Πείραμα της διπλής σχισμής

Από τη δεκαετία του 1930, υπάρχει μια κυρίαρχη τάση εντός της επιστημονικής κοινότητας και της «εκλαϊκευμένης επιστήμης» που εξηγεί την κβαντική μηχανική με όλων των ειδών τις ιδεαλιστικές και μυστικιστικές ερμηνείες.

Οποιαδήποτε προσπάθεια να δοθεί μία μη μυστικιστική, υλιστική εξήγηση για τα «περίεργα» φαινόμενα που παρατηρούνται σε υποατομικό επίπεδο, έχει απορριφθεί από πολλά μέλη της επιστημονικής κοινότητας. Η επικράτηση ενός ιδεαλιστικού τρόπου σκέψης στον τομέα αυτό έχει χρησιμοποιηθεί από όλα τα είδη των αντιδραστικών φιλοσόφων και θεολόγων.

Τώρα, όμως, μια σειρά από απρόσμενες ανακαλύψεις σε ένα άλλο πεδίο της φυσικής – στον τομέα της μηχανικής των ρευστών – έχουν τη δυνατότητα να ανοίξουν και πάλι τη συζήτηση και να επιβεβαιώσουν την υπόθεση για μια υλιστική και διαλεκτική ερμηνεία ορισμένων από τα βαθύτερα μυστήρια της σύγχρονης επιστήμης.

Επιστημονική Επανάσταση

Η ιστορία της φιλοσοφικής ρήξης στην κβαντομηχανική αρχίζει στα τέλη του 19ου αιώνα. Την εποχή αυτή υπάρχει η πεποίθηση ότι οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει λίγο πολύ ό,τι υπήρχε για να ανακαλυφθεί με την έννοια των φυσικών νόμων. Τα πάντα στο σύμπαν πιστεύεται ότι δρουν είτε ως κύμα, είτε ως σωματίδιο και η επιστήμη που περιγράφει και τα δύο θεωρείται αρκετά κατανοητή. Το φως ενεργούσε σαν κύμα, τα άτομα συμπεριφέρονταν σαν σωματίδια. Με αυτούς τους φυσικούς νόμους η επιστήμη οδηγούταν προς μια πλήρη περιγραφή του σύμπαντος.

Ωστόσο, όπως σε όλες τις επιστημονικές επαναστάσεις, η κρίση χτύπησε την «παλιά» Φυσική ακριβώς όταν φαινόταν να έχει επιτύχει τη μεγαλύτερη τελειότητα και πληρότητά της. Η νέα Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, έδειξε ότι ο χρόνος και ο χώρος δεν είναι απλές, σταθερές οντότητες, αλλά αποτιμώνται με διαφορετικό τρόπο, ανάλογα με τη σχετική ταχύτητα του παρατηρητή.

Επιπλέον, βασικές φυσικές έννοιες όπως η μάζα και η ενέργεια συνταράχτηκαν συθέμελα όταν αποδείχθηκε ότι η μία μπορεί να μετατραπεί στην άλλη. Ο Αϊνστάιν έδειξε ότι οι νόμοι του Νεύτωνα – που για τόσο πολύ καιρό φαινόταν να είναι ισχυρά θεμελιωμένοι – απείχαν αρκετά από το να είναι μια πλήρης περιγραφή του σύμπαντος μας. Στην πραγματικότητα, αποδείχθηκε ότι δεν είναι τίποτα περισσότερο, από μια ειδική περίπτωση ενός γενικότερου νόμου.

Αυτό αποδεικνύει περαιτέρω τη διαλεκτική αντίληψη ότι, όταν τα πράγματα λαμβάνονται στην ακραία τους κατάσταση, αυτά τείνουν να μετατραπούν στο αντίθετό τους: η τάξη μετατρέπεται σε χάος, η λογική μετατρέπεται σε παραλογισμό, η βεβαιότητα γίνεται αμφιβολία.

Η επανάσταση της Σχετικότητας στην κλίμακα του πολύ μεγάλου και πολύ γρήγορου, επρόκειτο να συμπληρωθεί από μια επανάσταση στην κλίμακα των απίστευτα μικρών διαστάσεων: τη κβαντική μηχανική. Όταν ο Αϊνστάιν συνέτριψε τις παλιές ιδέες σχετικά με τη μάζα και την ενέργεια, το χρόνο και το χώρο, ένας αυξανόμενος αριθμός πειραμάτων άρχισαν να συγκρούονται με την παλιά ιδέα ότι κάτι πρέπει να είναι είτε σωματίδιο, είτε κύμα.

