Αυτή η χονδροειδής σύνοψη αφορά τη γένεση της κβαντοφυσικής. Κβάντα: δέσμες σωματιδίων. Αν η Σχετικότητα κατέρριψε θεμελιώδεις αντιλήψεις περί χώρου και χρόνου, περίπου την ίδια εποχή, η κβαντοφυσική ανέτρεψε έννοιες και αντιλήψεις αιώνων περί ύλης.

Στον μικροσωματιδιακό κόσμο η ύλη είναι ρευστή και αινιγματική. Στον πυθμένα του ελάχιστου ξανοίγεται ένα άλλο άπειρο, στο οποίο δεν είναι δυνατόν να γνωρίζει κάποιος την ακριβή θέση ενός σωματιδίου ούτε την ενεργειακή του κατάσταση. Οπότε, δεν έχει νόημα να πει κανείς ότι έλαβε χώρα ένα καθοριστικό συμβάν μέχρις ότου κάποιος παρατηρήσει την έκβασή του. Αυτή είναι η συναρπαστική ιστορία που αφηγείται ο ιστορικός της επιστήμης Ντέιβιντ Κάιζερ στο βιβλίο του «Η κβαντική κληρονομιά. Ανταποκρίσεις από έναν αβέβαιο κόσμο», που κυκλοφορεί αυτές τις μέρες από τις εκδόσεις Ροπή (μετάφραση-επιστημονική επιμέλεια: Γρηγόρης Πανουτσόπουλος – Θεμιστοκλής Χαλικιάς). Οπως γράφει, «ενώ στη ζωή μας συχνά ερχόμαστε αντιμέτωποι με διαζευκτικές αποφάσεις τύπου “ή το ένα ή το άλλο”, η φύση –τουλάχιστον όπως αυτή περιγράφεται από την κβαντική θεωρία– μπορεί να υιοθετήσει “και το ένα και το άλλο μαζί”». Και εδώ και εκεί ή, το άκρον άωτον της παραφροσύνης, και ζωντανός και νεκρός. Επ’ αυτού ειδικά περισσότερα στη συνέχεια.

Ο κόσμος του ερευνητικού πεδίου των μεγαθηρίων της φυσικής της δεκαετίας του ’20, από τον Νιλς Μπορ και τον Βέρνερ Χάιζενμπεργκ έως τον Ερβιντ Σρέντινγκερ, τον Πολ Ντιράκ, τον ίδιο τον Αϊνστάιν κ.ά., είναι αδιανόητα μικροσκοπικός, αλλά την ίδια στιγμή απέραντα συναρπαστικός. Τι περιέχει το άτομο στον πυρήνα του; Δέσμες από πρωτόνια και νετρόνια που και αυτά με τη σειρά τους αποτελούνται από τα περίφημα κουάρκ (λέξη που οι φυσικοί έκλεψαν απ’ τον Τζέιμς Τζόις). Oλα όσα αγγίζουμε αποτελούνται από ηλεκτρόνια και κουάρκ, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με τα γλουόνια – και αυτός είναι όλος μας ο κόσμος κι ας μην τον βιώνουμε ως τέτοιο.

Τι γίνεται τώρα όμως. Υστερα από σειρά περίπλοκων πειραμάτων στον μικρόκοσμο του ατόμου, οι φυσικοί είδαν ότι τα ηλεκτρόνια αλλάζουν τροχιές αυθαίρετα, παραβιάζοντας τις θεμελιώδεις αρχές της μηχανικής. Είδαν ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο διαφορετικά σημεία του χώρου – ταυτόχρονα. Διαπίστωσαν ότι αυτές είναι θεμελιώδεις ιδιότητες των υποατομικών σωματιδίων: εξαφανίζονται και εμφανίζονται μυστηριωδώς σε ένα μικροσύμπαν όπου τα πάντα είναι ασταθή και ερωτοτροπούν με το τίποτα, πραγματοποιώντας απίθανα άλματα από τη μία αλληλεπίδραση στην άλλη.

Τα θεμελιώδη σωματίδια είναι βραχείς, εφήμερες υπάρξεις που δημιουργούνται και καταστρέφονται αέναα μέσα από μια ατέρμονη σειρά απρόβλεπτων κινήσεων. Πώς γίνεται ένα ηλεκτρόνιο να βρίσκεται σε δύο μέρη ταυτόχρονα; Η ύπαρξη παύει να είναι σώμα και γίνεται κυματισμός, κυματοσυνάρτηση, κατά την επιστημονική ορολογία. Αυτός δεν είναι ένας κόσμος καθορισμένων πραγμάτων και συμπαγών αντικειμένων, είναι ένας κόσμος αβέβαιων, απροσδιόριστων συμβάντων. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν είχε φρίξει με αυτές τις διαπιστώσεις (τότε έγραψε την περίφημη φράση «ο Θεός δεν παίζει ζάρια», μολονότι είχε συμβάλει στη νέα φυσική, με την εντόπιση των φωτονίων, του συστατικού του φωτός.

Στον πυθμένα του ελάχιστου ξανοίγεται ένα άλλο άπειρο, στο οποίο δεν είναι δυνατόν να γνωρίζει κάποιος την ακριβή θέση ενός σωματιδίου.

