Albert Einstein și teoria cuantică (1)

Atitudinea lui Albert Einstein poate fi rezumată astfel: din punctul de vedere al criteriilor empirice, Teoria cuantică ortodoxă (OQT) trebuie considerată un succes imens. Din punctul de vedere atât de important al criteriilor care au legătură cu „perfecțiunea interioară”, cu unificarea, OQT trebuie considerat un dezastru. Aceasta deoarece teoria nu poate fi interpretată ca fiind o realitate ipotetică. Nu a fost atât de mult lipsa de determinism care l-a îngrijorat pe Einstein cât lipsa de realism. În „notele autobiografice”, îl pune așa:

”Fizica este o încercare conceptuală de a înțelege realitatea, deoarece ea este gândită independent de a fi observată. În acest sens, se vorbește despre „realitatea fizică”. În fizica pre-cuantică nu exista nicio îndoială ca la modul în care aceasta a fost înțeleasă. În teoria lui Newton realitatea a fost determinată de un punct material în spațiu și timp; în teoria lui Maxwell, de câmp în spațiu și timp.” (Einstein, 1969, pp. 82-3)

Einstein continuă să sublinieze că, în ceea ce privește OQT, nu există echivalentul cuantic al punctului sau câmpului material clasic. OQT face predicții probabiliste cu privire la rezultatele măsurătorilor efectuate pe un ansamblu de sisteme asemănătoare pregătite, dar nu poate fi interpretat ca specificând starea fizică a sistemului individual în timp ce evoluează în spațiu și timp independent de măsurare. Așa cum scrie Einstein în volumul 2 al aceleiași cărți, în „Răspunsul la critici”:

”Ceea ce nu mă satisface … [despre OQT], din punctul de vedere al principiului, este atitudinea sa față de ceea ce mi se pare a fi obiectivul programatic al întregii fizici: descrierea completă a oricărei situații reale (individuale) se presupune că există, indiferent de orice act de observație sau de fundamentare).” (Einstein, 1969, p. 667)

Într-o scrisoare adresată lui Schrodinger în 1950, Einstein se exprimă mult mai accentuat:

”Esti singurul fizician contemporan, pe langa Laue, care vede ca nu poti obtine ipoteza realitatii – daca doar unul este cinstit. Cei mai mulți dintre ei nu înțeleg pur și simplu ce fel de joc riscant se joacă cu realitatea – realitatea ca ceva independent de ceea ce este stabilit experimental. Ei cred într-un fel că teoria cuantică oferă o descriere a realității și chiar o descriere completă; această interpretare este, totuși, respinsă, cel mai elegant prin sistemul dvs. de atomi radio + Geiger contra + amplificator + încărcare de pistol + pisică într-o cutie, în care funcția ψ conține sistemul de pisică atât vie cât și moartă. Starea pisicii să e să fie creată numai atunci când un fizician investighează situația la un anumit moment determinat? Nimeni nu se îndoiește că prezența sau absența pisicii este ceva independent de actul de observare. Dar descrierea prin funcția ψ este cu siguranță incompletă și trebuie să existe o descriere mai completă. Dacă cineva vrea să considere teoria cuantică drept definitivă (în principiu), atunci trebuie să credem că o descriere mai completă ar fi inutilă pentru că nu ar exista legi pentru ea. Dacă ar fi fost așa, atunci fizica nu putea decât să pretindă interesul comercianților și inginerilor; totul ar fi o bulibășeală mizerabilă.” (Przibram, 1967, p. 39)

Opoziția lui Einstein față de OQT – care rezultă din lipsa realismului teoriei – a fost implacabilă, chiar vehementă. Acesta a fost, la urma urmei, ceea ce a condus la o mare ruptură între fizica teoretică de masă și lucrarea proprie a lui Einstein. Din 1905 până în 1926, Einstein se afla în centrul dezvoltărilor fizicii teoretice. Dar, începând cu anul 1926, căile au fost separate, în esență pentru că Einstein nu a fost capabil să contribuie la dezvoltarea OQT (se limitează la analiza critică a acestuia). Robert Shankland, care la întâlnit pe Einstein de mai multe ori în anii 1950-4, a remarcat cu privire la vehemența neobișnuită a opoziției lui Einstein față de OQT:

”Scepticismul său bine cunoscut pe această temă [mecanica cuantică] a fost clar evident, iar comentariile sale atât asupra subiectului însuși, cât și asupra principalilor săi susținători au fost deseori extrem de critici și chiar emoționali, spre deosebire de explicațiile sale limitate și liniștite de relativitate.” (În limba franceză, 1979, p. 39)

Ceva din puterea opoziției lui Einstein față de OQT, de asemenea, rezultă dintr-o corespondență pe care a avut-o cu Born pe această temă. Einstein clarifică faptul că consideră că OQT este inacceptabil din cauza lipsei de realism. Born persistă într-o poziție de o neînțelegere oarecum patrunsă, Einstein scrie destul de brusc că nu dorește să continue discuția și că Pauli este obligat să intre și să convingă pe Born de neînțelegerea lui față de Einstein, chiar dacă el este de acord cu Born că poziția lui Einstein ajunge la întrebând „cât de mulți îngeri sunt capabili să stea pe vârful unui ac” (vezi Born , 1971, pp. 199-229).

