Mi is az igazi probléma?
A kvantumelmélet sokak számára elsősorban a különös bizonytalansági elv miatt misztikus, pedig a kérdés ennél mélyebben gyökerezik. A kvantummechanika eredetileg csak mérési eredmények valószínűségeiről beszél, de arról nem ad választ, milyen a világ a mérés előtt. Nem is az a helyzet, hogy egyszerűen csak keveset tudunk – a mérés előtti állapotnak nincs is egyértelmű valósága. Ez forradalmi változás a klasszikus fizika gondolkodásához képest, ahol minden dolognak állandó, jól definiált tulajdonságai vannak függetlenül attól, figyeljük-e őket vagy sem.
Klasszikus és kvantum határ – Van-e átmenet?
A régi kvantumértelmezések, például a koppenhágai irányzat, egyszerűen axiómának vették, hogy a makrovilágot klasszikus módon kell leírni, a mikrovilágot kvantumosan, a határ pedig megválasztható. Ma azonban egyre finomabb eszközökkel akár több nanométeres méretű tárgyakat is vizsgálhatunk, ahol a két világnézet keveredik – de folyamatos átmenetet a klasszikus és kvantum uralma közt a hagyományos elméletek eddig nem tudtak adni.
Egyszerűen elintézni azzal, hogy a mérés során a kvantumállapot “összeomlik”, már nem elég. Egyúttal újabb magyarázatok születtek: a de Broglie–Bohm-féle pilótahullám, amely szerint a részecskéknek titkos tulajdonságaik vannak, vagy az Everett-féle “sokvilág” értelmezés, amely minden lehetséges kimenetelt párhuzamos univerzumokban valósít meg. Arra lehet következtetni, hogy ezek inkább filozófiai próbálkozások, mint valódi tudományos megoldások.
Zurek, a dekoherencia és a kvantumdarwinizmus
A fordulatot Wojciech Zurek munkája jelentheti. Már a hetvenes években a német H. Dieter Zeh-vel együtt vizsgálódott, mi is történik méréskor kvantumobjektumokkal. Az áttörés az “entanglement”, azaz a kvantum-összefonódás fogalmán alapul. Ez azt jelenti, hogy két, egyszer kapcsolatba került részecske tulajdonságai később is összetartoznak, akár igen nagy távolságban is – sorsuk egyetlen közös hullámfüggvényhez kötött.
Amint egy kvantumrendszer kölcsönhatásba lép a környezetével, elkerülhetetlenül összefonódik vele. Minden mérés, minden kölcsönhatás információt hagy a környezet anyagában (például a rózsa színét a visszaverődő fotonok közvetítik a szemünkbe). Ez viszont azt eredményezi, hogy a kvantumos “lehetőségkészlet”, a szuperpozíció nagyon gyorsan kioltódik, “elmaszatolódik” a gyakorlatilag végtelen sok összefonódás révén – ezt nevezik dekoherenciának.
Miért nem érzékelünk szuperpozíciókat?
A dekoherencia miatt a kvantumhatások gyakorlatilag pillanatok alatt eltűnnek a környezettel kölcsönható rendszereknél: egy porszemet körülvevő molekulák és fotonok 10^-31 másodperc alatt szüntetik meg kimutatható kvantumjegyeit. Azaz, a makrovilág – a sokszoros visszacsatolásnak köszönhetően – mindig egyértelmű és stabil képet mutat. Egyúttal Zurek munkája arra is rámutatott: bizonyos kvantumállapotok, melyeket ő pointerállapotoknak nevez, különösen alkalmasak arra, hogy információjuk sokszorosan lemásolódjon a környezetben. Ezek lesznek a klasszikus fizikában megfigyelt tulajdonságok – például a részecske helyzete vagy töltése.
Az információ Darwinja – Kvantumdarwinizmus
Zurek szerint a környezetben legjobban reprodukálható információk “szelektálódnak”, vagyis ezek maradnak fenn makroszkopikus megfigyelésre. Ez a folytonos “másolódás” teszi lehetővé, hogy a világ minden megfigyelője egységes, objektív valóságot lásson – ennek hiányában kaotikus lenne a tapasztalatunk. Méréseik szerint például egy napfény által megvilágított porszem helyzete mikroszekundumok alatt több milliószor kódolódik a környező fotonok révén.
Ennek alapján megállapítható, hogy egyedi, közösen megfigyelhető klasszikus valóság jöhet létre a kvantumvilág valószínűségeiből, mindenféle misztikus összeomlás vagy párhuzamos univerzum nélkül.
Mi marad rejtély?
Nem minden tudós tekinti véglegesnek ezt a választ. A fő kérdés még mindig: pontosan mikor választódik ki az aktuális mérési eredmény, mi dönti el, hogy ez lesz “a” valóság? Egyúttal felmerül: mennyire tekinthető valóságosnak az a lehetőségtér, amelyben a szuperpozíció összes lehetősége benne van a dekoherencia előtt?
Zurek szerint a kvantumállapot kétarcú: egyszerre tartalmazza mindazt, amit tudhatunk (episztemikus), és mindazt, ami “ott van” (ontikus). A dekoherencia maga választja ki, mely lehetőségek lesznek ténylegesen a mi világunk részei, a többi örökre rejtve marad. Ez a kompromisszum egyszerre oldhatja fel a klasszikus és sokvilág értelmezés közti ellentéteket.
Lezárult a nagy vita?
Sokan üdvözlik Zurek elegáns modelljét, de néhányan továbbra is úgy látják, hogy a kiindulási filozófiai talányok nincsenek teljesen megoldva. Például hogyan értelmezzük azt a világot, amelyben minden potenciális lehetőség él, de senki sem tapasztalhatja? Vagy valóban garantált-e az abszolút konszenzus a megfigyelők között?
Arra lehet következtetni, hogy Zurek elképzelései jelentősen lerövidítik a misztikus magyarázatok sorát, de a kvantummechanika végső értelmezésének kérdése nyitva marad. Egyúttal, ha a kísérletek tovább erősítik elméletét, közelebb kerülhetünk egy olyan univerzális válaszhoz, amely végre egyesíti a mikro- és makrovilágot a fizika szemszögéből.
