Μπορούμε να φανταστούμε την έκπληξη του κορυφαίου Αργεντινού συγγραφέα Jorge Luis Borges όταν ανακάλυψε ότι η ιδέα του διηγήματός του ‘‘Ο κήπος των διακλαδιζόμενων δρόμων’’ (‘‘The garden of the forking paths’’), δημοσιευμένου το 1941, προηγήθηκε λογοτεχνικά της διδακτορικής διατριβής του Hugh Everett III ‘‘Διατύπωση σχετικής κατάστασης της κβαντικής μηχανικής’’ (‘‘Relative state formulation of quantum mechanics’’), δημασιευμένης το 1957, που αργότερα έγινε ευρύτερα γνωστή από τον Bryce DeWitt ως ‘‘ερμηνεία πολλών κόσμων’’ της κβαντικής μηχανικής. Ούτε ο Borges ήξερε κάτι περί φυσικής πέρα, κατά δήλωσή του, από την επίδειξη που του έκανε κάποτε ο πατέρας του για το πως δουλεύει ένα βαρόμετρο, ούτε οι δύο φυσικοί είχαν διαβάσει το διήγημα του Borges. Ποια ήταν η αντίδραση του Borges; «Οι φυσικοί είναι τόσο ευφάνταστοι!» Δεν χρειάζεται, πάντως, να αναφέρουμε πόση παρεξήγηση συνοδεύει την συγκεκριμένη ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής.
Ο εξέχων φυσικός του περασμένου αιώνα John Archibald Wheeler (επιβλέπων καθηγητής του Everett) είχει πει: «Το κβάντο είναι το μεγαλύτερο μυστήριο που έχουμε.» Η αποστροφή αυτή δεν είναι μακριά από το να συμπυκνώνει δύο πράγματα για την κβαντική μηχανική: από την μια τον αδιαμφισβήτητο εντυπωσιασμό μας για την εξαιρετική αποτελεσματικότητά της, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε εφαρμοσμένο επίπεδο, αλλά και από την άλλη τον βαθύ προβληματισμό μας για το απώτερο νόημά της. Ο Wheeler πίστευε ότι αν καταλαβαίναμε το κεντρικό νόημά της, θα μπορούσαμε να το διατυπώσουμε σε μια απλή πρόταση που θα μπορούσε να καταλάβει ο καθένας.
Είναι γεγονός ότι σε καμιά άλλη φυσική θεωρία όσο στην κβαντική μηχανική δεν θα βρει κανείς τόσο πολλές ερμηνείες για το τι πράγματι αυτή συνεπάγεται για τον φυσικό κόσμο. Η συζήτηση αυτή ξεκίνησε μάλιστα από τον πρώτο καιρό αμέσως μετά την ανάδυσή της ως αποκρυσταλλωμένη θεωρία (1925-27), και συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας. Και είναι απορίας άξιον που πολλοί φαίνεται να ισχυρίζονται ότι ξέρουν τι σημαίνει η κβαντική μηχανική όταν λίγοι πραγματικοί ειδήμονες μπορούν να ισχυριστούν κάτι τέτοιο. Παραμένει παροιμιώδης η φράση του διάσημου Richard Feynman: «Νομίζω πως μπορώ να πω με ασφάλεια ότι κανείς δεν καταλαβαίνει την κβαντική μηχανική.»
Το βιβλίο αυτό πάνω στην κβαντική μηχανική είναι το δεύτερο στην σειρά του Θεωρητικού Ελάχιστου μετά από εκείνο πάνω στην κλασική μηχανική. Στόχος του παραμένει η γνωριμία ενός περισσότερο ή λιγότερο ευρέος κοινού με τις βασικές αρχές και τις κεντρικές έννοιες που χαρακτηρίζουν τον κβαντικό κόσμο, και αυτό μέσα από έναν ελάχιστο δυνατό μαθηματικό φορμαλισμό. Αλλά όχι μόνο. Αυτό που σημειώναμε στον πρόλογο του πρώτου βιβλίου, ισχύει και εδώ: το βιβλίο μπορεί να αποβεί πολλαπλά χρήσιμο στους φοιτητές και μελετητές εκείνους που θα ήθελαν να αφομοιώσουν τον διαφορετικό τρόπο του σκέπτεσθαι στην κβαντική μηχανική και να συλλογιστούν πάνω στις λεπτές ιδέες της.