Η ανακάλυψη του κβαντικού κόσμου

Από τον 17ο αιώνα, το φως θεωρείται ότι συμπεριφέρεται σαν ένα κύμα. Όπως όλα τα άλλα κύματα, το φως χαρακτηρίζεται από κάποιο «μήκος κύματος» (διαφορετικά μήκη κύματος είναι υπεύθυνα για τα διάφορα χρώματα του οπτικού φάσματος). Το φως παρατηρείται επίσης να παράγει πολλά από τα σχέδια που είναι γνωστό ότι συμβαίνουν όταν τα κύματα συμβάλλουν μεταξύ τους.

Ωστόσο, πειράματα όπως το «φωτοηλεκτρικό φαινόμενο», έδειξαν ότι το φως εμφανίζεται επίσης σε διακριτά πακέτα ή κβάντα, που ονομάζονται «φωτόνια». Το φως ξαφνικά τότε, παρουσίασε σωματιδιακά χαρακτηριστικά. Ακόμα, ο φυσικός De Broglie έδειξε ότι τα πράγματα που παλαιότερα θεωρούνταν σαφώς σαν σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, έχουν επίσης ένα χαρακτηριστικό «μήκος κύματος» και σε ορισμένες περιπτώσεις είναι σε θέση να συμπεριφέρονται σαν κύματα.

Ξαφνικά ο υποατομικός κόσμος αποδείχθηκε πολύ πιο περίπλοκος από ό,τι θα μπορούσε να φανταστεί η κλασική Φυσική – και πολύ πιο δυσνόητος για την «κοινή διαίσθηση». Η ιδέα ότι τα ηλεκτρόνια, τα φωτόνια και άλλα υποατομικά σωματίδια μπορούν να είναι και κύματα και σωματίδια παρουσιάζει αμέσως μια έντονη και πραγματική αντίφαση: ένα σωματίδιο βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη θέση. Δεν απλώνεται στο χώρο. Ένα κύμα συμπεριφέρεται πολύ διαφορετικά όμως – απλώνεται μέσα στο χώρο, διαχεόμενο σαν τους κυματισμούς στο νερό.
Τι σημαίνει τελικά ο κβαντικός «κυματοσωματιδιακός» δυϊσμός για ένα σωματίδιο; Σύμφωνα με αυτόν, φαίνεται να έχει πολλές από τις ιδιότητες ενός κύματος, αλλά την ίδια στιγμή, μπορούμε επίσης να εντοπίσουμε τη θέση του με τη χρήση ανιχνευτών.

Αυτή η παράξενη συμπεριφορά αποδεικνύεται φανερά στο περίφημο «πείραμα της διπλής σχισμής». Όταν μια δέσμη κβαντικών σωματιδίων – κυμάτων εκτοξεύεται σε δύο σχισμές, η πιθανότητα τους να είναι σε μια θέση, φαίνεται να σχηματίζει ένα πρότυπο κυματικό σχέδιο στην άλλη πλευρά. Ένα κύμα φυσικά μπορεί να ταξιδέψει μέσω και των δύο σχισμών καθώς διασκορπίζεται μέσα στο χώρο και μπορεί με αυτόν το τρόπο να αλληλεπιδράσει και να συμβάλλει με τον εαυτό του στην άλλη πλευρά. Ένα σωματίδιο όμως μπορεί να περάσει μόνο μέσα από μία σχισμή σε κάποιο χρόνο.

Πώς, λοιπόν, καταφέρνει το σωματίδιο να περάσει από μία μόνο σχισμή, αλλά να εμφανίζεται σε μία θέση στην άλλη πλευρά που δείχνει ότι έχει ταξιδέψει με κάποιο τρόπο μέσα κι από τις δύο σχισμές και αλληλεπίδρασε με τον εαυτό του;

Ο ρόλος της παρατήρησης

Το θεμέλιο της αληθινά επιστημονικής έρευνας είναι ο υλισμός. Αυτό σημαίνει ότι, ανεξάρτητα από την ύπαρξη μας, υπάρχει ένας πραγματικός υλικός κόσμος του οποίου αποτελούμε ένα μέρος. Με άλλα λόγια, το εάν ένα ηλεκτρόνιο διέρχεται μέσω της σχισμής αριστερά ή δεξιά, ή με κάποιο τρόπο περνά μέσα κι από τις δύο, είναι ανεξάρτητο από την ικανότητά μας να το παρατηρήσουμε.

