Fyzika, či filozofia? Odpoveď Martinovi Mojžišovi časť 1.
V diskusiách Pod Lampu s vedeckou tematikou sa medzi vedcami často objavuje veľmi skreslený názor na filozofiu. K filozofii sa stavajú s dešpektom a keď niekto použije filozofiu na ich obor, nepáči sa im to a snažia sa to "odpinkať" argumentom, že daný človek tomu nerozumie. Tento článok je odpoveďou Martinovi Mojžišovi na poslednú lampu o kvantovej fyzike (linky na konci).
Podobne ako v predchádzajúcom článku o autorite si pomôžeme filozofom J.M.Bochenskim. Prírodovedci (fyzici, chemici, biológovia) podľa neho samozrejme uznávajú filozofiu ako pramatku všetkých vied. Lenže z filozofie sa potom podľa všeobecného názoru postupne odčlenili všetky vedy ako medicína, matematika, logika, fyzika, chémia a filozofom zostali buď nezrelé problémy, pre ktoré ešte veda nestihla vzniknúť, alebo sa filozofi zaoberajú nezmyslami a pseudoproblémami. Napríklad podľa novodobých mýtov sa scholastickí filozofi zaoberali otázkou, koľko anjelov sa zmestí na špičku ihly, čo samozrejme nie je pravda. Scholastici si jasne uvedomovali odlišnosť hmotného sveta (ihla) od duchovného (anjeli) a takúto otázku by považovali za nezmyselnú. Súhlasí tento pohľad moderných ľudí na filozofiu s faktami? Samozrejme, že nie. Podľa tohoto názoru by malo byť filozofie podstatne menej a mala by riešiť menej problémov, pretože ostatné problémy za ňu riešia prírodné vedy. Filozofia však dnes rieši oveľa viac problémov, kladie si oveľa viac a presnejšie formulovaných otázok, ako to bolo v minulosti. Aj s odlúčením vedných odborov od filozofie je to inak. Akonáhle vznikne nový vedecký odbor, paralelne vznikne filozofický obor, ktorý skúma nové otázky, nastolené týmto novým vedeckým oborom. Ako príklad oboru a jeho filozofického náprotivku uvádza Bocheński logiku a filozofiu logiky. Otázka, či je logika iba systém znakov, alebo existuje nejak objektívne, nepatrí do logiky ale do filozofie logiky. Významní logici ako Quine alebo Łukasiewicz sa nezaoberali len samotnou logikou, ale práve aj filozofiou logiky, pretože ich podobné otázky zaujímali a považovali ich za dôležité. Napríklad Quine svoje názory o objektívnej existencii logiky publikoval v knižke s názvom "Filozofia logiky". Podobne je to s fyzikou. Existuje samotná fyzika a zároveň existuje filozofia fyziky. Filozofovať o fyzike sa samozrejme dá rôznymi spôsobmi od krčmovej debaty až po vysoko odbornú diskusiu. Existujú obory, kde musí človek rozumieť viacerým oblastiam. Napríklad samotný filozof Bocheňski sa zaoberal logikou (bol profesorom logiky), zaoberal sa dejinami logiky a okrajovo aj filozofiou logiky. Jeho kniha o dejinách formálnej logiky nie je rozprávaním príbehov, ale detailne rozoberá ako sa vyvíjala logika a v čom bol prínos jednotlivých období. Toto nemôže robiť čistý historik, pretože by nepochopil obsah a nevedel by zhodnotiť význam jednotlivých období. Toto musí robiť historik a logik zároveň. Známy logik Łukasiewicz, korý popísal viachodnotovú logiku, bol napríklad aj historikom logiky. Podobne to je s históriou fyziky a filozofiou fyziky. Už samotný fyzik musí zvládnuť iný obor a to vyššiu matematiku. Filozof fyziky musí rozumieť jak matematike, tak fyzike a rovnako dobre aj filozofii, najmä ontológia a epistemológia. Mimochodom logika a matematika je "len" sformalizovaná ontológia a jedna z najvýznamnejších matematických kníh Principia mathematica od Russela a Whiteheada, začína definíciami pojmov, ktoré sú až na jeden pojem všetko pojmy z ontológie. Takže ak chce niekto filozofovať o fyzike, musí jej rozumieť aspoň na istej úrovni.