Θα πρέπει να επιστήσουμε την προσοχή του αναγνώστη στον τρόπο παρουσίασης του περιεχομένου της κβαντικής μηχανικής που έχει επιλέξει ο Leonard Susskind. Η κβαντική μηχανική επιβλήθηκε από πειραματικές παρατηρήσεις που δεν μπορούσαν να είχαν προβλεφθεί και η θεωρητική μαθηματική θεμελίωσή της ακολούθησε. Αλλά από την στιγμή που ολοκληρώθηκε ως φυσική θεωρία με αυτή την σειρά, το όλο οικοδόμημα μπορεί να παρουσιαστεί εξαρχής ως βασιζόμενο σε κάποιες θεμελιώδεις αρχές. Ο Albert Einstein, που πάντως ακολούθησε την αντίστροφη πορεία στην διατύπωση της θεωρίας της σχετικότητας, σημειώνει σχετικά: «Αμέσως μόλις μια επιστήμη προκύψει από τα αρχικά στάδια, θεωρητικές πρόοδοι δεν επιτυγχάνονται πλέον απλά με μια διαδικασία διακανονισμού. Οδηγημένος από εμπειρκά δεδομένα, ο ερευνητής αναπτύσσει μάλλον ένα σύστημα σκέψης το οποίο, εν γένει, οικοδομείται λογικά από ένα μικρό αριθμό θεμελιωδών παραδοχών, των ούτως αποκαλούμενων αξιωμάτων.» Αυτόν ακριβώς τον δρόμο σκέψης ακολουθεί εδώ ο Susskind, ο οποίος στέκεται με κατανόηση απέναντι στον βαθύ σκεπτικισμό του Einstein για τον εγγενή πιθανοκρατικό χαρακτήρα της κβαντικής μηχανικής, όπως είχε αποτυπωθεί στην ιστορική αντιπαράθεσή του με τον Niels Bohr και είχε εκφραστεί στην φημισμένη αλληλογραφία του με τον Max Born: «Πιστεύεις σε έναν Θεό που ρίχνει ζάρια και εγώ σε μια πλήρη τάξη σε έναν κόσμο αντικειμενικής ύπαρξης.»
Ένα άλλο σημείο που θα πρέπει να σημειώσουμε είναι το πρότυπο που επιλέγει ο Susskind για να συζητήσει τα κβαντικά φαινόμενα. Το σύστημα που χρησιμοποιεί είναι το απλούστερο δυνατό σύστημα δύο καταστάσεων, αρκετό για να κάνει έκδηλη την διαφορά μεταξύ κλασικών και κβαντικών χαρακτηριστικών. Η χρήση απλοποιητικών μοντέλων, με εστίαση στο βασικό και απόρριψη του περιττού, είναι μια συχνή και ιστορικά επιτυχής μέθοδος αναζήτησης θεμελιωδών χαρακτηριστικών της φύσης. Μάλιστα στην κβαντική μηχανική συστήματα δύο καταστάσεων, από τον καιρό του Isidor Rabi την δεκαετία του 1930, βρίσκονται στη βάση μελετών που έχουν θεαματικές εφαρμογές όπως το ατομικό ρολόι, το μέϊζερ, το λέϊζερ, ή ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός (σε ευρεία χρήση στην διαγνωστική ιατρική).
