V tej objavi na blogu bomo preučili, kako se je konvencionalna modrost in znanje, ki sta ga imela človeštvo, spreminjala skozi razvoj znanosti od klasične fizike do kvantne mehanike.
»Mislim, torej sem.« To je prva trditev, ki jo je predstavil Descartes, da bi vzpostavil neomajne temelje znanja, v nasprotju s skeptiki svojega časa, ki so trdili, da ljudje zaradi nepopolnosti ne morejo vedeti vsega z gotovostjo in da popolno znanje ne more obstajati. Descartes je svojo argumentacijo za konstruiranje popolnega znanja začel z najbolj zanesljivo trditvijo od vseh: da trenutno razmišlja. Vendar pa obstaja prostor za resen razmislek o tem, ali lahko argument, ki temelji izključno na misli, resnično predstavlja popolno znanje.
Splošna prepričanja izhajajo iz rezultatov, preverjenih s čutili in eksperimentiranjem. Vendar nihče ne more biti prepričan, ali so ta prepričanja pravilna ali napačna. To pa zato, ker se lahko z višje perspektive, ki je ljudje še niso dosegli, trenutno znanje izkaže za napačno. Kljub temu ljudje razumejo svet znotraj meja svojega zaznavanja, oblikujejo zakone na podlagi tega razumevanja in jih sprejemajo kot resnico, ko presodijo, da so ti zakoni skladni z resničnostjo. Z drugimi besedami, ljudje razumejo svet na podlagi opazovanih pojavov in rezultatov, ki jih potrjujejo eksperimenti.
Ko pa tehnološki napredek ali naključna odkritja prinesejo protiprimere, ki jih obstoječi zakoni ne morejo razložiti, se prej trdno uveljavljene konvencije sesujejo in pojavijo se nove konvencije, ki jih pojasnjujejo. V fiziki je prehod iz klasične fizike v kvantno mehaniko odličen primer tega procesa. Do 18. in začetka 19. stoletja je bila klasična fizika obravnavana kot celovit sklop zakonov, ki so pojasnjevali skoraj vse naravne pojave, ki jih lahko opazujemo ljudje. Z Descartesovega vidika je bila klasična fizika takrat znanje, zgrajeno na racionalnem mišljenju, in se je zdelo malo verjetno, da bi se zlahka sesula. Ko pa se je eksperimentalna oprema konec 19. in v začetku 20. stoletja znatno razvila, so bili odkriti pojavi, ki jih klasična fizika ni mogla razložiti, kar je privedlo do nastanka kvantne mehanike, ki jih pojasnjuje. Preučevanje procesa, s katerim so se pojavi, ki jih prej ni mogla razložiti klasična fizika, razložili s kvantno mehaniko, razkriva, da tudi znanje, zgrajeno na razumu, morda ni absolutno ali popolno.
Ko se je način razumevanja naravnih pojavov premaknil od klasične fizike h kvantni mehaniki, sta bili najpomembnejši spremembi valovna narava delcev in verjetnostna interpretacija položaja.
Odličen primer pojava, ki ga je težko razložiti s klasično fiziko, je valovna narava delcev. To je mogoče preveriti z dvojno režo. V tem poskusu se elektroni izstrelijo proti dvema ozkima režama in opazuje se porazdelitev elektronov na detekcijskem zaslonu za njima.
Če se izstreli veliko elektronov, medtem ko je odprta samo leva ali samo desna reža, se pojavi porazdelitev elektronov, ki gredo skozi eno samo režo. Z vidika klasične fizike je ta rezultat enostavno napovedati, ker se elektroni gibljejo v ravni črti. Poleg tega, če sta obe reži odprti, ko se elektroni izstrelijo, bi lahko pričakovali, da se bodo rezultati iz vsake reže preprosto sešteli, kar bi povzročilo pojav dveh svetlih pasov na zaslonu.
Vendar so bili dejanski eksperimentalni rezultati popolnoma drugačni od teh napovedi. Ko sta obe reži odprti, se na zaslonu oblikuje interferenčni vzorec izmeničnih svetlih in temnih črt. Razlaga tega z vidika klasične fizike vodi do zaključka, da so elektroni – ki so zelo majhni delci – spremenili svoje poti zaradi prisotnosti druge reže, skozi katero niso šli. Ta rezultat je težko razumeti z zdravo pametjo.
Na primer, podobno je situaciji, ko oseba, ki je že dolgo vstopala v isto učilnico skozi glavna vrata šole, nekega dne konča v drugi učilnici – čeprav je še vedno vstopila skozi glavna vrata – preprosto zato, ker je bil v drugem delu šole ustvarjen nov vhod. Tega rezultata ni mogoče razložiti samo s klasično fiziko. Konec koncev je poskus z dvojno režo pokazal omejitve klasične fizike in razkril, da splošno sprejeto mnenje ne more več razložiti vseh naravnih pojavov.
Kako torej lahko razložimo te interferenčne vzorce? Pravzaprav je ta rezultat pojav, ki je fizikom zelo znan. To pa zato, ker so interferenčni vzorci tipična oblika, ki se pojavi, ko se valovi srečajo in povzročijo konstruktivno in destruktivno interferenco. Na podlagi tega spoznanja je kvantna mehanika uvedla nov koncept, ki delce interpretira kot verjetnostne valove. Pravzaprav lahko vse subatomske delce, vključno z elektroni, opišemo kot verjetnostne valove.
Z drugimi besedami, medtem ko je klasična fizika gibanje delca razumela kot gibanje togega predmeta, kot je kamen, kvantna mehanika predstavlja delce kot valove. Interpretira se tako, da je verjetnost najdbe delca velika tam, kjer je amplituda valovanja velika, in majhna tam, kjer je amplituda majhna. Zato lahko poskus z dvojno režo razumemo takole: val verjetnosti enega elektrona prehaja skozi obe reži, zaradi česar se medsebojno interferirata; posledično se vsak elektron zazna glede na verjetnost nastanka interferenčnega vzorca. Na ta način kvantna mehanika naravno pojasnjuje pojave, ki jih klasična fizika ni mogla pojasniti.
