"Cuộc cách mạng dang dở của Einstein" của Lee Smolin
(Ảnh: © Penguin Press)
Cơ học lượng tử được giải quyết khoa học. Trường hợp đóng cửa, và cảm ơn bạn rất nhiều - hoặc rất nhiều người sẽ tranh luận.
Nhờ vào công việc tiên phong trong những năm 1920, nhiều người tin rằng bây giờ chúng ta biết mọi thứ chúng ta sẽ cần biết về chuyển động ở quy mô nguyên tử hoặc hạ nguyên tử. Theo nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr và những người theo ông, chúng ta có thể khẳng định vị trí chính xác của hạt nguyên tử hoặc quỹ đạo của nó, nhưng chúng ta không thể làm cả hai cùng một lúc. Loại dự đoán đó chỉ có thể là xác suất, không bao giờ hoàn toàn chính xác.
Nhà vật lý lý thuyết Lee Smolin, thuộc Viện Vật lý lý thuyết Perimet ở Waterloo, Canada, đã dành toàn bộ sự nghiệp của mình để thách thức quan điểm này. Smolin tin rằng chiến thắng của Bohr là một ví dụ về sức thu hút kìm hãm bất đồng chính kiến, ngay cả từ những người bất đồng chính kiến nổi tiếng như Albert Einstein và Erwin Schrödinger.
Ngày nay, Smolin, theo bước chân của Albert Einstein và tiếp tục một truyền thống lâu đời bao gồm các nhà vật lý khác bao gồm David Bohm, tìm kiếm một lý thuyết để "hoàn thành" vật lý lượng tử bằng cách cho phép mô tả chính xác và không có xác suất mờ. Smolin giữ quan điểm "thực tế", trái ngược với quan điểm "chống hiện thực" của Bohr và các acolytes của ông. Smolin đưa ra quan điểm của mình trong "Cuộc cách mạng dang dở của Einstein.
Space.com: Sự khác biệt giữa cách tiếp cận thực tế và chống hiện thực đối với cơ lượng tử?
Lee Smolin: Đối với tôi, sự khác biệt giữa ai đó là người thực tế về hiện tượng lượng tử so với người không phải là người hiện thực là, theo chủ nghĩa hiện thực, bạn tin rằng có một câu chuyện hoàn chỉnh, và có một mô tả hoàn chỉnh, rằng chúng ta có thể đạt được bất kỳ quá trình nguyên tử nào, của bất kỳ quá trình hạt nhân, của bất cứ điều gì đang xảy ra trong thế giới hạ nguyên tử. Cơ học lượng tử không đưa ra một mô tả đầy đủ như vậy về từng quy trình riêng lẻ và vì vậy nó không thể hoàn thành. Chúng ta phải tìm một lý thuyết sâu sắc hơn nó. Cơ học lượng tử là một bước để hiểu vật lý hạ nguyên tửNhưng đó không phải là bước cuối cùng. Vì vậy, công việc là đi sâu hơn và phát minh hoặc khám phá một lý thuyết tốt hơn mà đưa ra một mô tả đầy đủ.
Nếu bạn là người mà chúng ta gọi là người chống chủ nghĩa hiện thực, thì bạn nghĩ rằng cơ học lượng tử như được viết ra vào những năm 1920 có thể là lý thuyết cuối cùng, và không có động lực để nhìn sâu hơn.
Space.com: Bạn đề cập đến những người đang tìm kiếm sự hoàn thành của lý thuyết lượng tử là "những người hiện thực ngây thơ" bởi vì quan điểm của họ không cần những lời biện minh phức tạp. Bạn có thể giải thích về thuật ngữ này?
Cao lanh: Naive thực sự có nghĩa là tinh vi. Ngây thơ có nghĩa là bạn đã nghe tất cả những phản đối cơ bản đối với ý tưởng rằng chúng ta có thể đưa ra một mô tả đầy đủ về thế giới như nó và từ chối những điều đó và giữ nó như là mục tiêu của chúng ta để hiểu hoàn toàn tự nhiên và như thể chúng ta không ở đây. Khoa học là một mô tả về thiên nhiên được cho là khách quan, không bị áp đặt bởi các thí nghiệm của chúng tôi hoặc bởi ý tưởng hoặc niềm tin của chúng tôi.
