Κβαντική Φυσική και Κοσμολογία

του  David Lindley*

Οι παραδοξότητες της κβαντικής θεωρίας έχουν, ως επί το πλείστον, μικρές πρακτικές συνέπειες στην κοσμολογία. H βαρύτητα διέπει τη διαστολή του Σύμπαντος, το σχηματισμό των γαλαξιών και τον τρόπο με τον οποίο η ύλη συμπυκνώνεται σχηματίζοντας πλανήτες. Και η βαρύτητα, όπως περιγράφεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ανήκει κατεξοχήν στο χώρο της κλασικής φυσικής. H σχετικότητα δέχεται ότι η μάζα και η ενέργεια είναι επ’ άπειρον διαιρετές και ότι η γεωμετρία του χώρου και του χρόνου παραμένει λεία και συνεχής έως και τις πιο μικρές κλίμακες. Υπάρχει, όμως, μία στιγμή της ιστορίας του Σύμπαντος όπου είναι αδύνατο να αγνοήσουμε την κβαντική θεωρία· πρόκειται για την απαρχή του Σύμπαντος, για αυτή καθαυτή τη Μεγάλη Έκρηξη.

Οι παραδοξότητες της κβαντικής θεωρίας έχουν, ως επί το πλείστον, μικρές πρακτικές συνέπειες στην κοσμολογία. H βαρύτητα διέπει τη διαστολή του Σύμπαντος, το σχηματισμό των γαλαξιών και τον τρόπο με τον οποίο η ύλη συμπυκνώνεται σχηματίζοντας πλανήτες. Και η βαρύτητα, όπως περιγράφεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, ανήκει κατεξοχήν στο χώρο της κλασικής φυσικής. H σχετικότητα δέχεται ότι η μάζα και η ενέργεια είναι επ’ άπειρον διαιρετές και ότι η γεωμετρία του χώρου και του χρόνου παραμένει λεία και συνεχής έως και τις πιο μικρές κλίμακες. Υπάρχει, όμως, μία στιγμή της ιστορίας του Σύμπαντος όπου είναι αδύνατο να αγνοήσουμε την κβαντική θεωρία· πρόκειται για την απαρχή του Σύμπαντος, για αυτή καθαυτή τη Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτό οφείλεται σε ένα πρόβλημα που αναφύεται στην κλασική ερμηνεία της Μεγάλης Έκρηξης. Συγκεκριμένα, εννοούμε το γεγονός ότι η γενική σχετικότητα μας επιβάλλει να θεωρούμε τη Μεγάλη Έκρηξη ως «ανωμαλία» -—με άλλα λόγια, ως μια στιγμή απειροστής διάρκειας, η οποία καταλαμβάνει έναν απείρως μικρό όγκο στο χώρο, αλλά που περιέχει άπειρη πυκνότητα ενέργειας.

Οι ανωμαλίες εμπνέουν πάντοτε ανησυχία. Και τούτο επειδή τείνουν να στερήσουν κάθε νόημα από τις μαθηματικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για να τις περιγράψουν. Τα ευχάριστα νέα είναι ότι η κβαντική θεωρία φαίνεται να μην επιτρέπει ανωμαλίες όπως εκείνη της Μεγάλης Έκρηξης. Αλλά υπάρχουν και τα δυσάρεστα: ουδείς γνωρίζει με τι θα τις αντικαταστήσει.

Οποτεδήποτε εμφανίζονται κλασικές ανωμαλίες, η κβαντική θεωρία τείνει να τις εξαλείφει. Για παράδειγμα, η κλασική θεωρία περιγράφει τα στοιχειώδη σωματίδια ως αντικείμενα που η μάζα και το φορτίο τους είναι συγκεντρωμένη σε ένα αδιάσταστο μαθηματικό σημείο. H κβαντική θεωρία, ωστόσο, έρχεται να τους προσδώσει ορισμένο μέγεθος. Και τούτο επειδή τα κβαντικά σωματίδια μπορεί να ιδωθούν και ως κύματα, στα οποία αντιστοιχεί κάποιο μήκος κύματος.

