Miksei kukaan ymmärrä
Luin Tanya Bubin ja Jeffrey Bubin sarjakuvan Totally Random: Why Nobody Understands Quantum Mechanics (A Serious Comic on Entanglement). Sen tarkoitus on selittää, mitä on kvanttimekaniikan lomittuminen (entanglement).
Lomittumisessa on karkeasti
sanottuna kyse siitä, että järjestelmän eri osat ovat kytköksissä toisiinsa,
olipa niiden etäisyys miten iso tahansa. Heti alkuun kirjoittajat siteeraavat kvanttimekaniikan
erään kehittäjän Erwin Schrödingerin sanoja: ”En kutsuisi sitä kvanttimekaniikan
yhdeksi vaan keskeiseksi piirteeksi, mistä seuraa tämän koko poikkeama
klassisesta ajattelutavasta.”
Schrödingerin kuuluisa ajatuskoe laatikkoon
suljetusta kissasta perustuu lomittumiseen, ja sen tarkoitus oli osoittaa,
miten kvanttimekaniikka on vaillinainen, koska se johtaa niin kummallisiin
johtopäätöksiin. Myös Albert
Einstein, kvanttimekaniikan kehittäjiä hänkin, havainnollisti
lomittumisen avulla sitä, että kvanttimekaniikkaa pitäisi muuttaa, koska se
johtaa niin isoon ristiriitaan arkiajattelun (ja, Einstein luuli, suhteellisuusteorian)
kanssa. Nykyään monet pitävät lomittumista avaimena siihen, miksi
maailma näyttää arkiselta.
Ensimmäisessä osassa kerrotaan mitä lomittuminen on ja miten sen voi todentaa Bellin epäyhtälön avulla. Tämä on vaikea aihe, mutta se on käyty läpi selkeästi ja tinkimättä, olennaiseen keskittyen.
Toisessa osassa kvanttimekaniikan merkkimiehet (”ilmeisesti ajalta ennen naisten olemassaoloa”, kuten toinen kertojista toteaa) esittelevät näkemyksiään siitä, mitä lomittumisesta pitäisi päätellä kvanttimekaniikasta ja todellisuudesta. Schrödinger tekee selityskotikäyntejä apurikissansa kanssa, monimaailmatulkinnan kehittäjä Hugh Everett on showmies, joka lupaa paljon ja antaa lähinnä selityksiä sitä, miksi asiakas ei näytä saavan mitään. Epäilevä Einstein ja deterministisen kvanttimekaniikan laajennuksen kehittänyt David Bohm istuvat terapiassa, missä tohtori Niels Bohr yrittää saada heidät hyväksymään, että kvanttimekaniikan takana ei ole mitään todellisuutta. Kuten Bohr aikoinaan lausui: ”On väärin ajatella, että fysiikan tehtävänä olisi selvittää, millainen maailma on. Fysiikka käsittelee sitä, mitä voimme sanoa maailmasta.”
Osa dialogista koostuu henkilöiden
kuuluisista lausumista tai kirjoittamista, mikä tekee siitä hieman kömpelöä. Kokonaisuus
on isompi ja vaikeammin hahmotettava kuin ensimmäisessä osassa, mutta juttu kulkee,
ja tyyli on epämuodollinen.
Kolmannessa osassa palataan ihmisten mielipiteistä epäinhimillisen
kvanttimekaniikan saloihin. Kryptaan sijoitettu kvanttikryptografia on havainnollistettu
mieleenpainuvasti. Kvanttiteleportaatio, joka herättää usein hämmennystä, on
selitetty kirkkaasti. Lomittumisen käyttöä tiedonvälityksessä on havainnollistettu
kvanttikasinolla, mutta tässä tapauksessa aiheen lähestyttäväksi tekevä vertaus
vie tilaa ymmärrykseltä: epäselväksi jää, mikä on esitellyn ilmiön todellisen
merkitys, koska uhkapeleistä tuskin on kyse.