Εν όψει αυτής της παράξενης συμπεριφοράς στη νανο-κλίμακα, μια σειρά από επιφανείς φυσικούς, όπως οι Μπορ και Χάιζεμπεργκ, άρχισαν να αμφισβητούν την ίδια την ουσία του υλισμού, με αυτό που έχει γίνει γνωστό ως η «Ερμηνεία της Κοπεγχάγης» της κβαντικής μηχανικής.

Είναι τελείως διαφορετικό πράγμα να αρνηθούμε την επιλυσιμότητα αυτού του προβλήματος με τον ισχυρισμό ότι ο υλικός κόσμος, ως έχει, δεν υπάρχει καθόλου έξω από την παρατήρηση. Ωστόσο, αυτή ακριβώς ήταν η ερμηνεία που παρουσιάστηκε από τον Μπορ και άλλους, η οποία κατέχει σήμερα τη θέση μιας επιστημονικής αλήθειας. Αυτή η άποψη υποστηρίζει ότι το μόνο που υπάρχει, είναι ένα σύνολο «πιθανοτήτων» το σωματίδιο να είναι εδώ και όχι εκεί, και επίσης, ότι το σωματίδιο λαμβάνει μια «πραγματική» θέση, ορμή και άλλες ιδιότητες, μόνο με την πράξη της παρατήρησης του από εμάς. Έτσι, το πρόβλημα «λύνεται» (ή μάλλον, κρύβεται κάτω από το χαλί) με κόστος την άρνηση της ύπαρξης της ίδιας της υλικής πραγματικότητας!

Μια τέτοια κοσμοθεωρία καταλήγει τελικά στο στρατόπεδο του φιλοσοφικού ιδεαλισμού, σύμφωνα με τον οποίο η συνείδηση, το πνεύμα ή το μυαλό, είναι πρωτογενείς οντότητες και υπάρχουν ανεξάρτητα από την ύλη και το υλικό σύμπαν.

Ο παραλογισμός του παραπάνω σκεπτικού, μπορεί να αποδειχθεί, απλώς θέτοντας το ερώτημα: τι είναι η συνείδηση; Ένα ανθρώπινο ον είναι σαφώς συνειδητό και μπορεί να παρατηρήσει μέσω του πειράματος τη θέση ενός ηλεκτρονίου στο χώρο. Αλλά μπορεί η συνειδητή παρατήρηση ενός ζώου να οδηγήσει σε «κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης» και έτσι να δώσει μια συγκεκριμένη πραγματικότητα στον υλικό κόσμο; Αυτό που φαντάζει σαν μια λύση για τα μυστήρια της κβαντικής μηχανικής δεν λύνει στην πραγματικότητα, τίποτα.

Η δημοτικότητα της «ερμηνείας της Κοπεγχάγης», σε συνδυασμό με την ανθρώπινη άγνοια και μη διαισθητικότητα των ίδιων των φαινομένων με τον κόσμο γύρω μας, μπορεί να εξηγηθεί κι από άλλους παράγοντες: ο Τύπος, οι διάφορες θρησκευτικές ομάδες και κατ’ επέκταση η ίδια η άρχουσα τάξη, έχουν συμφέρον από τη διάδοση μυστικιστικών και ιδεαλιστικών ανοησιών. Ο μυστικισμός βοηθά να εκτραπούν τα μάτια και η ελπίδα των μαζών προς τον ουρανό και μακριά από τον υλικό κόσμο και τους όρους διαβίωσης μέσα σε αυτόν. Η φιλοσοφία και η επιστήμη δεν μπορούν ποτέ να είναι «ουδέτερες» σε μια κοινωνία διαιρεμένη σε κοινωνικές τάξεις με αντίθετα συμφέροντα. Κάθε φιλοσοφικό δόγμα, στο βαθμό που υιοθετείται από το ένα ή το άλλο τμήμα ή τάξη της κοινωνίας και καθοδηγεί τη δράση τους, είναι σε θέση να παίξει ένα αντιδραστικό ή επαναστατικό ρόλο.

