Nasze mózgi zostały ewolucyjnie przystosowane, aby zdobyć pożywienie, uciekać przed drapieżnikami i rozmnażać się – a nie po to, żeby wyobrażać sobie 10-wymiarową przestrzeń, podróże odbywane z prędkością światła czy dywagować nad tym, że ruch jest obrotem czasoprzestrzeni. W trakcie polowania na mamuta te umiejętności były nam absolutnie zbędne.
Po co czytać książkę o mechanice kwantowej – dziedzinie nauki, której nie rozumieli i w poprawność założeń wątpili nawet jej twórcy? Jeden z jej ojców – Richard Feynman powiedział: „Jeśli sądzisz, że rozumiesz mechanikę kwantową, to nie rozumiesz mechaniki kwantowej”. Jak zatem my, „zwykli zjadacze chleba”, mamy ogarnąć dziwność tej zagadkowej gałęzi nauki, skoro poległy na niej największe umysły XIX i XX wieku?
Wcale nie musimy jej rozumieć. Nasze mózgi zostały ewolucyjnie przystosowane, aby zdobyć pożywienie, uciekać przed drapieżnikami i rozmnażać się – a nie po to, żeby wyobrażać sobie 10-wymiarową przestrzeń, podróże odbywane z prędkością światła czy dywagować nad tym, że ruch jest obrotem czasoprzestrzeni. W trakcie polowania na mamuta te umiejętności były nam absolutnie zbędne. Nie ma więc powodu, żebyśmy popadali w kompleksy w kontekście ograniczeń naszego umysłu. Jeśli poznając prawa rządzące światem w skali kosmicznej i w mikroskali pojawi się u was opór, szok, niedowierzanie i frustracja – będę to bardzo dobre i pożądane objawy. Dla wszystkich „humanistów” mam jeszcze jedną dobrą wiadomość – aby zrozumieć teorię względności, nie potrzebna jest nawet elementarna znajomość matematyki. Dużo ważniejsza jest pokora, wyobraźnia i odrzucenie starych schematów myślowych.
Parę lat temu rozmawiałam z prof. Józefem Barnasiem – fizykiem, który stwierdził, że około 30% ludzi jest w stanie „przestawić” swój sposób rozumowania na taki, w którym założenia i eksploracja teorii kwantowej nie będą dla nich trudne. To całkiem sporo, prawda? Zwłaszcza, jeśli wezmę pod uwagę moje osobiste doświadczenia i reakcje 99% ludzi, którzy dowiadując się o mojej fascynacji mechaniką kwantową – uciekają z krzykiem.
Świetnym punktem wyjścia do zgłębiania kwantowej teorii pola jest wydana niedawno książka młodego polskiego naukowca, profesora Andrzeja Dragana Kwantechizm, czyli klatka na ludzi. Gwarantuję, że żaden film czy literatura z gatunku science fiction nie są tak dziwne, ciekawe, nieprawdopodobne i wciągające, jak mechanika kwantowa, o której pisze Dragan (no, może poza filmami Davida Lyncha). Stephen Hawking sprzedał więcej książek o fizyce niż Madonna o seksie, a nadal słowo „fizyka” wywołuje w ludziach odruch obronny.
Skąd więc bierze się nasz opór i niechęć do fizyki kwantowej? O aspekcie ewolucyjnym już wspomniałam. Sporą odpowiedzialność można zrzucić na szkołę i często fatalnie prowadzone lekcje fizyki (swoją drogą autor Kwantechizmu w szkole na fizykę najzwyczajniej nie chodził). Barierą jest także jej dziwność i nieprzystawalność do znanego, otaczającego nas świata fizyki newtonowskiej. Ufamy naszej intuicji, wierzymy w swój zdrowy rozsądek, które uważamy za sprzymierzeńców. W przypadku mechaniki kwantowej nie są nam one do niczego potrzebne, co więcej – stają się zbędnym balastem. Sam Einstein twierdził, że „zdrowy rozsądek to zbiór przesądów, których nabieramy przed 16. rokiem życia”. I to jest chyba największa trudność – nie lubimy, kiedy musimy wyjść ze swojej strefy komfortu i porzucić znane schematy – a do tego namawia nas Dragan. Zderzenie z kwantową rzeczywistością to bolesne i trudne do zaakceptowania doświadczenie.
Wszystko, o czym przeczytacie w tej książce, stoi w sprzeczności z tym, czego na co dzień doświadczacie – to jest przerażające i fascynujące jednocześnie! Na przykład deterministyczny obraz świata, który całkiem nieźle sprawdza się w naszej skali (widzimy błyskawicę – po chwili usłyszymy grzmot), załamuje się kompletnie w świecie cząstek elementarnych. W mikroświecie bowiem przyczyna nie zawsze wywołuje jednoznaczny skutek. Tutaj kłania się słynna sentencja Einsteina, który wątpiąc w teorię kwantową twierdził, że „Bóg nie gra w kości”. Tymczasem – wszystko wskazuje na to, że rzeczywistość naprawdę jest nieprzewidywalna. W świecie kwantowym nie możemy określić ze 100% pewnością jaki będzie wynik eksperymentu – możemy określić jedynie jego prawdopodobieństwo. Einstein się mylił. Co więcej, zasada, że przyczyny zjawisk znajdują się zawsze w przeszłości, a nie także w przyszłości – wcale nie jest taka oczywista. Już tylko te przykłady pokazują, że powinniśmy sobie uświadomić i przyjąć do wiadomości jedną rzecz – nasz ogląd rzeczywistości jest zniekształcony – wykrzywiony przez naszą psychikę i zmysły.