Space.com: "Ngây thơ" có nghĩa là hoàn toàn cởi mở với những ý tưởng và niềm tin mới?
Cao lanh: Hoàn toàn mở? Không. Mọi người quên rằng vật lý, giống như bất kỳ khoa học nào, có một lịch sử và một truyền thống. Lấy một ý tưởng đơn giản như động lượng, cần được hiểu trong bối cảnh của tất cả các cuộc thảo luận từ thế kỷ 16 và 17 về nguyên tắc quán tính, nguyên lý tương đối, v.v. Bạn không thể giải thích một khái niệm như động lượng mà không đắm chìm trong toàn bộ lịch sử của khái niệm này.
Space.com: Cuốn sách của bạn rõ ràng và sáng suốt, và những người có kiến thức nền tảng khác nhau có thể hiểu được. Quá trình viết của bạn là gì?
Cao lanh: Tại sao, cảm ơn bạn! Tôi sẽ coi đó là một lời khen. Tôi có rất nhiều kinh nghiệm và rất nhiều thực hành giảng dạy vật lý hiện đại cho những người không chuyên. Tại các trường đại học khác nhau, tôi thường xuyên dạy các khóa học "vật lý cho nhân văn" hoặc "vật lý cho các nhà thơ". Vì vậy, tôi có nhiều kinh nghiệm trong việc mài giũa các chiến lược sư phạm khác nhau để sử dụng trong việc dạy vật lý lượng tử hoặc thuyết tương đối cho giáo dân.
Một cuốn sách như thế này có nhiều đối tượng cùng một lúc. Tôi đang giải quyết các chuyên gia và đồng nghiệp, nhưng chủ yếu là tôi đang giải quyết các giáo dân. Và giáo dân đầu tiên quan trọng là biên tập viên. Tôi luôn khăng khăng làm việc với một biên tập viên có bằng cấp về văn học hoặc nhân văn hoặc lịch sử - không phải bằng cấp về khoa học. Tôi cũng có một số độc giả thử nghiệm không có giáo dục về khoa học. Tất cả đều thúc đẩy tôi làm rõ, làm rõ, làm rõ và nếu cần viết lại cuốn sách. Cuốn sách đặc biệt này đã trải qua ba lần viết lại hoàn chỉnh. Không còn gì trên sàn phòng cắt, có thể nói như vậy. Toàn bộ bản thảo đầu tiên đã hoàn toàn bị bỏ rơi và được đánh giá lại, và theo tôi, kết quả là một cuốn sách tốt hơn nhiều.
Space.com: Cho rằng nó đã được viết lại hoàn toàn nhiều lần, mất bao lâu để viết cuốn sách?
Cao lanh: Viết không phải là công việc hàng ngày của tôi; công việc hàng ngày của tôi là một nhà vật lý lý thuyết. Nhưng trong thời gian rảnh rỗi của tôi, có thể nói, khoảng ba năm. Sẽ có một tháng hoặc sáu tuần khi tôi chủ yếu làm việc với cuốn sách, và sau đó sáu tháng sẽ trôi qua và tôi sẽ suy nghĩ và suy nghĩ về nó và sau đó tôi sẽ lại tiếp tục trong ba tuần hoặc một tháng. Vì vậy, nó là như thế trong khoảng thời gian ba năm.
Không gian.com: Cuốn sách của bạn chi tiết về lịch sử vật lý lượng tử vào đầu thế kỷ 20. Tại sao cuộc cách mạng lượng tử chống chủ nghĩa hiện thực do Niels Bohr châm ngòi lại trở thành quan điểm thống trị - dường như trong chớp mắt?