V diskusii na youtube pod jednou lampu som uviedol, že interpretácia kvantovej fyziky je vecou filozofie a nie fyziky. Martin Mojžiš s tým nesúhlasil. Neposkytol k tomu nejaké detailné argumenty ale z toho, čo som pochopil, mal namysli to, že ja nie som fyzik len som povrchne pochopil myšlienkový dvojštrbinový experiment, ktorý sa používa najmä v popularizačných prednáškach. Naozaj nie som fyzik (som informatik, s krátkym pôsobením vo vede), ale tu nejde o mňa. Tak ako sa filozofiou logiky zaoberajú logici, ktorí rozumejú obom, tak sa filozofiou fyziky zaoberajú fyzici, ktorí rozumejú fyzike minimálne tak, ako Martin. Veď nakoniec Kodanskú interpretáciu vymysleli fyzici, ktorí zároveň vedome, či nevedome robili filozofiu fyziky. Aby sme si ale vedeli presne definovať, kam patrí interpretácia kvantovej fyziky musíme urobiť pár stručných odbočiek do dvoch filozofických disciplín: ontológie a epistemológie.
Ontológia skúma to čo je. Samotné bytie ako také, alebo ako to nazýva "súcno" (čokoľvek, čo existuje). V princípe máme dva druhy súcna: reálne a ideálne. Pre naše potreby nám stačí definovať si reaálne súcno, ako to čo je v našom fyzickom svete a ideálne súcno, sú abstrakcie (myšlienky). Napríklad veta (výrok) "Vonku sneží" je ideálne súcno (mám ju v hlave, môžem ju komunikovať, napísať...) a reálne súcno je stav fyzickej reality, v ktorej naozaj sneží. Obsahom výroku môže byť fyzický svet, ale môže ním byť aj iná abstrakcia. Výrok: Fero napísal na tabuľu vetu "Vonku sneží", alebo výrok "Pre všetky pravouhlé trojuholníky v rovine platí pytagorova veta". Výrok "Vonku sneží" aj výrok o pytagorovej vete môže byť pravdivý, alebo nepravdivý. Tu sa dostávame k druhej oblasti a tou je epistemológia, poznanie. Spôsoby poznávania sú v princípe dva: empirický - pozriem a vidím, odvážim, odmeriam, popíšem vlastnosti fyzického objektu. Tento spôsob sa používa na poznávanie fyzického sveta. Druhým spôsobom poznávame svet myšlienkový a tým je usudzovanie. Týmto sa zaoberá logika a matematika. Logický úsudok znamená, že mám nejaké výroky a z nich usúdim na iný výrok a dozviem sa niečo nové. Napríklad z výrokov "Všetkci ľudia sú smrteľní" a "Napoleon je človek" logicky vplýva iný výrok: "Napoleon je smrteľný". Logiku v princípe nezaujíma presný obsah toho výroku (v zmysle, či sa bavíme o slonoch alebo o Napoleónoch), ale zaujímajú ju tzv. kvantifikátory ("žiaden", "všetky", "niektoré"). Logiku ani nezaujíma, či je konkrétny výrok pravdivý, len ju zaujíma, čo by z neho vyplývalo, keby pravdivý bol a skúma pravidlá usudzovania, aby ten úsudok bol správny. Tieto dva spôsoby možeme spojiť. Môžeme niečo odmerať, použiť logický úsudok a dozvieme sa o realite niečo nové, čo priamo nepozorujeme, ale z toho prvého merania to logicky vyplýva. Príkladom sú dinosaury. O ich reálnej existencii sa nemôžeme dozvedieť z nijakého priameho pozorovania, lebo už nežijú. Ale sériou iných meraní a následných logických úsudkov môžeme dôjsť k záveru, že existovali. A tu sa dostávame k ďalšiemu rozdeleniu poznania: jednotlivé a všeobecné. Jednotlivé poznanie je popis nejakého objektu a zaradenie toho objektu podľa jeho vlastností. Týmto spôsobom pracuje časť biológie, ktorá popíše živý organizmus a podľa jeho vlastností ho zaradí do taxonomického stromu rodov, druhov, čeľadí a podobne. Poznanie všeobecné sa snaží správanie objektov zovšeobecniť: slnko vyšlo minulý týždeň, vyšlo predvčerom, včera a dokonca aj dnes, tak si zovšeobecním toto správanie a sformulujem vetu: slnko vychádza každý deň. A tu sa už dostávame k fyzike, ktorá pracuje s prírodnými zákonmi. Fyzik robí presne toto: zovšeobecní správanie kameňa a sformuluje Newtonovu mechaniku pohybu telies. To znamená, že pre fyzickú realitu tu máme abstrakciu vo forme rovnice. So zovšeobecňovaním