Mecanica cuantică și relativitatea generală au generat mai mult întrebări decât răspunsuri

Mecanica cuantică (MC) și relativitatea generală (RG) au modificat profund înțelegerea noastră a lumii fizice. Cu toate acestea, ne-au lăsat o imagine generală a lumii fizice neclară, incompletă și fragmentată. Combinarea a ceea ce am învățat despre lumea noastră din cele două teorii și găsirea unei noi sinteze reprezintă o provocare majoră, poate provocarea majoră în fizica fundamentală de astăzi.

Cele două teorii au deschis o revoluție științifică majoră, însă această revoluție nu este finalizată. Cea mai mare parte a fizicii acestui secol a fost o serie de explorări triumfătoare ale noilor lumi deschise de MC și RG. MC duce la fizica nucleară, fizica solidelor și fizica particulelor; RG duce la astrofizică relativistă, cosmologie, și astăzi ne conduce spre astronomie gravitațională. Urgența aplicării celor două teorii în domenii din ce în ce mai mari și evoluțiile importante și atitudinea pragmatică dominantă a mijlocului secolului al XX-lea au ascuns faptul că o imagine consistentă a lumii fizice, mai mult sau mai puțin stabilă timp de trei secole, a fost pierdut odată cu apariția MC și RG. Această atitudine pragmatică nu poate fi satisfăcătoare sau productivă pe termen lung. Noțiunile fundamentale cartezian-newtoniene, cum ar fi materia, spațiul, timpul și cauzalitatea, au fost profund modificate, iar noile noțiuni nu se armonizează între ele. La baza înțelegerii noastre asupra lumii domnește o confuzie surprinzătoare. Din MC și RG știm că trăim într-un spațiu cu proprietăți cuantice: un spațiu cuantic. Dar ce este un spațiu cuantic?

În ultimul deceniu, atenția fizicienilor teoreticieni s-a concentrat din ce în ce mai mult pe această problemă majoră. Oricare ar fi rezultatul întreprinderii, suntem martorii unui efort intelectual la scară largă îndreptat spre realizarea unui scop major: finalizarea revoluției științifice din secolul al XX-lea și găsirea unei noi sinteze.

În acest efort, fizica se confruntă încă o dată cu probleme conceptuale: Ce contează? Ce este cauzalitatea? Care este rolul observatorului în fizică? Ce este timpul? Care este sensul „a fi undeva”? Care este sensul „acum”? Care este sensul „mișcării”? Este mișcarea definită în privința obiectelor sau în ceea ce privește spațiul? Aceste întrebări fundamentale sau versiuni sofisticate ale acestor întrebări au fost esențiale în gândirea și rezultatele lui Einstein, Heisenberg, Bohr, Dirac și colegilor lor. Dar acestea sunt și aceleași întrebări pe care Descartes, Galileo, Huygens, Newton și contemporanii lor le-au dezbătut cu pasiune – întrebările care i-au determinat să creeze știința modernă. Pentru fizicienii de la jumătatea secolului al XX-lea, aceste întrebări erau irelevante: nu trebuie să ne îngrijoreze primele principii pentru a aplica ecuația lui Schrodinger atomului de heliu sau pentru a înțelege cum evoluează o stea de neutroni. Dar astăzi, dacă vrem să găsim o imagine nouă a lumii, dacă vrem să înțelegem ce este spațiua cuantic, trebuie să ne întoarcem din nou la acele probleme fundamentale. Trebuie să găsim un nou răspuns la aceste întrebări – diferite de cele ale lui Newton – care ia în considerare ceea ce am învățat despre lume cu MC și RG.

Desigur, avem puțin, dacă nu chiar deloc, acces empiric direct la regimurile în care ne așteptăm să apară fenomene gravitationale cuantice reale. Orice s-ar putea întâmpla la acele scale la distanțe foarte mici, departe de experiența noastră. Cu toate acestea, avem informații despre gravitația cuantică și avem indicii despre cum să o căutăm. De fapt, suntem într-una din situațiile foarte tipică în care o bună fizică teoretică fundamentală a lucrat la cele mai bune rezultate în trecut: am învățat două noi „fapte” extrem de generale despre lumea noastră, MC și RG, și mai trebuie „doar” să ne dăm seama ce implică, atunci când sunt luate împreună. Cele mai izbitoare progrese în fizica teoretică s-au petrecut în situații analoge cu aceasta.

Sursa: Carlo Rovelli, Quantum spacetime: what do we know?