Tanya ja Jeffrey ovat
tytär ja isä, ja osa sarjakuvasta on lisäksi heidän alter egojensa kiistelyä
kvanttimekaniikasta ja sen esittämisestä sarjakuvassa. Näiden osuuksien huumorin
viehätys on varmaan lukijakohtaista. Kerrontaa on sävytetty ilmeisimmillä mahdollisilla
populaarikulttuuriviitteillä Star Warsista Star Trekkiin.
Tanya on verkkosivuja tekevän yrityksen perustaja, Jeffrey on fysiikan filosofi,
jonka erikoisala on kvanttimekaniikan ja informaatioteorian risteyksessä. Ei
olisi ollut pahitteeksi, jos sarjakuvan tekemiseen olisi otettu mukaan sarjakuvantekijä.
Sivujen yleinen ilme on ikävän mustanharmaa, ja kuvallinen kerrontaa on usein sekä
korutonta että sekavaa.
Verrattuna vaikkapa Feynman-sarjakuvaan, jossa on haukattu iso pala elämänkertaa ja fysiikan selittämistä, Totally Random on tiukasti rajattu esitys. Kerronta ei rönsyile, ja sarjakuva on helppolukuinen ja ainakin ensimmäisessä ja kolmannessa osassa asiat käydään läpi tarkkuudesta tinkimättä. Tämän sarjakuvan lukeminen saattaa olla helpoin tapa ymmärtää, mistä lomittumisessa on kyse.
Kai se hämmentävin juttu kvanttilomittumiseen liittyen on se, ettei osata yleistajuisesti kuvata avaruudellisesti levittynyttä korrelaatiota.
Esimerkiksi kuvailut näin: ”kun mittaat kvanttitilan tiettyyn arvoon yhtäällä, se vaikuttaa lomittuneen tilan arvoon toisaalla riippumatta yleisestä vuorovaikutusten nopeusrajoituksesta valonnopeus c” – ovat sekä väärin että nimenomaan harhautumiseen johdattelevia.
Olisi helppoa sanoa, että lomittuneiden tilojen välillä avaruus säilyttää korrelaation ja kun mittalaite on osa avaruutta ja ainetta, toisen kvanttitilan selvittäminen asettaa avaruuden sellaiseksi, ettei toisenkaan tila voi olla kuin tietty.
Oletetaanpa oliot, jotka eivät ymmärrä kätisyyttä (tai mitään antipodaalista) ollenkaan. Mitatessaan lomittumista he löytävät tilojen vastakkaisuuden säilymisen ja iloitsevat, että todellisuus toimii edelleen luotettavasti. 🙂
Sulkuihin laittamasi virke pitää paikkansa. Sarjakuva selventää tämän mainiosti!
Avaruudella ei ole mitään tekemistä asian kanssa. Tämä riittäköön tästä.
”…Niels Bohr yrittää saada heidät hyväksymään, että kvanttimekaniikan takana ei ole mitään todellisuutta.” Bohrin terapia ei uponnut kuitenkaan Einsteiniin, sillä hänelle kvanttimekaniikalla oli yhteys todellisuuteen. Einstein nimittäin selitti valosähköisen ilmiön (v. 1905) juuri Planckin kvanttiteorian avulla. Einstein sai selityksestään fysiikan Nobelin v. 1921. Eli kvanttimekaniikka kuvaa todellisuutta paremmin kuin klassinen fysiikka, jonka perusteella ilmiötä ei osattu selittää. Ja kun kukaan täysijärkinen ei kyseenalaistane klassisen mekaniikan yhteyttä todellisuuteen, niin Bohrin väitteeltä menee pohja pois. En tiedä, oliko Bohr opiskellut Hegelin dialektiikkaa, mutta minusta hänen väitteensä on hyvin hegeliläinen. Marx ja Engels eivät hyväksyneet Hegelin filosofiaa vaan kehittivät siitä todellisuuteen perustuvan dialektisen materialismin, jota kantaa edustavat tässä fyysikkojen kiistassa Einstein ja Bohm. He molemmat olivat myös tunnettuja ateisteja.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Jewish_atheists_and_agnostics#Physics
Bohr tarkoitti sitä, että hänen mukaansa kvanttimekaniikka kuvaa tekemiämme havaintoja, mutta ei ole mielekästä kysyä todellisuudesta havaintojen takana.