H «Σχολή της Κοπεγχάγης»

Ο Αϊνστάιν δεν ήταν ο μόνος που δυσφορούσε με τη… μυστικιστική αυτή αύρα της κβαντοφυσικής. Και άλλοι επιστήμονες που συνέβαλαν στην ανάπτυξη της κβαντοφυσικής, απέρριπταν ορισμένα βασικά αξιώματά της, ειδικά έτσι όπως είχαν διατυπωθεί από την περίφημη «Σχολή της Κοπεγχάγης» (η απίθανη αυτή ιστορία ενέπνευσε και το θεατρικό «Κοπεγχάγη» του Μάικλ Φρέιν). Eνας από αυτούς ήταν και ο Ερβιν Σρέντιγκερ, στον οποίο στέκεται και ο Κάιζερ στο βιβλίο του. Το θεωρητικό του πείραμα με τη νεκρή και ζωντανή ταυτόχρονα γάτα στο κουτί ήταν στην ουσία μια έξοχη ειρωνεία απέναντι στην κβαντική προσέγγιση που προώθησε η Κοπεγχάγη.

«H ιστορία περιγράφει μια γάτα η οποία βρίσκεται κλειδωμένη μέσα σ’ ένα αδιαφανές κουτί μαζί με μια ποσότητα ραδιενεργού υλικού», περιγράφει ο Κάιζερ. «Αν το ραδιενεργό υλικό διασπαστεί, τότε μια συσκευή θα ανιχνεύσει τη διάσπαση και θα απελευθερώσει ένα σφυρί, το οποίο θα θρυμματίσει ένα γυάλινο σκεύος που περιέχει δηλητήριο και θα σκοτώσει τη γάτα. Αν δεν ανιχνευθεί ραδιενέργεια, τότε η γάτα θα ζήσει. Ο Σρέντιγκερ επινόησε αυτό το αποκρουστικό σενάριο για να ασκήσει κριτική σε ένα χαρακτηριστικό της κβαντικής θεωρίας το οποίο θεωρούσε εξωφρενικό. Σύμφωνα με τους υποστηρικτές της θεωρίας, πριν ανοίξει κανείς το κουτί για να ελέγξει τη γάτα, αυτή δεν θα είναι ούτε ζωντανή ούτε νεκρή, αλλά θα ισορροπεί σε μια περίεργη, απόλυτα κβαντική κατάσταση ζωής και θανάτου».

Ο Κάιζερ θίγει και μιαν άλλη ενδιαφέρουσα παράμετρο: «Αν και η γάτα του Σρέντιγκερ ευδοκιμεί σαν μιμίδιο μέχρι τις μέρες μας, οι σχετικές συζητήσεις τείνουν να παραβλέπουν μια βασική διάσταση της ιστορίας: το περιβάλλον εντός του οποίου την επινόησε ο Σρέντιγκερ. Δεν είναι τυχαίο ότι, αντιμέτωπες με την προοπτική ενός επερχόμενου παγκόσμιου πολέμου, γενοκτονιών και την αποσύνθεση της γερμανικής διανόησης, οι σκέψεις του Σρέντιγκερ στράφηκαν στα δηλητήρια, στον θάνατο και στην καταστροφή. Η γάτα του Σρέντιγκερ, λοιπόν, θα πρέπει να μας θυμίζει κάτι παραπάνω από τη σαγηνευτική παραδοξότητα της κβαντομηχανικής. Θα πρέπει να μας θυμίζει πως και οι επιστήμονες είναι, σαν κι εμάς, άνθρωποι οι οποίοι νιώθουν και φοβούνται».

Σημαντικό είναι εδώ να τονίσουμε ότι σε ένα μακροσκοπικό αντικείμενο, όπως μια γάτα ή μια φιάλη με κυανιούχο νάτριο, δεν είναι δυνατόν να αποδοθεί κβαντική κυματοσυνάρτηση. Μόνο σε μικροσωματίδια. Με άλλα λόγια, όλ’ αυτά τα παράδοξα ισχύουν στον μικρόκοσμο και μόνον. Τα σώματά μας, οι πλανήτες και οι γαλαξίες δεν υπακούν στους κβαντικούς νόμους και στα παράδοξά τους. Εδώ όμως είναι η τρομακτική αντίφαση: πώς είναι δυνατόν τα σωματίδια που αποτελούν το σύμπαν να συμπεριφέρονται σαν φαντάσματα και εμείς όχι; Αφού αυτά είμαστε εμείς οι ίδιοι. Από αυτά είμαστε φτιαγμένοι, το σώμα μας, η Γη, ο πλανήτης Δίας, ο Hλιος, τα πάντα. Oμως η Γη και ο Δίας βρίσκονται σταθερά σε ένα συγκεκριμένο σημείο του χώρου ακολουθώντας συγκεκριμένες τροχιές. Τα σώματά μας το ίδιο. Δεν είναι τρελό όλο αυτό; Αυτή η αβυσσαλέα αντίφαση;

«Κανένας δεν καταλαβαίνει την κβαντομηχανική», είχε πει ο νομπελίστας Ρίτσαρντ Φάινμαν, αναφερόμενος στην άβυσσο που χωρίζει την πραγματικότητα των κβάντων από τη βιωμένη ανθρώπινη εμπειρία. Το βιβλίο του Κάιζερ θίγει με περισσότερους από έναν τρόπους αυτό το μυστήριο.

Ηλίας Μαγκλίνης

kathimerini.gr