Μια αξιοσημείωτη συνέπεια αυτού του γεγονότος υπήρξε η κεφαλαιώδης ανακάλυψη που πραγματοποίησε ο Stephen Hawking το 1974, όταν αντιλήφθηκε ότι οι μαύρες τρύπες «δεν είναι απολύτως μαύρες». Σύμφωνα με τη σχετικότητα, η μαύρη τρύπα είναι μια περιοχή του χώρου με τόσο ισχυρή βαρύτητα ώστε τίποτε, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να διαφύγει. O Hawking, όμως, συνέλαβε την ιδέα ότι η αρχή της απροσδιοριστίας καθιστά δύσκολη τη διαπίστωση του κατά πόσον ένα κβαντικό σωματίδιο βρίσκεται εντός ή εκτός μιας μαύρης τρύπας. Έτσι, σε αδρές γραμμές, απέδειξε ότι μια μαύρη τρύπα μπορεί να «εκπέμπει» σωματίδια με κβαντικό μήκος κύματος, της τάξεως της ακτίνας της μαύρης τρύπας.

Από πρακτική άποψη, η ακτινοβολία Hawking δεν συνεπάγεται σημαντικές τροποποιήσεις στους υπολογισμούς των περισσότερων αστροφυσικών: μια μαύρη τρύπα ίσης μάζας με τον Ήλιο θα έχει ακτίνα της τάξεως του 1 χιλιομέτρου και θα εκπέμπει σωματίδια με θερμοκρασία μικρότερη του εκατομμυριοστού του βαθμού Kelvin. H μεγάλη αξία της ανακάλυψης του Hawking για τη φυσική έγκειται στο ότι μετέτρεψε το αδιαπέραστο φράγμα που είχε ορθώσει η σχετικότητα γύρω από τη μαύρη τρύπα σε ασαφές, πορώδες, κβαντικό φράγμα.

Με τον ίδιο τρόπο, η κβαντική θεωρία θα αντικαταστήσει τη σαφώς ορισμένη ανωμαλία της Μεγάλης Έκρηξης με μια ασαφή «κηλίδα». Αρκεί να βάλετε τα κοσμολογικά ρολόγια να τρέχουν προς τα πίσω, και θα έρθει κάποια στιγμή που η κλασική θεωρία απαιτεί τα σωματίδια να περιορίζονται σε χώρο μικρότερο από όσο επιτρέπει η αρχή της απροσδιοριστίας. H κβαντική θεωρία εγείρει ένα παραβάν γύρω απ’ ό,τι διαφορετικά θα ήταν μια γυμνή ανωμαλία, το οποίο την προστατεύει από τα αδιάκριτα βλέμματα. Για να δούμε πίσω από αυτό το παραβάν —άρα για να κατανοήσουμε πώς αναδύθηκε από αυτό το Σύμπαν—, χρειαζόμαστε μια θεωρία που να ενοποιεί τις κβαντικές αρχές με την κλασική γενική σχετικότητα. Έως σήμερα, όμως, κανένας δεν κατόρθωσε να ανακαλύψει πώς μπορεί να επιτευχθεί μια τέτοια ενοποίηση.

To πρόβλημα έγκειται στους απειρισμούς. Στη δεκαετία του 1940, οι φυσικοί προσέκρουσαν σε ένα φαινομενικά αξεπέραστο εμπόδιο καθώς προσπαθούσαν να αναπτύξουν μια θεωρία της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής —της κβαντικής εκδοχής της κλασικής θεωρίας του Maxwell για τον ηλεκτρομαγνητισμό. Όσο παραμένουμε στο πλαίσιο της κλασικής φυσικής, η δύναμη μεταξύ δύο φορτισμένων σωματιδίων υπολογίζεται ευκολότατα: παίρνουμε τις τιμές των δύο φορτίων και της απόστασης που τα χωρίζει, τις εισάγουμε σε έναν απλό τύπο και βρίσκουμε αμέσως την απάντηση. Όμως η κβαντική εκδοχή αυτού του υπολογισμού αποδείχθηκε επαχθής, διότι ο χώρος μεταξύ των δύο φορτίων δεν είναι πλέον τελείως άδειος. Απλούστατα, δεν μπορεί να υπάρχει αληθινό κενό επειδή η ασάφεια που εισάγει η αρχή της απροσδιοριστίας επιτρέπει την ακατάπαυστη δημιουργία και καταστροφή ενέργειας και σωματιδίων.