Jeszcze dziwniejsza i trudniejsza do zaakceptowania jest teza, że prawa mechaniki kwantowej obowiązują także w naszym, widzialnym gołym okiem świecie. Nie są to tylko teoretyczne rozważania akademickie. Badania potwierdziły, że obiekty zbudowane z milionów atomów, a więc już widzialne gołym okiem, zachowują się dokładnie tak samo jak pojedyncze cząstki elementarne – znajdują się w wielu miejscach równocześnie(a precyzyjniej – są rozmyte w przestrzeni)! A gdyby tego jeszcze było Wam mało – ujawniają się w określonym fragmencie przestrzeni dopiero wtedy, kiedy są obserwowane! Taki na przykład foton, nie dość, że jest w nieskończenie wielu miejscach jednocześnie, zawiera też w sobie całe spektrum barw. Dopiero kiedy dokonamy jego pomiaru, decyduje się na określony kolor! Każda kobieta chciałby posiadać tę cechę fotonu!
Prawdopodobnie nie ma granicy, która określałaby wielkość obiektów, których dotyczą dziwne prawa mechaniki kwantowej. Gdyby umieścić mnie w próżni kwantowej, być może okazałoby się, że znajduję się w nieskończenie wielu miejscach jednocześnie i w tym samym momencie realizuję nieskończenie wiele scenariuszy mojego życia (w każdej z alternatyw ubrana w sukienkę innego koloru!). A może wcale mnie nie ma? Według efektu Unruha – to czy dana cząstka istnieje czy nie, jest kwestią względną i zależy od wartości przyspieszenia poruszających się względem siebie obserwatorów. A gdy już cząstki się gdzieś „samoistnie” ujawnią – możemy je teleportować – to już się dzieje!
Uffff…… To tylko kilka z przykładów na osobliwość teorii kwantowej. Możemy śmiało powtórzyć za kolejnym z jej współtwórców, Wernerem Heisenbergiem, że „Wszechświat jest nie tylko dziwniejszy, niż sądzimy, ale jest dziwniejszy, niż potrafimy pomyśleć”.
Problemem z mechaniką kwantową i podjęciem próby zainteresowania się tym tematem (dotyczy to również teorii względności) jest także nasze przekonanie, że jej prawa i „dziwność” nie mają przełożenia na otaczającą nas rzeczywistość. Gdybyśmy tylko zdali sobie sprawę, jak bardzo się mylimy! Czytając Kwantechizm oczy otworzą Wam się również na ten aspekt. Zaprzęgając do naszych potrzeb podstawowe prawo mechaniki kwantowej (cząstki podróżują nieskończenie wieloma drogami jednocześnie), jesteśmy już bliscy stworzenia kwantowego komputera, który zrewolucjonizuje nasz świat. Proste urządzenie tego typu będzie miało większą moc obliczeniową, niż wszystkie komputery, którymi obecnie dysponuje ludzkość. Ten nowy twór będzie po prostu wykonywał wiele obliczeń jednocześnie. Posiadacz takiego urządzenia w ułamku sekundy złamałby wszystkie zabezpieczenia transakcji bakowych. Najwięksi gracze: Google, IBM, Microsoft wydają bajońskie sumy na prace zmierzające do stworzenia tego cuda. Z odsieczą przeciwko temu „potworowi” staje w sukurs kryptografia kwantowa. Natomiast bez odkrycia teorii względności moglibyśmy zapomnieć o tak przydatnych dzisiaj systemach GPS i komunikacji satelitarnej.
Last but not least – problem ze sposobem przekazywania wiedzy na ten temat. Kwantechizm pozytywnie wyróżnia się na tle innych książek podejmujących temat mechaniki kwantowej tym, że nie tylko opisuje poszczególne elementy tej teorii, ale stara się wyjaśnić dlaczego w ogóle naukowcy przyjmują dziwne prawa rządzące mikroświatem za najlepszy (do tej pory) stworzony przez człowieka opis rzeczywistości. Na tysiące badań, które od ponad 100 lat przeprowadzane są na całym świecie przy użyciu najnowocześniejszych i najbardziej precyzyjnych urządzeń (wyniki są zgodne do kilkunastu miejsc po przecinku), nie ma ani jednego, które podważałoby prawdziwość teorii kwantowej. Autor nie tylko prostym językiem opisuje te prawa, ale robi rzecz o wiele cenniejszą – sięga do genezy i przytacza eksperymenty myślowe, które doprowadziły do takiego stanu. Każdy z nas może je krok po kroku prześledzić i ocenić. A gdy już to zrobimy stwierdzimy, że bodźce, które naprowadziły naukowców na drogę do wyjaśniania zagadek mechaniki kwantowej są nadspodziewanie proste i banalne. Galileusz płynąc okrętem ze swoją papugą zaobserwował, że w ich kajucie lata ona bez najmniejszego problemu. To doprowadziło go do konkluzji, że nie potrafimy odróżnić zmysłami ruchu ze stałą prędkością od stanu spoczynku – nie da się po prostu „poruszać”, można jedynie ruszać się względem czegoś. Ta obserwacja zachowania papugi daje podstawę do wydedukowania całej teorii względności! Proste? Proste!
