak i zdecydowanych przeciwników. David Deutsch i Artur Ekert w artykule ,,Beyond the quantum horizont” nazywają ją ,,pokretną filozofią” i pisząc o rozwoju fizyki kwantowej stwierdzają: ,,Od początku wśród jej twórców ukształtował się nieszczęsny zwyczaj wpajania studentom irracjonalności: ,,Jeśli myślisz, że pojąłeś teorię kwantów, to w istocie niczego nie rozumiesz”. ,,Nie wolno zadawać tego pytania”. ,,Teoria kwantowa jest nieprzenikniona i dlatego świat też taki jest”. ,,Tego co się dzieje nie można uzasadnić ani wytłumaczyć”. Takie poglądy są typowe dla wielu podręczników i książek popularnonaukowych.
Jednak wyniki osiągane w ostatnich dekadach przeczą takim opiniom. W przeszłości fizycy często przewidywali, że różnorakie ograniczenia narzucane przez fizykę kwantową uniemożliwią nam podporządkowanie sobie natury ze swobodą, do jakiej przyzwyczaiła nas mechanika klasyczna. Jednak żadna z tych obaw się nie zmaterializowała. Przeciwnie, okazało się, że mechanika kwantowa wyzwala. Zjawiska i właściwości dogłębnie kwantowe, jak superpozycja, splątanie, dyskretność stanów i losowość dają nowe możliwości , a nie narzucają ograniczenia. Dzięki nim powstały wszystkie cuda techniki od laserów do mikrochipów.”
Muszę przyznać, że ten fragment artykułu Deutchsa i Ekerta wywołał u mnie refleksję na temat dydaktyki nauczania zen. Stwierdzenia w rodzaju ,,Jeśli myślisz, że pojąłeś teorię kwantów, to w istocie niczego nie rozumiesz”, ,,Nie wolno zadawać tego pytania” brzmią bardzo podobnie jak ,,jeśli próbujesz coś powiedzieć o zen, to to już nie jest zen”, ,,jeśli otworzysz usta by o coś zapytać to ten kij uderzy cię trzydzieści razy”. Czy tego rodzaju dydaktyka przynosi więcej szkód czy więcej pożytku (szczególnie u osób początkujących) to temat na oddzielną rozmowę.
Dyskusja na temat filozofii interpretacji kopenhaskiej przypomina moim zdaniem dyskusję na temat filozofii pustki. Czy pustka jest tylko nieobecnością, zanikiem, bez jakichkolwiek cech czy też jest również potencjalnością, przestrzenią stwarzającą nieograniczone możliwości? Wszystko zależy od tego jaki aspekt wydobędziemy, na jakim aspekcie się skupimy. Czy zero jest tylko nieobecnością, pustym miejscem - brakiem jednostek danego rzędu, czy jest również pełnoprawną liczbą o zerowej wartości spełniającą ważną rolę w systemie dziesiętnym? To samo zero jest jednocześnie i tym i tym. Posiada oba te aspekty. Jest zerem pasywnym - nieobecnością, pasywnym aspektem pustki i jest zerem aktywnym - przestrzenią możliwości, aktywnym potencjałem pustki.
Moim zdaniem pustość i nieograniczoność są dwiema stronami tej samej kwantowej monety.
Jak pisałem w wątku ,,Umysł który nie wie”, umysł ,,nie wiem” jest z jednej strony umysłem opróżnionym, pustym, z drugiej natomiast strony umysłem w pełni otwartym, nieograniczonym, który może w pełni zamanifestować swój wrodzony potencjał.
Jak dla mnie, równanie umysłu zen - umysłu ,,nie wiem”, można zapisać w postaci: 0 = ∞ .
Dziękuję za uwagę.