Αυτή η «πολύβουη» δραστηριότητα έχει μερικές σημαντικές συνέπειες. To ηλεκτρικό πεδίο κοντά σε ένα ηλεκτρόνιο, για παράδειγμα, επιδρά στα σωματίδια που αναδύονται από το κβαντικό κενό, έλκει τα θετικά και απωθεί τα αρνητικά. Κατά συνέπεια, το κενό «προασπίζει» το φορτίο του ηλεκτρονίου. Δυστυχώς, η προάσπιση αυτή φαίνεται να απαιτεί μια άπειρη διόρθωση στο φορτίο του ηλεκτρονίου. Τρεις φυσικοί — ο Julian Schwinger, ο Sin-Itiro Tomonaga και ο Richard Feynman — ανακάλυψαν, το 1948, έναν τρόπο για να ξεπεράσουν αυτό το πρόβλημα με μια μέθοδο η οποία μπορεί να χαρακτηριστεί είτε ως μεγαλοφυής έμπνευση είτε ως δόλια υπεκφυγή. Ξεκινάμε, λοιπόν, με ένα άπειρο «γυμνό» φορτίο, κάνουμε μια άπειρη διόρθωση έτσι ώστε να καταλήξουμε σε ένα ηλεκτρικό φορτίο πεπερασμένης τιμής, και κατόπιν συνεχίζουμε σαν να μην τρέχει απολύτως τίποτε. Όπως απέδειξαν, μία μόνο άπειρη αφαίρεση αρκούσε για να λύσει το πρόβλημα, έτσι ώστε όλοι οι περαιτέρω υπολογισμοί να γίνονται χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία. H μέθοδος αυτή ονομάστηκε «επανακανονικοποίηση».

Δυστυχώς, όμως, η επανακανονικοποίηση αποτυγχάνει στη βαρύτητα. Μόλις προσπαθήσουμε να διατυπώσουμε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας, από το κβαντικό κενό «ξεπετάγονται» απειρισμοί που αντιστέκονται σε κάθε προσπάθεια εξάλειψης τους. Λόγω της ισοδυναμίας ενέργειας και μάζας, η ενέργεια της ίδιας της βαρυτικής έλξης παράγει βαρύτητα. Έτσι, ανακύπτουν νέοι απειρισμοί σε κάθε στάδιο ενός κβαντικού βαρυτικού υπολογισμού, με αποτέλεσμα να καθίσταται αδύνατη η εξάλειψη τους. Μία μόνο αφαίρεση δεν αρκεί για να κάνει πεπερασμένα τα αποτελέσματα. Σε κάθε βήμα του υπολογισμού σας, πρέπει να απαλλάσσεστε από όλο και νέους απειρισμούς, και, στο τέλος, καταλήγετε σε μια απάντηση που αντίκειται στη λογική. Ουδείς γνωρίζει πώς θα ξεπεραστεί αυτή η δυσαρμονία μεταξύ κβαντικής θεωρίας και βαρύτητας. Στις μέρες μας, μεγάλη δημοτικότητα έχει αποκτήσει η θεωρία των υπερχορδών, κατά την οποία δεν υφίστανται στην πραγματικότητα σωματίδια. Τη θέση τους παίρνουν μικροσκοπικοί παλλόμενοι βρόχοι ενέργειας, δηλαδή οντότητες που ισοδυναμούν με μαθηματικές γραμμές αντί με μαθηματικά σημεία. Τα σωματίδια που ανιχνεύουμε — κουάρκ, φωτόνια, ηλεκτρόνια και λοιπά — αναπαριστούν διαφορετικούς τρόπους ταλάντωσης των βρόχων των υπερχορδών.

H αντικατάσταση των σωματιδίων από βρόχους μάς απαλλάσσει από τη ανάγκη της επανακανονικοποίησης. Av η κβαντική ηλεκτροδυναμική παρουσιάζει τις δυσκολίες που περιγράψαμε, αυτό οφείλεται στη σημειακή φύση του ηλεκτρονίου. Αρκεί να αντικαταστήσουμε το σημείο με τις ταλαντώσεις μιας γραμμής, και οι απειρισμοί δεν εμφανίζονται εξαρχής. Επιπλέον, η θεωρία των υπερχορδών περιλαμβάνει έναν τρόπο ταλάντωσης των βρόχων ο οποίος μοιάζει με το «βαρυτόνιο», ένα υποθετικό κβαντικό σωματίδιο που βρίσκεται στην ίδια σχέση με το βαρυτικό πεδίο όπως το φωτόνιο με το ηλεκτρομαγνητικό.