Ασφαλώς το πιο χαρακτηριστικό, και στο βάθος παράδοξο, φαινόμενο είναι αυτό της κβαντικής σύμπλεξης. Σύμπλεξη (απόδοση του αγγλικού όρου ‘‘entanglement’’) μεταξύ δύο ή περισσότερων συστημάτων σημαίνει γενικά έλλειψη ανεξαρτησίας μεταξύ τους. Όπως εξηγεί ο Susskind, μπορούμε να έχουμε ‘‘κλασική σύμπλεξη’’ μεταξύ δύο κλασικών συστημάτων, κάτι που εκφράζεται ως στατιστική συσχέτιση μεταξύ τους. Στην κλασική φυσική, πάντως, υπάρχει κατ’ αρχήν κάτι περισσότερο που θα μπορούσαμε να μάθουμε και που θα οδηγούσε σε απουσία τέτοιας συσχέτισης. Θεμελιωδώς διαφορετική είναι η περίπτωση στην κβαντική μηχανική, όπου σύμπλεξη μεταξύ δύο κβαντικών συστημάτων προκύπτει κάθε φορά που υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ τους και στη συνέχεια αυτά απομακρύνονται το ένα από το άλλο με αποτέλεσμα να βρεθούν αυθαίρετα μακριά. Κβαντική σύμπλεξη μεταξύ των κβαντικών συστημάτων σημαίνει ότι για οποιαδήποτε μέτρηση γίνεται στα δύο υποσυστήματα υπάρχει συσχέτιση στα αποτελέσματα. Και δεν υπάρχει τίποτε πέρα από ό,τι υπαγορεύουν οι κανόνες της κβαντικής μηχανικής που μπορούμε να μάθουμε και που θα μπορούσε να ακυρώσει αυτή την σύνδεση. Το φαινόμενο της κβαντικής σύμπλεξης έχει ελεγχθεί σε σειρά αυστηρών πειραμάτων.
Στενά συνδεδεμένη με την κβαντική σύμπλεξη είναι η έννοια της τοπικότητας, που εγγυάται ότι στις θεωρίες μας καμιά πληροφορία δεν διαδίδεται με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Αν και αυτό άφησε να εννοηθεί ο Einstein ότι συμβαίνει στην κβαντική μηχανική (μιλώντας για «αλλόκοτη δράση εξ αποστάσεως»), στην συζήτηση της λεπτής αυτής έννοιας ο Susskind εξηγεί αν πράγματι αυτό συμβαίνει και τι ακριβώς υπονοείται με τον όρο της μη τοπικότητας.
[…]
Η φυσική παραμένει μια πειραματική επιστήμη, όπου και κρίνεται. Είναι γεγονός ότι η θεωρία της σχετικότητας υπαγορεύτηκε από την διαίσθηση, αλλά εξακολουθεί να επικυρώνεται μέχρι σήμερα από τις πειραματικές παρατηρήσεις. Η κβαντική μηχανική, αντίθετα, υπαγορεύτηκε από την ανάγκη θεωρητικής εξήγησης πειραματικών δεδομένων. Και μέχρι σήμερα επικυρώνεται συνεχώς.από το πείραμα. Τι θα γίνει μελλοντικά; «Υπάρχει μια ρωγμή στο καθετί. Είναι έτσι που εισέρχεται το φως», λέει ένας στίχος του Leonard Cohen. Μόνον όταν υπάρξει κάποια ρωγμή στα πειραματικά δεδομένα, μόνον τότε θα φανούν τα όρια της κβαντικής μηχανικής, και ίσως η κατεύθυνση επέκτασής της, και όχι από φυσικές φιλοσοφικές προκαταλήψεις (όσο ευφάνταστοι και αν είναι οι φυσικοί). Η φύση επιβάλλεται στον άνθρωπο, όχι ο άνθρωπος στη φύση.
– Απόσπασμα από τον πρόλογο του Κωνσταντίνου Βαγιονάκη (Ομότιμου Καθηγητή Παν. Ιωαννίνων) μεταφραστή και επιμελητή του βιβλίου “Το Θεωρητικό Ελάχιστο. Τόμος ΙΙ: Η Κβαντική Μηχανική” του Λέοναρντ Σάσκιντ που κυκλοφορεί στα ελληνικά από τις εκδόσεις ΡΟΠΗ.