fyzickej reality tu ale jeden problém. V logike a matematike chcem, aby ten úsudok bol stopercentný: Matematický dôkaz (séria logických úsudkov) platí bez debaty. Dôkaz v realite, ale musí s tou realitou súvisieť, takže to musíme dokázať empiricky. Aby sme mohli vôbec niečo v realite zovšeobecňovať, musíme predpokladať, že to v tej realite všeobecné je. Inými slovami: v realite existujú prírodné zákony podľa ktorých sa reálne objekty správajú všeobecne: všetky objekty, v každom čase a na každom mieste. Potom môžeme formulovať Newtonovu rovnicu a empiricky ju dokázať. Dôkaz vyzerá takto: Odmeriame si v počiatočnom čase počiatočný stav a všetky pôsobiace sily, dosadíme to do Newtonovej rovnice, vypočítame, ako by to malo vyzerať v inom konkrétnom čase a porovnáme to s realitou. Ak to súhlasí, máme emoirický dôkaz pre tento konkrétny prípad. Ak to nesúhlasí, musíme si skontrolovať, či sme v niektorom kroku neurobili chybu (v meraní, vo výpočte). Ak to stále nesúhlasí, tak tá rovnica neodpovedá realite v tomto konkrétnom prípade. Aby sme to dokázali pre všetky prípady, museli by sme to vo všetkých prípadoch odmerať, čo ale nejde. Musíme sa teda uspokojiť s tým, že všeobecný výrok, nikde nebudeme vedieť empiricky potvrdiť. No a čo keď nameriam v danom prípade niečo iné ako nám vyjde v rovnici? Prijmeme výnimku? Nie. Výnimka nie je prípustná, práve kvôli všeobecnej platnosti prírodného zákona. Takže keď nameriame niečo iné ako sme vypočítali a nikde sme sa nepomýlili, musíme hľadať novú rovnicu, ktorá bude platiť všeobecne: aj na predošlé prípady kde tá stará fungovala, aj nový prípad, kde tá stará nefunguje (príkladom je stará Newtonova a nová Ensteinova). Spôsobu myslenia, ktorý zovšeobecňuje sa hovorí "indukcia" a je to logicky neplatné uvažovanie (logicky platnému sa hovorí dedukcia). No nič lepšie, ako indukciu v prírodnej vede nemáme a napriek nedokonalosti to je silný nástroj.
No a ako to všetko súvisí s interpretáciou kvantovej fyziky? Jednoducho. Fyzik je obmedzený svojou metodológiou. Jeho práca začína a končí matematickou formuláciou prírodného zákona, ktorý je overený experimentom. Čo fyzik nemôže v princípe overiť experimentom, o tom nemôže hovoriť. Môže mať nejakú hypotézu a ten experiment mať navrhnutý, len zatiaľ nerealizovaný. Ale keď si vyberá medzi dvomi alternatívnymi hypotézami, bez experimentu to nejde. Obsahom matematickej formulácie prírodného zákona je vždy fyzická realita. Vstupy (to čo do rovnice dosadím) aj výstupy (čo mi z rovnice vyjde) musia mať vždy fyzikálny základ = musia byť merateľné. Keď chcem popisovať stav reality, musím byť schopný ten stav reálne odmerať. Ináč predsa neviem, či popisujem stav reality. Čo sa deje v prípade kvantovej fyziky a dvojštrbinového experimentu? Odmeriam na začiatku ( = viem, že som vystrelil z dela časticu). Odmeriam ju na konci ( = viem, kam dopadla). Medzitým nemeriam (= neviem, čo sa s ňou deje, v akom je stave v realite). Empiricky neviem o tom povedať nič viac. Čo viem povedať matematicky? Viem, ako sa vyvíja pravdepodobnosť toho, kde tú časticu nameriam. To je formulované vlnovou funkciou (Schrodinger) alebo dráhovým integrálom (Feynman) alebo ďalšími formuláciami, ktoré sú všetky ekvivalentné ( = popisujú to isté ináč, ale s rovnakým výsledkom). V prvej formulácii sa nachádza vlna, v druhej všetky možné dráhy, kadiaľ by mohol elektrón putovať od dela, k tienidlu. O prvej formulácii hovoria fyzici "ako keby tam nejaká vlna bola", v druhej "ako keby išiel po všetkých dráhach naraz". Vynechajme teraz úvahu o tom, či tá vlna je skrytá aj v druhej formulácii, keďže sa jedná o ekvivalentnú formuláciu. Pre interpretáciu sú dôležité otázky Štefana Hríba, ktorými celý čas Martina bombardoval: A ako to teda je? Inými slovami: čo sa teda deje v realite pred