Όταν αναζητούμε μια υλιστική λύση σε αυτό το πρόβλημα, μια επιστροφή στην παλιά Νευτώνεια, μηχανιστική οπτική του σύμπαντος είναι προφανώς αδύνατη. Η επανάσταση στην κβαντομηχανική έχει καταρρίψει την άποψη αυτή, μια για πάντα. Ο κβαντικός κόσμος δεν διέπεται από μία ξερή μηχανιστική αιτιοκρατία, αλλά από το χάος και τη μη γραμμικότητα.

Ωστόσο, ένα αναπάντεχο σύνολο ανακαλύψεων από τον κόσμο της μηχανικής των ρευστών, αρχίζουν να τραβούν την προσοχή και απειλούν να φέρουν μία επανάσταση στο πεδίο της κβαντικής μηχανικής, ικανή να ανατρέψει το σωρό των ιδεαλιστικών φιλοσοφικών σκουπιδιών που έχει συσσωρευτεί εδώ και δεκαετίες.

Σταγονίδια που αναπηδούν ως «κύματα-σωματίδια»

Το 2007, πειράματα που έγιναν σ’ ένα εργαστήριο στο Παρίσι, έδειξαν ότι δημιουργείται ένα σύστημα ανάλογο του «σωματιδίου–κύματος». Όταν το σταγονίδιο αναπηδά στην επιφάνεια του υγρού στέλνει κυματισμούς προς όλες τις κατευθύνσεις. Δεδομένου ότι οι κυματισμοί αυτοί διαχέονται και αναπηδούν στην επιφάνεια του υγρού, είναι σε θέση να «σπρώξουν» το σταγονίδιο προς κάποια κατεύθυνση ενώ αναπηδά – στην ουσία κάνοντας τα σταγονίδια να «περπατήσουν» σε όλη την επιφάνεια του υγρού υπό την επίδραση του δικού τους κυματισμού. Όταν μελέτησαν την κίνηση του σωματιδίου σε όλη την επιφάνεια του υγρού, αυτή επηρεαζόταν από την κινητήρια δύναμη του κύματος με το οποίο ήταν συνδεμένο.

Η αναλογία με την κβαντομηχανική δεν σταματά όμως στη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Τα «κύματα-σταγονίδια», αποδείχθηκε ότι διαθέτουν μια σειρά από «κβαντικά» χαρακτηριστικά. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά από αυτά είναι το φαινόμενο του μικρόκοσμου που είναι γνωστό ως «κβάντωση των τροχιών». Μέχρι σήμερα, καμία παρόμοια συμπεριφορά δεν είχε παρατηρηθεί σε μακροσκοπική κλίμακα.

Επίσης, μια ολόκληρη σειρά από άλλα κβαντικά φαινόμενα παρατηρήθηκαν, συμπεριλαμβανομένου του φαινομένου της «κβαντικής σήραγγας», αλλά και του διάσημου «πειράματος της διπλής σχισμής». Οι κυματισμοί του συστήματος «σωματίδιο-κύμα» είναι σε θέση να κινηθούν μέσω και των δύο σχισμών, ενώ το σωματίδιο κινείται μόνο μέσα από τη μία. Υπάρχουν φυσικά, όρια στα οποία το ανάλογο των σταγονιδίων μπορεί να εφαρμοστεί στη κβαντική κλίμακα, ενώ περαιτέρω έρευνες είναι απαραίτητες για την αποκάλυψη των ευρύτερων διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στον υποατομικό κόσμο.

Η διαλεκτική της φύσης

Στο βαθμό που αυτή η νέα αναλογία προσφέρει μια ματιά στην πραγματικότητα του κβαντικού κόσμου, φαίνεται επίσης να αντιπροσωπεύει μια επιστροφή στις αρκετά γνωστές έννοιες της κλασικής φυσικής. Ωστόσο, αυτή η επιστροφή στο σημείο αφετηρίας γίνεται σ’ ένα υψηλότερο επίπεδο, σε μια διαλεκτική άρνηση της άρνησης. Πλέον ένα κβαντικό σωματίδιο δεν αντιπροσωπεύεται από μία μπάλα μπιλιάρδου που αναπηδά στο χώρο. Αντίθετα, έχουμε μια πολύ πιο πολύπλοκη και χαοτική κίνηση, η οποία είναι συγχρόνως απρόβλεπτη και σε θέση να παράγει μόνο ένα περιορισμένο σύνολο προτύπων και συμπεριφορών. Υπάρχει μια διαλεκτική ενότητα των αντιθέτων: τάξη και χάος, προβλεψιμότητα και αβεβαιότητα, απλότητα και πολυπλοκότητα.