Παρ’ όλα αυτά, παραμένουν σημαντικές δυσκολίες. Κατ’ αρχάς, ο κόσμος των υπερχορδών έχει δέκα διαστάσεις, και ο μόνος τρόπος με τον οποίο η θεωρία μπορεί να εξηγήσει τον τετραδιάστατο κόσμο στον οποίο ζούμε (τρεις χωρικές συν μία χρονική) είναι να «τυλίξει» τις έξι από τις δέκα διαστάσεις τόσο σφιχτά ώστε να μην τις βλέπουμε. To πρόβλημα έγκειται στο ότι οι διαστάσεις δεν τυλίγονται από μόνες τους. Χρειάζεται «να βάλει το χέρι του» και κάποιος θεωρητικός φυσικός.

Επιπλέον, αν και η θεωρία των υπερχορδών βασίζεται σε σωματίδια και αλληλεπιδράσεις, η γενική σχετικότητα συνιστά πρωτίστως μια γεωμετρική και τοπολογική θεωρία. Σε τελική ανάλυση, μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας οφείλει να παράσχει έναν τρόπο οριστικής υπέρβασης αυτής της δυσαρμονίας.
Είναι, άραγε, ο χωρόχρονος κατακερματισμένος σε μικρές κβαντικές μονάδες που συνδέονται σύμφωνα με τους δικούς τους νόμους, οι οποίες όμως παράγουν τις φαινομενικά συνεχείς διαστάσεις με τις οποίες μας έχει εξοικειώσει η εμπειρία μας;
Πώς πρέπει να εννοήσουμε το χώρο και το χρόνο σε αυτό το θεμελιώδες, ασυνεχές επίπεδο;  Και για να επανέλθουμε στο αρχικό μας ερώτημα, από πού προήλθε η Μεγάλη Έκρηξη;

Στο φρενήρες κβαντικό κενό ίσως να περιλαμβάνεται και κάποια βαρυτική δραστηριότητα — ενδέχεται ο χώρος και ο χρόνος να σχηματίζονται και να επανασχηματίζονται όπως ο αφρός στην τρικυμισμένη θάλασσα, ή πιθανόν να υφίσταται το κβαντικό αντίστοιχο των μαύρων τρυπών, το οποίο όμως δημιουργείται και καταστρέφεται τόσο γρήγορα ώστε να μη γίνεται αντιληπτό. Ev τοιαύτη περιπτώσει, μπορούμε άραγε να αποκλείσουμε ότι ολόκληρο το Σύμπαν είναι τελικά μια απολύτως συνηθισμένη μικρή κβαντική διακύμανση η οποία, από καθαρή τύχη, αναπτύχθηκε λίγο περισσότερο από τις υπόλοιπες και, όπως θα έλεγε κανείς, ξέφυγε από τον έλεγχο; Προς το παρόν, ουδείς γνωρίζει πώς να απαντήσει σε όλα αυτά τα ερωτήματα.

Πώς έγινε τόσο κλασικό το Σύμπαν που γεννήθηκε μέσα στην κβαντική απροσδιοριστία;