meraním? Existuje ten elektrón v realite? Aký má stav? (naschvál tu nedávam otázku "kde je"). Odpoveď fyzika musí byť NEVIEM. Fyzik vie, len to čo nameria. Čo sa deje mimo merania, o tom musí fyzik mlčať. Ja si môžem vymyslieť niekoľko rôznych alternatív, čo by sa mohlo diať keď sa nemeria a čo by sa mohlo diať pri samotnom meraní. Napríklad ako je podľa Martina možné, že pred meraním elektrón nikde nie je a zrazu sa pri meraní objaví niekde konkrétne? Odkiaľ sa zrazu vzala vlastnosť "byť niekde" práve pri meraní? Čo je vlastne to meranie a aký má vplyv na elektrón? Pri veľkosti elektrónu sa zdá, že nejaký má, lenže aký presne? Kľúčová otázka pre Martina ako fyzika je: Ako odmeriame spávanie sa elektrónu pred meraním? Fyzik vie len vďaka meraniu a daná otázka je sama o sebe vnútorne rozporná. Fyzik bez merania NEVIE. Bodka. Martin teda nemôže tvrdiť nič o tom, či elektrón niekde bol, alebo nie. Na tvrdenie "nikde nebol" nemá experiment, ktorým by to odlíšil od hypotézy "niekde bol". No a čo s tým psí v Schrodingerovej rovnici a úplne popísaným stavom elektrónu, ktorým Martin odbíjal Štefana? Prvá otázka je, čo sa rozumie pod pojmom "úplne popísaný stav elektrónu". Vlnová funkcia nám totiž nepovie, kam ten elektrón dopadne. Nie je to vlnová funkcia niečoho reálneho, je to vlnová funkcia niečoho ideálneho. Vlnová funkcia pravdepodobnosti. Pravdepodobnosť sa nedá odmerať teplomerom, ani odvážiť váhou. Pravdepodobnosť je abstraktný pojem, tak ako rovnica, matematický dôkaz, alebo logické pravidlo. Pravdepodobnosť nepatrí do fyzikálneho sveta, ale do sveta ideálneho. Takže za prvé nejde o stav elektrónu, ale o stav "pravdepodobnosti namerania elektrónu na konkrétnom mieste". Za druhé nejde o úplný popis, ale o popis akého sme schopní v momentálnej úrovni poznania. Úplný popis nemáme, lebo stále nevieme vypočítať kam presne ten jednotlivý elektrón dopadne. Vieme presne len kam ich dopadne milión. Či to je konečný popis záleží na povahe kvantovej mechaniky. Existujú v princípe dve možnosti v závislosti od druhu kauzality: deterministická alebo náhodná. Deterministická by znamenala, že elektrón za rovnakých okolností dopadne vždy rovnako (musí dopadnúť vždy rovnako, má len jednu reálnu možnosť). Náhodná znamená, že má tých možností reálne viac a vždy dopadne inde. Rozdiel medzi tými dvomi si môžeme stručne popísať na hracej kocke. Hod kockou vyzerá náhodne, lebo nepoznáme všetky parametre. Keby sme ich poznali, za rovnakých podmienok, by hod kockou dopadol vždy rovnako. Prečo? Lebo Newtonove zákony, ktoré platia vždy a všade. Kocka teda nie je náhodná, ale deterministická, nám sa len ako náhodná javí. Nemá reálne šesť možných stavov (superpozícia stavov), ale len jeden vyplývajúci z Newtonovej rovnice. Ostatné sú len zdanlivé, nereálne. Je teda dopad elektrónu náhodný, alebo deterministický. Martin spomenul Johna Bella, ktorý vylúčil determinizmus (skryté parametre). To je nie je celá pravda. Vo fyzike existuje pojem lokálnosti, kde pôsobenie síl vyžaduje nejakú blízkosť (lokálnosť) - nemôžeme pôsobiť nadiaľku. Pôsobenie nadiaľku, ktoré vnímame (diaľkový ovládač), je len séria postupných lokálnych pôsobení od ovládača k televízoru, ktorá podlieha napríklad obmedzeniu rýchlosti svetla. Nelokálne by znamenalo na inom mieste okamžite. Toto by bol pre fyzikov obrovský problém, ktorý tu nebudeme otvárať (nebolo by zabezpečené ceteris paribus, lebo by sme nevedeli, čo všetko musíme vylúčiť). Pan Bell v skutočnosti vylúčil determinizmus ako taký, len za predpokladu lokánosti. Nelokálne skryté parametre môžu kľudne existovať. Toto skúmal už Einstein v tzv. EPR paradoxe (iný pekný experiment tzv. entanglovaných, prepojených častíc). Tam dochádza dokonca k úvahám o plynutí informácie v čase naspäť. Ale to by bolo na dlhšie v článku 2.