Eivätkö havainnot ole vain ainoa todellisuus? Miksi olisi jokin eri todellisuus niiden takana?
Nimenomaan fysiikka, joka perustuu muuhun kuin falsifioitaviin observaabeleihin, lienee irti todellisuudesta.
Ja siis havaintommeko eivät ole mitenkään yhteydessä todellisuuteen? Skitsofreenikon tai hallusionogeenejä nauttineen ihmisen tapauksessa näin voi ollakin, mutta en voi hyväksyä tuota väitettä yleisesti.
Kyllä ”todellisuus” on löysä ja vaarallinen sana, joka itsessään ei tarkoita mitään. Tai jokainen voi solipsistisesti antaa sille omat ”selityksensä”. Ei tämä ole tieteen tie. Teorioita ei verrata ”todellisuuteen” vaan havaintoihin.
Jos haluaa saada selvemmän kuvan Bohrin käsityksistä kvanttimekaniikasta, suosittelen tätä artikkelia, jossa käydään läpi kvanttimekaniikan monimaailmatulkinnan vastaanottoa.
https://sci-hub.tw/https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1355219808000786?via%3Dihub
Oleellista näyttäisi siis olevan juuri se, ettei arvoteta esim. klassista fysiikkaa sen todellisemmaksi kuin kvanttifysiikkaa tai päinvastoin. Todellisuutta kuvaavat tarkimmin mittaukset muistaen, että mittauslaite tuottaa todellisuuden osana oman vaikutuksensa mittaustulokseen.
Olisiko analogia tiedonvälitykseen osuva? Mitä useampi lähde (mittaustapa) sen objektiivisempi kuva aiheesta muodostuu.
Ei, kyse ei ole ollenkaan tuosta.
Kun fysiikkaan sisällytetään tulkintaa, ollaan ongelmissa.
Kuvitellaanpa suoraan kvanttilogiikkaan nojaava tietoisuus, joka tutkimuksissaan törmää klassiseen logiikkaan. Voi ajatella, että hyvin vaikeaa sellaisen on vastaavasti soveltaa klassista logiikkaa sopeuttamatta sitä tulkinnoin tuttuun logiikkaansa sopivaksi…
Kun puhutaan kvanttimekaniikan ”tulkinnasta”, tarkoitetaan sitä, miten siitä saa ulos klassiselta näyttävän maailman. Tämän selittäminen on oleellinen osa kyseisen teorian ja havaintojen yhdistämistä.
Lisää aiheesta täällä:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/koopenhaminan-takana/
Jos joku ehdottaa yleisesti hyväksytyn teorian perusteella koetta, joka onnistuu ja tuottaa tuloksen, niin eikö siitä voi päätellä, että teoria vastaa ainakin osittain todellisuutta. Ao. linkissä on aiheeseen liittyvä tuore juttu non-Abelian Aharonov-Bohm-efektin löytymisesta.
https://phys.org/news/2019-09-exotic-physics-phenomenon.html
Loppukevennys:
Schrödinger’s cat plays Hamlet:
” To be and not to be”.
Koska kissalla on tunnetusti yhdeksän henkeä, niin Schrödingerin kissan todellisen tilan selvittäminen vaatii kymmenen koetta!
https://mobile.twitter.com/seanmcarroll/status/1170355961673863168
Sean Carrol on huomannut, etteivät fyysikot edes halua ymmärtää kvanttilogiikkaa…
Kaikkea lukemaansa ei tarvitse uskoa.
Tuossa on linkki haastatteluun (2013), josta käy ilmi Hyvin Sean Carrolin mielipide kvanttimekaniikan tilasta.
https://www.youtube.com/watch?v=ZacggH9wB7Y