Το Σύμπαν φαίνεται ότι γεννήθηκε μέσα από ένα κβαντικό «σκίρτημα». Πώς είναι δυνατόν, λοιπόν, να φαίνεται σήμερα τόσο στέρεο και τόσο λογικό; Σας υπενθυμίζουμε ότι ο κβαντικός υπολογιστής καταφέρνει να διατηρηθεί στην εσωτερική κβαντική του κατάσταση ενόσω εκτελεί κάποιον υπολογισμό, και ότι δίνει μια καθορισμένη απάντηση μόνο όταν αποκρίνεται σε μια σωστά σχεδιασμένη μέτρηση. Κάθε φυσική διαδικασία στον κόσμο γενικά πραγματοποιείται με τον ίδιο τρόπο: τα στοιχειώδη αντικείμενα αλληλεπιδρούν σύμφωνα με τους κανόνες της κβαντικής θεωρίας, και καθίστανται αναγνωρίσιμα μόνο όταν εκτελούμε μια μέτρηση ή μια παρατήρηση. Κάθε κλασικό φαινόμενο στον κόσμο που μας περιβάλλει αποτελεί ουσιαστικά το αποτέλεσμα ενός κβαντικού υπολογισμού που απαντά στην ερώτηση: «Τι κλασικό αντικείμενο είμαι;»
H ίδια αρχή εφαρμόζεται στις μπάλες του μπιλιάρδου που συγκρούονται, στα ωκεάνια κύματα που σπάζουν στην ακτή, στις τεκτονικές πλάκες που κινούνται στην επιφάνεια της Γης, ακόμη και στο ηλιακό φως που προσπίπτει στον πλανήτη μας εδώ και τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια και στο οποίο οφείλεται η ίδια η εμφάνιση της ζωής. Σε κάποιο θεμελιώδες επίπεδο τα πάντα αποτελούνται από κβαντικά συστατικά στοιχεία, ενώ ταυτόχρονα, καθετί που η ύπαρξη του παρατείνεται αρκετά ώστε να το αντιληφθούμε είναι κλασικό. Αυτό ισχύει και για το Σύμπαν στο σύνολο του. Χωρίς μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας δεν γνωρίζουμε πώς ακριβώς προέκυψε από τη Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν που βλέπουμε γύρω μας. Ωστόσο, το βέβαιο είναι ότι προέκυψε. Έτσι, δικαιολογημένα τίθεται το ερώτημα: ποιος ή τι δημιούργησε από τις κβαντικές αρχές το κλασικό νόημα;

Παραδοσιακά και σε συμφωνία με τη γραμμή που χάραξε ο Niels Bohr, τα επιχειρήματα σχετικά με τη φύση της μέτρησης στην κβαντική θεωρία λαμβάνουν ως δεδομένη τη σαφή διάκριση μεταξύ του κβαντικού συστήματος που υποβάλλεται σε μέτρηση και του κλασικού συστήματος που ενεργεί τη μέτρηση. Έχει διατυπωθεί, μάλιστα, και η ακραία άποψη ότι οι μετρήσεις καθίστανται πραγματικές μόνο όταν παρευρίσκεται ένας συνειδητός άνθρωπος για να τις παρατηρήσει. Μια τέτοια άποψη θα σήμαινε ότι ένας ρομποτικός μηχανικός βραχίονας που θα άνοιγε το κιβώτιο όπου παραμένει έγκλειστη η «μισοζωντανή-μισονεκρή» γάτα του Schrodinger θα αδυνατούσε να λύσει το δίλημμα του άτυχου πλάσματος. To ρομπότ θα έπρεπε να σύρει τη γάτα μπροστά σε έναν συνειδητό παρατηρητή, σε έναν άνθρωπο· μόνο τότε θα διευκρινιζόταν οριστικά η πραγματική κατάσταση της.

Μια τέτοια φιλοσοφία προκαλεί δυσκολίες όταν εφαρμόζεται στο Σύμπαν ως ενιαίο όλον. Τα άστρα, οι πλανήτες και οι γαλαξίες είναι κβαντικά συστήματα, όπως και καθετί άλλο. Είναι σωστό, όμως, να φανταζόμαστε ότι ολόκληρο το Σύμπαν παρέμενε σε κατάσταση κοσμικής κβαντικής απροσδιοριστίας μέχρις ότου αποκτήσουν συνείδηση τα ανθρώπινα όντα; Και σε ποιο ακριβώς στάδιο της γένεσης της ανθρώπινης συνείδησης υποχρεώθηκε το Σύμπαν να απεκδυθεί το μανδύα της κβαντικής απροσδιοριστίας και να αποκτήσει σταθερή μορφή; Όταν διατυπώσουμε έτσι το επιχείρημα, φαίνεται παράλογο· από την άλλη, όμως, εάν το Σύμπαν μετέπεσε στην κλασική σταθερότητα προτού εμφανιστούμε εμείς επί σκηνής, τότε τι είδους μετρήσεις ή παρατηρήσεις προκάλεσαν αυτή τη μεταμόρφωση;