Keď to teda zhrnieme: interpretácia kvantovej fyziky znamená odpoveď na otázku: čo sa vlastne deje mimo merania, resp. čo sa deje pri samotnom meraní. Čo je reálne a čo je len naša matematická abstrakcia (v ideálnom svete, ideálnom súcne). Je podstata sveta deterministická alebo náhodná? Existuje nelokálne pôsobenie, alebo je všetko lokálne? Čo je vedomie a ako súvisí s meraním? Je tá vlna reálna (fyzická) keď ju nemeriame a keď je reálna, čo sa tam vlastne vlní (abstraktná pravdepodobnosť sa vo fyzickej realite vlniť nemôže). Existujú nejaké skryté parametre, ktoré nepoznáme, alebo je to konečný stav a viac spoznať nemôžeme? Alebo dokonca existuje nejaký iný vesmír, ako to hovorí jedna z interpretácií kvantovej fyziky (Everett - mnoho vesmímrov, tzv. multiverzum)? Keď sú prírodné zákony všeobecné, prečo sa elektrón správa podľa vlnovej funkcie len v čase od-do a nie vždy? To všetko sú otázky, na ktoré fyzik nevie a ani v princípe nemôže odpovedať. Lebo nemá experiment. Dá sa o tých veciach rozumne hovoriť? Dajú sa analyzovať predpoklady a logické dôsledky (čo by znamenalo, keby bol svet náhodný a čo keby bol deterministický)? Samozrejme sa to dá a múdri ľudia to robia už dávno. Ináč by nevznikla ani prírodná veda. Múdri ľudia si takéto otázky kladú a snažia sa ich uchopiť ináč ako fyzikou. Ako? No predsa filozoficky. Všetky Štefanove otázky typu: "tak ako to teda je v realite", sú presne toho druhu. Fyzik to nemusí riešiť. Platí pravidlo Shut up and calculate. Drž hubu a počítaj. Neinterpretuj, čo je psí, len ho používaj. Pre fyzika nemá zmysel filozofovať, jeho obor a metódy sú iné. Pre fyzika má zmysel len experiment. Ale hľadanie pravdy o našej realite nemusí byť obmedzené len na experimenty. Nie všetko poznanie je fyzika. A ak by sme na tom trvali, tak o interpretácii kvantovej fyziky musíme držať hubu a netvrdiť, že elektrón nikde nie je, žiadna vlna neexistuje, elektrón je predtým akokeby všade (v superpozícii reálnych možností) a potom "skolabuje" do jednej z nich. Jediné čo v kvantovej fyzike skolabovalo je prehnané sebavedomie fyzikov a ich dešpekt k filozofii. Štefanove otázky boli správne, zaujímavé a dôležité. Akurát ich kládol, človeku, ktorý je autoritou len v obore fyziky, ale nie v obore filozofie fyziky. V každom prípade až na tie interpretácie boli všetky lampy o kvantovej fyzike úžasné. Vďaka za nich. Teším sa na lampu o tom, ako počítanie (a držanie huby bez nároku na interpretáciu) vedie k výborným teoretickým aj praktickým výsledkom (lebo vieme kam, ich dopadne milión, ale kam dopadne jeden konkrétny, nás až tak nezaujíma).
Zobraziť diskusiu
Ak máte otázku, tip na článok, návrh na zlepšenie alebo ste našli chybu, napíšte na [email protected]
