Na problem w opisywaniu świata kwantowego pierwszy zwrócił uwagę wielki matematyk i filozof Alfred North Whitehead już w 1925 roku. W tamtym czasie wykazano, że światło jest zarówno cząsteczką, jak i falą, a Niels Bohr przedstawił dziwny model atomu, który miał zademonstrować sposób, w jaki elektrony utknęły na swoich orbitach.

Istnieją dwa fundamentalne aspekty teorii kwantowej, które radykalnie różnią się od tradycyjnego rozumowania fizyki klasycznej. Po pierwsze: obrazy, które tworzymy w naszych umysłach, próbując wyobrazić sobie światło lub cząsteczki materii, nie są odpowiednie. Sam język, którym się posługujemy, z trudnością odnosi się do rzeczywistości kwantowej, ponieważ ogranicza się do werbalizacji tych obrazów. Po drugie: gdy naukowiec wpływa na przebieg eksperymentu, nie jest on jedynie biernym obserwatorem. Jeśli światło i materia zachowują się inaczej jako cząsteczki lub fale w zależności od tego, jak ustawimy eksperyment, to znaczy, że obserwator ma determinujący wpływ na to, co jest obserwowane. W świecie kwantów obserwator odgrywa kluczową rolę w określaniu fizycznej natury danego obiektu. Jeśli, powiedzmy, oświetlimy obiekt światłem, aby zobaczyć, gdzie się znajduje, samo światło go odepchnie, a jego pozycja stanie się nieprecyzyjna. Oznacza to, że proces obserwacji ingeruje w to, co jest obserwowane.

Pojęcie obiektywnej rzeczywistości, która istnieje niezależnie od obserwatora, w tym przypadku nie ma zastosowania.

To trudne do zrozumienia, ale świat zewnętrzny jest taki, jaki sobie stworzymy. Najlepiej ujął to słynny fizyk Richard Feynman: ‘Rzeczy na bardzo małą skalę zachowują się w sposób dotąd nam nieznany. Nie zachowują się jak fale, nie zachowują się jak cząstki ani jak chmury, kule bilardowe, ciężarki na sprężynach ani nic, co kiedykolwiek widzieliśmy’.

Biorąc pod uwagę dziwną i niespotykaną naturę świata kwantowego, postęp w tej dziedzinie można osiągnąć jedynie za pomocą zupełnie nowego podejścia. W latach dwudziestych XX wieku wysnuto innowacyjną teorię kwantową – była to mechanika kwantowa, która potrafiła opisać zachowanie atomów i ich ruch bez odwoływania się do klasycznych obrazów, takich jak kule bilardowe czy miniaturowe układy słoneczne. W 1925 roku Heisenberg stworzył swoją niezwykłą ‘mechanikę macierzową’, czyli zupełnie nowy sposób opisywania zjawisk fizycznych. Konstrukcja Heisenberga dotyczyła w końcu czegoś zupełnie innego. Nie odwoływała się do cząstek ani orbit, a jedynie posługiwała się liczbami opisującymi przejścia elektronowe w atomach.

Innymi słowy, świat kwantowy wymaga całkowicie obcego dla naszej intuicji sposobu opisu. A jego główną zasadą jest to, że jedyną pewnością jest niepewność.

Niepewność jest wbudowana w naturę układów kwantowych, będąc wyrazem nieuchwytnego dualizmu falowo-cząsteczkowego. Im mniejszy obiekt – czyli o dziwo, im bardziej jest zlokalizowany w przestrzeni – tym większa jest niepewność dotycząca jego sposobu przemieszczania się. Nie możemy też np. przypisywać kształtów obiektom w świecie kwantowym, jak to robimy wokół nas. Zgodnie z wyrażeniem Heisenberga, jeśli spróbujesz zwiększyć swoją wiedzę o tym, gdzie znajduje się obiekt w przestrzeni, zmniejszysz swoją wiedzę o jego pędzie.

Tekst: MZ