Μήπως η απάντηση στο αίνιγμα αυτό θα μπορούσε να είναι η άρση της συνεκτικότητας; Εάν οι κλασικές ιδιότητες μπορεί να αναδυθούν από κβαντικά συστήματα απλώς επειδή οι τυχαίες και ανεξέλεγκτες αλληλεπιδράσεις υπονομεύουν τη συνεκτικότητα που είναι αναγκαία για να εμφανιστεί πραγματικά κβαντική συμπεριφορά, τότε ναι, η κλασική συμπεριφορά θα αναδυόταν αναπόφευκτα καθώς το Σύμπαν εξελίσσεται ως όλον. Πρόκειται για μια ιδέα που δεν μας ξενίζει. Αναλογιστείτε πόσο απίθανο θα ήταν να διατηρήσετε κάτι τόσο τεράστιο όσο το Σύμπαν σε μια αληθινή κβαντική κατάσταση για περισσότερο από ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου. Πρέπει, λοιπόν, να εντοπίσουμε στην άρση της συνεκτικότητας, την αιτία που κάνει το Σύμπαν και καθετί μέσα σ’ αυτό να μας φαίνεται σταθερό και καθορισμένο;

Τούτη η εικόνα ίσως να φαίνεται ελκυστική, όμως δεν μπορεί να θεωρείται ολοκληρωμένη. Όταν συγκρούονται δύο μπάλες μπιλιάρδου, τα μαθηματικά που περιγράφουν την άρση της συνεκτικότητας μπορούν να εφαρμοστούν μόνο εφόσον κάθε μπάλα αποτελεί ένα χωριστό και ανεξάρτητο κβαντικό σύστημα. Εάν, αντίθετα, υφίσταται κάποια προϋπάρχουσα κβαντική σύνδεση μεταξύ τους —μια κβαντική «συνωμοσία», αν προτιμάτε—, τότε η άρση της συνεκτικότητας αποτυγχάνει.

Γεννημένο από ένα μοναδικό κβαντικό γεγονός, το Σύμπαν παρουσιάζεται σε κάποιο βασικό επίπεδο ως ένα μοναδικό διασυνδεδεμένο κβαντικό σύστημα. Δεν υπάρχουν αληθώς ανεξάρτητα μέρη αυτού του συστήματος· επομένως, δεν υπάρχουν ούτε τυχαίες και ανεξέλεγκτες αλληλεπιδράσεις ικανές να επιβάλουν την κλασική σταθερότητα στην κβαντική δίνη. Άπαξ και ένα σύστημα είναι κβαντικό, παραμένει εσαεί κβαντικό.

Εάν η άρση της συνεκτικότητας δεν αρκεί για να εξηγηθεί η μορφή του Σύμπαντος μας, τι άλλο χρειάζεται; Υπάρχει μία υποψήφια λύση, αν και δεν μπορεί να χαρακτηριστεί πλήρης. Πρόκειται για μια ιδέα έξοχης απλότητας που στηρίζεται στη διαπίστωση ότι από κάθε σύνθετο σύστημα τείνουν να αναδυθούν αβίαστα σταθερές συλλογικές ιδιότητες . Σκεφτείτε, για παράδειγμα, ένα ποτάμι που ρέει σε μια μαιανδρική κοίτη. To νερό αποτελεί ουσιαστικά μια μεγάλη συλλογή μορίων, αλλά, αν προσπαθήσετε να αναλύσετε την κίνηση του στο μοριακό επίπεδο, θα περιέλθετε σε αδιέξοδο. Αντί μιας τέτοιας ανάλυσης, χρησιμοποιείτε έννοιες όπως πίεση και ταχύτητα της ροής, τύρβη και στροβιλισμοί. Μολονότι αυτές οι συλλογικές ιδιότητες ξεπηδούν από τη συμπεριφορά των μορίων και των ατόμων ενός ποταμού, είναι χρησιμότερο να τις αντιλαμβανόμαστε ως βασικά χαρακτηριστικά της ροής ρευστών.

Κατ’ αναλογία, ίσως περιμένετε ότι από ένα σύνθετο κβαντικό σύστημα θα αναδυθούν αβίαστα ορισμένες συλλογικές ιδιότητες. Μήπως, λοιπόν, αυτό το γεγονός μπορεί να εξηγήσει την τάξη που διαπιστώνουμε στο Σύμπαν μας; H κεντρική μας υπόθεση συνίσταται στο ότι είναι δυνατόν να αναδυθούν συλλογικά χαρακτηριστικά με αρκετή ανεξαρτησία, έτσι ώστε να μπορεί να εφαρμοστούν σ’ αυτά τα επιχειρήματα περί άρσης της συνεκτικότητας. Εάν η υπόθεση μας ευσταθεί, τότε δικαιολογείται το ότι αρχικά αντιμετωπίσαμε τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ως ανεξάρτητα.