Cao lanh: Có hai điều đã hành động đồng thời. Một trong số đó, và quan trọng nhất, là thành công thử nghiệm đáng kinh ngạc. Loài người đã trải qua chưa đầy 30 năm kể từ khi được hòa giải với ý tưởng rằng vật chất được tạo thành từ các nguyên tử cho đến một lý thuyết hoàn chỉnh về vật lý nguyên tử. Và nó đã làm việc đáng kể để giải thích quang phổ [cầu vồng màu sắc được tạo ra bằng cách tách các thành phần ánh sáng theo bước sóng của chúng], các lực, các hợp chất hóa học - mọi thứ! Sau đó rất nhanh, vật lý hạt nhân, vật lý hạt, cách các ngôi sao hoạt động - vật lý thiên văn.
Vì vậy, thành công thử nghiệm là đáng kinh ngạc, và nó đã nhanh chóng. Đo lường được điều đó, sự bất đồng quan điểm của những người như Einstein, Schrödinger và de Broglie đã nói, "Đợi một chút! Nền tảng là một mớ hỗn độn!" Tất cả điều đó có thể được quét dưới tấm thảm.
Đó là điều đầu tiên. Điều thứ hai là uy tín và sức thu hút của Niels Bohr, với sự hỗ trợ mà ông có được từ chính phủ Đan Mạch và công ty bia Carlsberg, để thành lập một trung tâm trong đó mọi thứ đi qua ông. Tính cách rất thôi miên, lôi cuốn của anh ta có thể ảnh hưởng đến suy nghĩ của một thế hệ người bước ra từ một cuộc chiến khủng khiếp [Thế chiến thứ nhất]. Vì vậy, đó là một loạt các điều khác nhau tại một thời điểm.
Space.com: Và các lý thuyết khác không thể đi đầu.
Điều đáng kinh ngạc là lý thuyết sóng phi công của de Broglie - ngay cả khi nó có thể được Einstein vô địch, bởi de Broglie và theo cách của Schrödinger - không có tác động, mặc dù thực tế rằng đây không phải là quý tộc. Đây là những người nổi tiếng thế giới với giải thưởng Nobel, người đã làm khoa học vĩ đại, nhưng dù sao thì sự bất đồng quan điểm của họ có thể bị bỏ qua trong nhiều thế hệ.
[Lý thuyết sóng thí điểm, mà Louis de Broglie đã phát triển vào những năm 1920 và David Bohm đã mở rộng vào những năm 1950, khẳng định rằng các electron bao gồm cả hạt và sóng và các hạt di chuyển theo hướng sóng hướng chúng. Nó mang tính quyết định, không phải xác suất.]
Tôi nghĩ cuối cùng các nhà khoa học là con người, và chúng ta bị ảnh hưởng bởi tất cả mọi thứ, từ thiên vị vô thức đến tham vọng cho các lực lượng xã hội. Lịch sử của cơ học lượng tử trở thành một câu chuyện đáng suy ngẫm, nhưng nó không phải là một câu chuyện bất thường.
Space.com: Các đồng nghiệp của bạn đã phản ứng với cuốn sách của bạn như thế nào?
Cao lanh: Không có gì cho đến nay là đáng ngạc nhiên. Quan điểm của tôi là nổi tiếng trong cộng đồng các nhà vật lý. Tuy nhiên có vẻ khiêu khích có vẻ như trong cấu trúc của cuốn sách, không có cuộc thảo luận nào đã được tranh luận rất kỹ lưỡng giữa các nhà vật lý.
Điều duy nhất mới là vài chương cuối. Tôi đã mạo hiểm lớn để đặt công việc hiện tại của tôi trên bàn.
Space.com: Hãy mô tả công việc hiện tại của bạn.