Cea mai puternică afirmație a lui Einstein împotriva lui OQT pe care am întâlnit-o este citată de Fine (1986, p. 1): „Această teorie [teoria cuantică prezentă] îmi amintește puțin despre sistemul de iluzii al unui paranoic extrem de inteligent, elemente incoerente ale gândurilor „. Aceste citate stabilesc dincolo de toate îndoielile posibile că Einstein s-a angajat în realismul științific complet, cel puțin în ceea ce privește scopul fundamental al fizicii.

Einstein este absolut corect să considere că OQT nu poate fi interpretată realist. Așa cum subliniază în scrisoarea sa adresată lui Schrodinger, dacă cineva încearcă să interpreteze funcția lui OQT ca furnizând o descriere completă a realității, se ajunge la concluzia (aparent) absurdă că pisica lui Schrodinger persistă ca suprapunere a vieții și morții până când vom deschide cutia și vom vedea. Și în mod similar, ar trebui să concluzionăm că rezultatul oricărei măsurători cuantice nu este o anumită stare a aparatului, ci mai degrabă o suprapunere macroscopică de stări distincte – superpoziția se prăbușește doar în mod miraculos când privim. Cea mai simplă modalitate de a demonstra însă imposibilitatea interpretării realiste a OQT, totuși, rezultă din următorul considerent. Dacă interpretăm funcția ψ că descrie direct realitatea cuantică și excludem măsurarea de la postulațiile fundamentale ale teoriei, noi avem o teorie care este complet deterministă, deoarece stările cuantice, corespunzătoare funcțiilor ψ, evoluează determinist în conformitate cu Ecuația lui Schrodinger. O astfel de versiune a OQT nu reușește să facă legătura cu cea mai elementară trăsătură a lumii cuantice – caracterul său probabilist. Pe scurt, așa cum declară Einstein, OQT trebuie privită ca o teorie care face previziuni probabiliste cu privire la rezultatele măsurării pe sisteme, dar care nu specifică starea fizică reală a sistemului individual în absența măsurătorilor.

Cum a apărut această stare extraordinară de lucruri? În esență, deoarece teoria cuantică (QT) s-a dezvoltat cu lucrarea lui Bohr, Heisenberg, Schrodinger, Born și alții, și nu s-a găsit nicio soluție pentru problema cuantică a undelor / particulelor. După cum am văzut, această problemă a fost descoperită pentru prima oară de Einstein cu invenția sa de cuantă de lumină – sau „fotoni”, după cum au ajuns să fie numiți ulterior. Problema a fost intensificată și mai mult în 1923, când de Broglie a propus ca electronii, până atunci considerați a fi particule, să aibă un aspect asemănător cu unda, așa cum a fost confirmat ulterior experimental de către Davisson și Germer. Pentru a dezvolta QT ca o teorie realistă, ar fi fost necesar să rezolvăm problema cuantică a undelor / particulelor în așa fel încât să fie posibil să precizăm în mod constant și precis ce fel de entități fizice sunt fotonii și electronii pe măsură ce evoluează în spațiu și timp independent de măsurare. Acest lucru nu s-a întâmplat. În schimb, Heisenberg a inventat mecanica matricilor în 1925, intenționând, încă de la început, că teoria ar trebui să prezică rezultatul măsurătorilor, dar ar trebui să rămână tăcută despre ceea ce există fizic în absența măsurătorilor. Schrodinger a inventat mecanica ondulatorie în 1926 cu speranța că aspectul de undă a entităților cuantice se va dovedi fundamental. Această speranță a fost distrusă atunci când a devenit clar că funcția ψ nu putea fi considerată drept o descriere directă a realității cuantice, ci trebuia interpretată ca incluzând informații probabiliste despre rezultatele măsurătorilor pe un ansamblu de sisteme asemănătoare pregătite – așa cum a subliniat Born de la început.

• Einstein, Albert (1969). Albert Einstein, Hedwig und Max Born: Briefwechsel 1916–1955 (in German). Commented by Max Born; Preface by Bertrand Russell; Foreword by Werner Heisenberg. Munich: Nymphenburger Verlagshandlung. ISBN 978-3-88682-005-4.

Sursa: Nicholas Maxwell, Capitolul ”Einstein, aim-oriented empiricism, and the discovery of special and general relativity”, din cartea ”Karl Popper, Science and Enlightenment”, UCL Press. (2017), licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare Nicolae Sfetcu