Kwantowanie i natura rzeczywistości.
W 100-lecie mechaniki kwantowej
Rok 1925 był przełomowy w historii nowożytnej fizyki. Dokładnie sto lat temu ukazała się seria prac będąca przejściem od wczesnej („starej”) teorii kwantów do pełnej mechaniki kwantowej. Grupa z Getyngi: Max Born, Pascual Jordan i Werner Heisenberg, równolegle z Paulem Dirakiem z Cambridge, podjęła problem matematycznego opisu dynamiki układów kwantowych, który uwzględnia nieklasyczną nieprzemienność przejść kwantowych, dotyczących różnych wielkości fizycznych ([1]–[5]). To algebraiczne podejście określane jest jako tak zwana mechanika macierzowa. Pod koniec tego samego roku Erwin Schrödinger, pracujący wówczas w Zurychu, sformułował równanie różniczkowe opisujące dynamikę tak zwanej funkcji falowej w oparciu o koncepcję dualizmu falowo-korpuskularnego, sformalizowaną w opublikowanym rok wcześniej doktoracie Louisa de Broglie’a. Oba podejścia – mechanika macierzowa i mechanika falowa – stanowią fundamenty współczesnej teorii kwantowej, a ich początkowo trudna do zaakceptowania równoważność ujawnia się w ogólnym sformułowaniu algebraicznym, zaproponowanym kilka lat później przez Johna von Neumanna i wykorzystującym linowe przestrzenie funkcyjne – zespolone przestrzenie Hilberta.
Mechanika kwantowa w postaci proponowanej w połowie trzeciej dekady XX wieku przez Heisenberga i Schrödingera w pewien sposób koresponduje z mechaniką klasyczną. Kwantowość „wyłania się” tu ze świata klasycznego poprzez wprowadzenie w formalizmie odpowiednich reguł komutacji macierzy lub operatorów. Jednakże rok 1925 odkrył również przed nami osobliwości świata kwantowego, które nie mają żadnego odpowiednika w świecie klasycznym – zupełnie nową „zasadę wykluczania”, postulowaną przez Wolfganga Pauliego [6], a także spin jako własność cząstek, zaproponowaną przez George’a Uhlenbecka i Samuela Goudsmita [7]. Pojęcie spinu ujawniło swoją predykcyjną siłę i teoretyczną nieodzowność już kilka lat później, gdy Dirac sformułował podstawowe równanie relatywistycznej mechaniki kwantowej.
W 100-lecie wspomnianych prac chcielibyśmy ponownie zaprosić do namysłu nad znaczeniem tych odkryć i perspektywami rozwiązania zaskakujących problemów filozoficznych, jakie stopniowo wygenerowały. Sądzimy, że zarówno dla fizyków, jak i filozofów nadal ważne jest zrozumienie, z jakimi problemami borykali się pionierzy mechaniki kwantowej. Ta wyboista droga pełna jest interesujących problemów interpretacyjnych i formalnych, choć o części z nich już nie pamiętamy lub je zbyt łatwo oswoiliśmy. Co istotne, po tak długim czasie nie są to często tylko dyskusje czysto teoretyczne, lecz mają również bezpośrednie związki z dzisiejszymi technologiami kwantowymi i bezprecedensowymi możliwościami testowania teorii kwantowej, o których fizycy roku 1925 mogli tylko marzyć.
Chcielibyśmy zatem prosić o refleksję na pograniczu fizyki i filozofii, zarówno metafizyki, jak i epistemologii i logiki, a także ogólnej filozofii nauki i metodologii, w której dyskusje wokół rozumienia „rewolucji w fizyce” stały się w XX wieku tak ważne.
[1] Born, M., Jordan, P. (1925), Z. Phys. 33, 479.
[2] Heisenberg, W. (1925), Z. Phys. 33, 879.
[3] Born, M., Jordan, P. (1925), Z. Phys. 34, 858.
[4] Born, M., Heisenberg, W., Jordan, P. (1925), Z. Phys. 35, 557.
[5] Dirac, P.A.M. (1925), Proc. Roy. Soc. A 109, 642.
[6] Pauli, W. (1925), Z. Phys. 31, 765.
[7] Uhlenbeck, G.E., Goudsmit, S.A. (1925), Naturwiss. 13, 953.
wykładowcy Zaproszeni
dr Tomasz Miller – fizyk matematyczny i popularyzator nauki, adiunkt w Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zajmuje się problemami badawczymi na pograniczu teorii kwantowej i teorii względności, w szczególności zagadnieniem przyczynowości w kontekście kwantowym. Ceniony tłumacz literatury popularyzującej postępy fizyki.
prof. dr hab. Paweł Horodecki – fizyk teoretyk, specjalista w zakresie podstaw mechaniki kwantowej i kwantowej teorii informacji, kierownik Krajowego Centrum Informatyki Kwantowej (Uniwersytet Gdański) i współtwórca Międzynarodowego Centrum Teorii Technologii Kwantowych (Uniwersytet Gdański) o światowej renomie, profesor na UG i Politechnice Gdańskiej. Autor pionierskich prac z zakresu m.in. fizyki splątania kwantowego, komunikacji i kryptografii kwantowej, uogólnionych (post-kwantowych) teorii probabilistycznych.
prof. dr hab. Tomasz Bigaj – filozof nauki, czołowy polski filozof fizyki, profesor filozofii na Uniwersytecie Warszawskim. Zajmuje się ontologicznymi problemami fizyki, w szczególności fizyki kwantowej, interpretacjami mechaniki kwantowej, zwłaszcza w związku z fundamentalnymi zagadnieniami metafizyki analitycznej i logiki modalnej. Autor m.in. książki Identity and Indiscernibility in Quantum Mechanics (2022).