Cao lanh: Điều quan trọng nhất tôi đang làm trong công việc mới của mình là thực hiện nghiêm túc vai trò của tính phi dân tộc. [Không dân tộc đề cập đến khả năng các vật thể tác động đến hành động của các vật thể khác rất xa nhau về không gian và thời gian.] Nếu bạn muốn đưa ra một mô tả thực tế, đầy đủ về những gì đang xảy ra khi bạn có hai hạt trở lên tương tác và cái mà chúng ta gọi là "vướng víu", sau đó cách bạn chọn để thao tác một trong các hạt có thể ảnh hưởng đến các hạt khác, ngay cả khi chúng cách nhau rất xa. Và điều này có nghĩa là bạn phải thực hiện nghiêm túc những ảnh hưởng không bị hạn chế bởi ý tưởng rằng mọi thứ chỉ ảnh hưởng đến những gì ở gần họ.
Vì vậy, tôi thực hiện điều đó một cách nghiêm túc và cố gắng đưa ra một lý thuyết trong đó những vướng mắc lượng tử này là cơ bản và khái niệm về không gian xuất hiện. Không gian không tồn tại; chúng ta có thể tạo ra một mô tả gần đúng, gần đúng về không gian giống như cách chúng ta sử dụng áp suất và nhiệt độ để mô tả một loại khí.
Tôi không phải là người duy nhất cố gắng phát triển lý thuyết này. Ý tưởng rằng không gian có thể xuất hiện từ sự vướng víu là một ý tưởng cũ nhận được lực kéo mới từ những người như Roger Penrose. Lý thuyết của tôi là không gian có thể xuất hiện, nhưng thời gian đó là cơ bản và nhân quả là cơ bản. Đó là một quan điểm mà một số người sẽ đồng ý và rất nhiều người sẽ không đồng ý.
Space.com: Mục tiêu cuối cùng của việc thực hiện loại công việc lý thuyết này là gì?
Cao lanh: Ý tưởng là phát triển và phát minh ra một lý thuyết mà từ đó bạn có thể suy ra dự đoán thử nghiệm nào. Hầu hết những người nghiêm túc không thực hiện một đề xuất lý thuyết một cách nghiêm túc trừ khi nó đi kèm với một cách để kiểm tra nó, ít nhất là về nguyên tắc nếu không ngay bây giờ trong thực tế. Nếu không có thí nghiệm, thật dễ dàng để một nhà lý thuyết có thể nói về toán học đẹp, điều đó là sai và không liên quan gì đến tự nhiên. Chúng ta cần các nhà thực nghiệm để loại bỏ các ý tưởng và thu hẹp các khả năng.
Chỉ có một hoặc hai thế hệ cuối cùng có tình huống mà các lý thuyết khó kiểm tra. Vì vậy, bạn có thể có cả một thế hệ làm việc trên các mô hình vật lý hạt vượt ra ngoài mô hình chuẩn và chúng không được thử nghiệm bằng thực nghiệm. Điều này là bất thường, và không may, đặc trưng cho thời kỳ của chúng tôi.
Nhiều người nghiêm túc trong lĩnh vực vật lý lý thuyết cơ bản làm việc rất chăm chỉ để trêu chọc và phát minh ra các đề xuất có thể kiểm chứng được. Phiên bản phi tập trung của tôi dự đoán rằng các hiệu ứng lượng tử một phần là do các nguyên tử rất giống với một số lượng lớn các nguyên tử trong vũ trụ. Nếu chúng ta có thể tạo ra một hệ lượng tử duy nhất - không có bản sao hoàn chỉnh ở bất kỳ nơi nào trong vũ trụ quan sát được - nó sẽ không tuân theo cơ học lượng tử, nó sẽ tuân theo một số phương trình khác nhau mà tôi rút ra. Đó là gần như ngưỡng của những gì các phòng thí nghiệm thử nghiệm trong cơ học lượng tử có thể kiểm tra ngay bây giờ.
Bài viết này đã được chỉnh sửa và cô đọng cho rõ ràng. Bạn có thể mua "Cuộc cách mạng dang dở của Einstein" trên Amazon.com.
- Những nguyên tử vướng víu 'ma quái' này chỉ mang lại tính toán lượng tử một bước
- Chuẩn tinh cổ đại cung cấp bằng chứng đáng kinh ngạc cho sự vướng víu lượng tử
- Tại sao cơ học lượng tử không thể giải thích trọng lực? (Op-Ed)
