TUDÁSTÉR: Amit a kvantummechanikáról tudhatunk

Tudni valamiről, és azt elnevezni valahogyan, nem ugyanaz, mint ismerni azt, és érteni a viselkedését. Ezért is van szükség az olyan tudománynépszerűsítő könyvekre, mint John Gribbin Hat lehetetlen dolog című könnyen befogadható, díjnyertes munkája (Science Book Prize 2019), mely arra tesz kísérletet, hogy érthetően bemutassa azt, amit nem lehet maradéktalanul megérteni. Gribbin a tudományos ismeretterjesztés mestereként a kvantummechanika hat értelmezésén keresztül mutatja be az olvasónak a szubatomi világ rejtelmeit. Vezérfonalként a híres kétréses kísérletet és az összefonódás jelenségét használja fel, melyek rövid leírásával indul a kvantumszabályok furcsaságait azonnal érzékeltető, két „rohamból” álló bevezető rész. Mielőtt a hat elképzelést felsorolnánk, érdemes követni ezt az eljárást, nézzük, miért alkalmas a probléma megragadására a jelzett kísérlet és mechanizmus.

A kétrészes kísérletet rengetegszer elvégezték, különféle jelenségek vizsgálatára alkalmazták (elektronok, fotonok, röntgensugarak stb.), módosították a detektorokat, finomították a műszereket, újabb és újabb változatait dolgozták ki, de az eredmény nem változott. Lényege a következő: egy falon lévő két nyíláson át egy energiaforrás kibocsát valamilyen tárgyat vagy közeget, amely egy megfelelő távolságban elhelyezett másik falon landol. Ha egyenként haladnak át a részecskék a réseken, a detektornál ugyanolyan interferenciamintázat alakul ki, mint amikor egyszerre sokukat nyalábként bocsátjuk ki. Viszont ha az egyik rést lezárjuk, nem jön létre a mintázat. Egy konkrét kísérletben például másodpercenként egy elektron haladt át a berendezésen, és amikor mindkét rés nyitva volt, a létrejövő mintázat interferenciát mutatott, ami azonban nem jött létre, ha csak az egyik rés volt nyitva.

Gribbinnek mindezzel kapcsolatban van egy rendkívül lényeges közbevetése, hosszabban idézem: „Nem arról van szó, hogy az elektronokat és a hasonló objektumokat egyidejűleg látjuk hullámként és részecskeként viselkedni. Úgy tűnik, mintha a kísérleti berendezésen úgy haladnának át, mint a hullámok, de az érzékelő eszközhöz (a detektorhoz) mint részecskék érkeznek meg. Néha úgy viselkednek, mintha hullámok lennének, néha viszont úgy, mintha részecskék lennének. A »mintha« nagyon fontos. Nincs mód arra, hogy megtudjuk, milyenek »valójában« a kvantumfizikai objektumok, mert mi magunk nem kvantumfizikai entitások vagyunk. Mi csak párhuzamot vonhatunk azokkal a dolgokkal, amelyekről közvetlen tapasztalatokat tudunk szerezni, vagyis a hullámokkal és a részecskékkel.”

A szubatomi világ másik felfoghatatlan jelensége a kvantum-összefonódás. Egy kvantummechanikai objektumnak (elektron, proton, neutron) kétszer kell körbefordulnia, hogy a kezdeti állapotába térjen vissza. Ezt a tulajdonságot spinnek nevezik, de nem azonos a hétköznapi értelemben felfogott forgással. Mindenesetre a spin lehetővé teszi a kvantumjelenségek leírását, mert egy „fel” és egy „le” állapota létezik. Ha két elektron ellenkező irányba távozik, akkor egy megmaradási törvény kimondja, hogy a két elektron spinjének ellentétesnek kell lennie. Viszont ez azt is kimondja, hogy amikor a forrásuk kibocsátja őket, akkor nincs határozott spinjük. Mindkettő a „fel” és a „le” szuperpozíciójában van, a spinjük pedig akkor áll be, amikor kölcsönhatásba lépnek valamivel. Legyenek bármennyire távol egymástól az elektronok (az egyik a Földön, a másik a Jupiteren), ha az egyik spinjét bemérjük, azonnal tudjuk a másik spinjét is.
Gribbin könyve úgy közelíti meg ezeket a rejtélyeket, hogy bemutatja, mit kezdenek velük a kvantummechanika különböző modelljei. Ugyanakkor világossá válik az is, hogy az egyes értelmezések miben különböznek egymástól, és mely pontokon vezetnek hasonló megoldásokhoz (esetleg egymás változatai). A koppenhágai, a vezérhullám-, a sokvilág-, a dekoherencia-, a statisztikai és a tranzakciós értelmezés mind-mind egy-egy elképzelés arról, mivel magyarázható a kvantumvilág működése. Merthogy a kvantummechanika bizony működik. Annak ellenére is, hogy nem látjuk a miértek és a hogyanok némelyikére adható válaszokat. Egyelőre a döntéseinken múlik, hogy melyik értelmezéssel számolunk, melyiket tekintjük relevánsabbnak a többinél (matematikailag viszont egyenrangúak). Minden furcsaság (pl. a világ nem létezik, csak ha megnézzük; minden, ami megtörténhet, meg is történik a párhuzamos valóságokban; a jövő befolyásolja a múltat stb.) ugyanakkor egy szép napon talán magyarázatot nyer. Ki tudja? Gribbin könyve után mindenesetre másképpen térünk vissza az indító kérdéshez, és megértjük, hogy miért nem értjük kristálytisztán a kvantummechanikát.