Nie bójcie się, że nadmiar wiedzy was przygniecie. Autor sam przyznaje, że nie jest to typowa książka popularno–naukowa, ale swego rodzaju zupa – śmietnik. W Kwantechiźmie zachowane zostały jednak proporcje pomiędzy anegdotycznością, a warstwą naukową, które nie wywołują w konsumencie niestrawności. Serwowaną przez siebie opowieść Dragan doprawił zabawnymi historyjkami. Na przykład o planecie cieni i jej cienkich jak naleśniki mieszkańcach toczących między sobą wyniszczającą wojnę o to, czy poprawna jest pisownia słowa „zrzynać” czy „zżynać”; autor posiadł rzadką umiejętność opisywania potocznym językiem, przy użyciu prostych przykładów zjawisk, które nam wydają się czarną magią. Dylatacja czasu wyjaśniona została na przykładzie kurzego jaja, którym zamierzamy rzucić w tak nielubianego przez naukowca przedstawiciela „gatunku” filozofów.
Książka zawiera wiele dygresji i historii z życia autora. Niektórzy mogą uznać, że takie osobiste, autobiograficzne wstawki są zbędne w książce popularnonaukowej – zwłaszcza tej, która zajmuje się tak „poważną” dziedziną nauki. Ja jednak uważam to za atut tej publikacji. Sposób narracji przywodzi na myśl Pan raczy żartować, Panie Feynman! – bestsellerową, autobiograficzną książkę jednego z największych fizyków w historii. Dowiemy się więc, że Dragan uczył się szybkiego czytania, komponował muzykę, wprowadzał w stan hipnozy, ale także tego, dlaczego chciał zostać deportowany z Holandii. Nie wszyscy też wiedzą, że dr hab. Andrzej Dragan we wczesnej młodości był autorem metody kradzieży kart telefonicznych za pomocą gąbki i drutu. Te – i inne przykłady – użyte są także po to, aby w jak najprostszy sposób wyjaśnić teorie będące bohaterkami tej książki. Historia z hipnozą uzmysławia nam np. jak silnie jest w nas zakorzeniona potrzeba racjonalizacji nawet najbardziej absurdalnych i irracjonalnych zdarzeń i decyzji.
W Kwantechizmie znajdziemy także komentarze dotyczące ewolucji naszego gatunku, który autor – za antropologiem Desmondem Morrisem – nazywa nagą małpą. To chyba najciekawsza część dygresyjna zupy–śmietnika, która nadaje jej nieco cierpki smak. Dość podać przykład eksperymentu mającego na celu sprawdzić, które zwierzęta w najbezpieczniejszy sposób przechodzą przez ulicę. Nasz gatunek zajął w tym zestawieniu dopiero 4 miejsce, zdeklasowany np. przez zdobywczynię 1 miejsca na podium – świnię. Nasze naukowe dokonania, które pozwoliły na lot na księżyc, zbudowanie komputera czy teleportację stanu kwantowego pojedynczego fotonu na odległość ponad 100 km, na dobrą sprawę rozpoczęły się dopiero 400 lat temu. Tym, co popycha tę naukową ewolucję do przodu jest fakt, że zaledwie promil przedstawicieli gatunku nagiej małpy nie przyjmuje niczego „na wiarę”, ale wątpi i podważa wszystko, co się da. To właśnie odróżnia świat nauki od świata wiary – w tym pierwszym za wątpienie i podważanie status quo dostaje się nagrodę Nobla; w tym drugim za to samo można było zostać spalonym na stosie. Konkluzja jest taka: autor Kwantechizmu nie ma o gatunku nagiej małpy najlepszego zdania – dotyczy to zwłaszcza filozofów, a dlaczego – odsyłam do książki.
W myśl zasady, że podobają nam się tylko te melodie, które już słyszeliśmy i które znamy, trudno, żeby „rzępolenie” teorii kwantowej nie raniło naszych uszu po pierwszym czytaniu. Pogłębianie swojego rozumienia świata – nawet jeśli dysponujemy tak niedoskonałym narzędziem jak nasz mózg – jest najbardziej fascynującym zajęciem, jakie możemy sobie wyobrazić. Często bywa doświadczeniem bolesnym, wywołującym stany depresyjne, ale bezmyślna wegetacja w bezpiecznej klatce na ludzi wydaje mi się zdecydowanie gorszą opcją. Parafrazując Richarda Feynmana: „Ta książka jest jak seks. Jej lektura może prowadzić do praktycznych konsekwencji, ale nie dlatego warto ją przeczytać”.