Υπό τις παρούσες συνθήκες, αυτός είναι ένας ελκυστικά κυκλικός ορισμός, ο οποίος επιτρέπει να αναδυθούν από ένα κβαντικό σύστημα σταθερές κλασικές ιδιότητες με έναν τρόπο που δεν απαιτεί την εισαγωγή νέων φυσικών αρχών. Μπορούμε εύκολα να αποφασίσουμε τι είδους συλλογικά χαρακτηριστικά πρέπει να επιλέξουμε ως κλασικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, το νόημα τους θα έπρεπε να παραμένει σταθερό ακόμη και όταν το θεμελιώδες κβαντικό σύστημα βρίσκεται σε αδιάκοπη φρενίτιδα ανεπαίσθητων μεταβολών. Θα πρέπει επίσης να ικανοποιούν τους κανόνες της συμβατικής λογικής, του κλασικού νόμου αιτίου και αποτελέσματος, τουλάχιστον σε τέτοιο βαθμό ώστε η απόκλιση από τους κανόνες αυτούς να καθίσταται εξαιρετικά απίθανη.

Μια επιτυχημένη περιγραφή της εξέλιξης του Σύμπαντος βάσει ενός συνόλου ιδιοτήτων που ορίζονται με αυτό τον τρόπο καθιερώθηκε να λέγεται «συνεπής ιστορία». Παρά τις εκλεπτυσμένες ιδέες και την πανίσχυρη μαθηματική ανάλυση που έχουν επενδυθεί, προσώρας ελάχιστα μπορεί να πει κανείς με βεβαιότητα πέραν της διαπίστωσης ότι, κατ’ αρχήν, υπάρχουν συνεπείς ιστορίες. Av μη τι άλλο, γνωρίζουμε ότι είναι δυνατόν να περιγράψουμε το κλασικό Σύμπαν χωρίς να ερχόμαστε σε σύγκρουση με την κβαντική θεωρία ή να χρειαζόμαστε κάποια νέα φυσική. Κάτι τέτοιο δεν συνιστά διόλου μικρό επίτευγμα· για να πειστείτε, αρκεί να αναλογιστείτε ότι η διαμάχη σχετικά με το αν μια γάτα είναι ζωντανή ή νεκρή διήρκεσε επί δεκαετίες.

Μολονότι οι ιδέες αυτές μπορεί να είναι ενθαρρυντικές, πόρρω απέχουν από το να εξηγούν συγκεκριμένα γιατί το Σύμπαν μας έχει ετούτη τη μορφή και όχι άλλη. Ωστόσο, πρόκειται για ένα πρόβλημα που δεν αφορά μόνο την κβαντική θεωρία. Ως εκεί όπου φτάνουν οι ατελείς θεωρίες, η ιδέα των αυτοσυνεπών ιστοριών περιστοιχίζεται από εκλεκτή συνοδεία.

O Νεύτων αναγνώρισε ότι η ολοκαίνουργια του θεωρία της βαρύτητας μπορούσε να μας διαφωτίσει σχετικά με τη μορφή του Σύμπαντος, αντιλήφθηκε όμως επίσης ότι δεν περιείχε κάποια πληροφορία για το πώς ξεκίνησε η όλη διαδικασία. O Αϊνστάιν, από την άλλη, αναρωτιόταν εάν οι νόμοι της φυσικής άφησαν στο Θεό κάποια περιθώρια επιλογής στη δημιουργία του Σύμπαντος. Μέχρι στιγμής, η απάντηση φαίνεται να είναι ότι ο Θεός είχε μεγάλα περιθώρια. H αρχή της απροσδιοριστίας, την οποία ο Αϊνστάιν ποτέ δεν ενστερνίστηκε, λέει ότι δεν μπορείς να έχεις πάντοτε ό,τι θέλεις. Και με την ευρύτερη δυνατή έννοια, ίσως το ίδιο να ισχύει για τα όρια της γνώσης μας σχετικά με το Σύμπαν εντός του οποίου ζούμε. Μπορούμε πάντοτε να θέτουμε ερωτήματα, ίσως όμως να μην μπορούμε πάντοτε να βρίσκουμε απαντήσεις.

* Ο David Lindley είναι θεωρητικός φυσικός και συγγραφέας.

ΠΗΓΗ: physics4you