Μέχρι στιγμής, οι νέες αυτές ανακαλύψεις εξελίσσονται αργά, αναφορικά με τη διείσδυση τους στο πεδίο της κβαντικής μηχανικής. Εν μέρει αυτό οφείλεται αναμφίβολα στο συντηρητισμό της ανθρώπινης συνείδησης, ιδιαίτερα όταν ακαδημαϊκές καριέρες έχουν εξαρτηθεί από την μία ή την άλλη ερμηνεία της υπάρχουσας φυσικής. Σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό όμως, η επιδίωξη να ανακαλύψουν τι πραγματικά συμβαίνει σε υποατομικό επίπεδο έχει εντελώς παραμεληθεί από τους κβαντικούς φυσικούς. Αυτό που θεωρείται ως το πιο σημαντικό είναι η ακρίβεια των προβλέψεων. Μια τέτοια αντίληψη θα αποδειχθεί θεμελιωδώς λανθασμένη και οι επιστήμονες πρέπει να προσπαθήσουν να υπερασπιστούν τα θεμελιώδη συμπεράσματα του υλισμού.

Η πραγματική επιστημονική έρευνα έχει ως αφετηρία την πραγματική και ανεξάρτητη ύπαρξη του υλικού κόσμου, του οποίου αποτελούμε απλώς ένα μέρος. Οι έννοιες της επιστήμης, ακόμα και οι πιο αφηρημένοι νόμοι, είναι οι γενικευμένες περιγραφές του υλικού κόσμου και βασίζονται στην παρατήρηση και την αλληλεπίδρασή μας με αυτόν, σε αυτό που ο Μαρξ περιέγραψε ως αισθητηριακή ανθρώπινη δραστηριότητα. Καθώς η τεχνολογία και η επιστήμη προοδεύουν, η γνώση μας για το υλικό σύμπαν γίνεται όλο και περισσότερο «αληθινή», αλλά παραμένει πάντα μια καλύτερη προσέγγιση. Η σφαίρα της γνώσης μας επεκτείνεται συνεχώς, αλλά σε κάθε περίπτωση αυτό που μένει ακόμα να ανακαλυφθεί παραμένει άπειρο.

Είναι η έμφυτη αισιοδοξία της διαλεκτικής μεθόδου που δηλώνει ότι αυτό που είναι άγνωστο σήμερα, θα γίνει γνωστό αύριο. Για τον υλιστή υπάρχει άγνωστο, αλλά όχι ανεξιχνίαστο. Η ταύτιση του άγνωστου με το ανεξιχνίαστο αντιπροσωπεύει μια υποχώρηση από τον υλισμό προς τον ιδεαλισμό. Μια τέτοια αντιδραστική φιλοσοφία ενθαρρύνει μια υποχώρηση σ’ έναν ιδανικό κόσμο της αφηρημένης σκέψης, και τελικά, στο θρησκευτικό συντηρητισμό.

Υπό αυτό το πρίσμα, οι πρόσφατες ανακαλύψεις αποτελούν μια σημαντική δικαίωση για τη διαλεκτική, υλιστική κατανόηση της φύσης. Άλλωστε, κάθε τέτοιο βήμα προς τα εμπρός στην πρόοδο της επιστήμης αντιπροσωπεύει μια τέτοια δικαίωση, επειδή αυτή η μέθοδος δεν είναι τίποτα περισσότερο από τη γενίκευση της εμπειρίας για το πώς η φύση, η κοινωνία και το σύνολο της υλικής πραγματικότητας αναπτύσσονται σύμφωνα με τους πιο γενικούς νόμους της κίνησης.

 Άνταμ Μπουθ

Μετάφραση από τη βρετανική μαρξιστική εφημερίδα «Socialist Apeal»:

Μάριος Καλομενόπουλος

Κοινοποιήστε