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ:
Πρώτα σάς δίδαξε κλασική μηχανική. Τώρα, ο φυσικός Leonard Susskind έχει ενώσει τις δυνάμεις του με τον μηχανικό δεδομένων Art Friedman για να παρουσιάσουν τη θεωρία και τα συνακόλουθα μαθηματικά του παράξενου κόσμου της κβαντικής μηχανικής. Σε αυτήν τη συνέχεια στο Θεωρητικό Ελάχιστο, οι Susskind και Friedman παρέχουν μια ζωντανή εισαγωγή σε αυτό το περιβόητα δύσκολο πεδίο, που επιχειρεί να κατανοήσει τη συμπεριφορά των υποατομικών αντικειμένων μέσα από μαθηματικές αφαιρέσεις. Σε αντίθεση με άλλες εκλαϊκεύσεις που αποφεύγουν την αλλόκοτη πλευρά της κβαντικής μηχανικής, το βιβλίο Κβαντική Μηχανική αγκαλιάζει την απόλυτη παραξενιά της κβαντικής λογικής. Οι συγγραφείς προσφέρουν κρυστάλλινες εξηγήσεις πάνω στις αρχές των κβαντικών καταστάσεων, της αβεβαιότητας και της χρονικής εξάρτησης, της σύμπλεξης και των σωματιδιακών και κυματικών καταστάσεων, μεταξύ άλλων θεμάτων, και κάθε κεφάλαιο περιλαμβάνει ασκήσεις για να σιγουρευτεί η άρτια εκμάθηση κάθε περιοχής. Όπως ο πρώτος τόμος του Θεωρητικού Ελάχιστου, έτσι και αυτός ο τόμος τρέχει παράλληλα με τη σειρά μαθημάτων συνεχιζόμενης εκπαίδευσης του Susskind με οικοδεσπότη το Πανεπιστήμιο Stanford. Μια προσιτή αλλά αυστηρή εισαγωγή, το βιβλίο Κβαντική Μηχανική παρέχει μια εργαλειοθήκη στους ερασιτέχνες επιστήμονες για να μάθουν φυσική με τον δικό τους βηματισμό.
ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ ΣΥΓΓΡΑΦΕΩΝ:
Leonard Susskind:(γεννημένος το 1940) είναι Αμερικανός φυσικός, καθηγητής Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και ιδρυτικός διευθυντής του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής του Stanfort. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα περιλαμβάνουν θεωρία χορδών,θεωρία κβαντικού πεδίου, κβαντική στατιστική μηχανική και κβαντική κοσμολογία. Είναι μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ και της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών. Μέλος της σχολής του Περιφερειακού Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής και διακεκριμένος καθηγητής του Κορεατικού Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών.
Ο Susskind θεωρείται ευρέως ως ένας από τους πατέρες της θεωρίας χορδών. Ήταν ο πρώτος που έδωσε μια ακριβή ερμηνεία της θεωρίας των στοιχειοσειρών της ολογραφικής αρχής το 1995, και ο πρώτος που εισήγαγε την ιδέα του τοπίου της θεωρίας των χορδών το 2003.
Art Friedman: Eίναι… δια βίου μαθητής της φυσικής. Η σταδιοδρομία του περιλαμβάνει τη μηχανική λογισμικού, τη διδασκαλία και τη γραφή. Έχει περάσει δεκαπέντε χρόνια ως προγραμματιστής μεταγλωττιστή για Hewlett Packard, και επί του παρόντος εργάζεται ανεξάρτητα ως σύμβουλος δεδομένων για τα σχολεία της Καλιφόρνια. Ασχολείται με τα μυστικά της κβαντικής διεμπλοκής.
Συγγραφείς: Leonard Susskind & Art Friedman / Λέναρντ Σάσκιντ & Άρτ Φρίντμαν.
Μετάφραση: Κωνσταντίνος Ε. Βαγιονάκης, Ομότιμος καθηγητής
Επιμέλεια: Κωνσταντίνος Ε. Βαγιονάκης, Ομότιμος καθηγητής
Επιστημονική επιμέλεια: Κωνσταντίνος Ε. Βαγιονάκης, Ομότιμος καθηγητής
ISBN: 978-618-5289-35-5
Διαστάσεις: 17 χ 24
Αριθμός σελίδων: 342
